草浆碱木素减水剂的制备与性能评价

1、第卷（）第，一改性草浆碱木素减水剂的制备与性能评价蒋亚清，高建明（南京工业大学材料科学与工程学院，江苏南京；东南大学材料科学与工程学院，江苏南京）摘要：针对草浆碱木素化学改性，研究了引发氧化和磺化制备改性草浆碱木素减水剂（）的工艺参数，通过测定的红外光谱、在水泥颗粒表面的吸附量、水泥（一电位、水溶液的表面张力及掺的水泥净浆流动性，对进行了表征，并试验研究了掺”的混凝土性能试验结果表明：通过对草浆碱木素进行氧化改性和磺化改性，可获得含有羟基、磺酸基等官能团的木质素磺酸盐减水剂，减水率达到；碱木素经改性后，表面活性提高，通过吸附一分散作用，降低水泥颗粒的一电位，并可显著降低水的表面张力；掺的混凝土

2、性能符合高效减水剂国标要求草浆碱木素经氧化和磺化改性后，不仅可代替木浆木质素磺酸盐使用，而且因其具有高效减水荆的性能指标，还可单独作为高效减水荆使用，或部分取代萘系高效减水剂关键词：混凝土；外加荆；木质素；化学改性；动电位；表面张力中图分类号：文献标志码：文章编号：（），昭（，；，）：，（），：；收稿期：基金项目：江苏省专项基金资助项日（）作者简介：蒋哑清（一），男，江苏大丰人，教授级高级工程师（）。主要从事水泥混凝土材料研究高建明（一），男，江苏常熟人，教授。博士生导师（），主要从事水泥混凝土材料研究随着高性能混凝土和功能混凝土¨的发展，减水剂已成为混凝土必不町少的组分木质素磺酸盐

3、作为普通减水剂，在国际混凝土工业中的用最每年大约为亿吨但是，由于木材资源口趋紧缺，木浆木质素磺酸盐产量已难以满足混凝土工业需求碱法造纸工业的副产品草浆碱木素，含有芳香环、脂肪碳链亲油摹团和羟基、羧基等亲水基团，有一定的表面活性【，但由于减水率较低，不能直接作为减水剂使用，已成为环境负担研究表明，通过磺化、氧化、烷基化、接枝共聚等工艺改性。，或通过曼尼希反应一，可提高木素的表面活性，使之具有较好的络合性、分散性和粘合性¨作者通过引发氧化和磺化，对草浆碱木素进行改性，以获得具有较高减水率的改性草浆碱木素减水剂（），可作为混凝土高效减水剂使用试验合成原材料：木质素质量分数为的草浆碱木素；质

4、量分数为的过氧化氢溶液；磺化剂（自制）；质量分数为的甲醛溶液；引发剂（自制）；质量分数为的氢氧化钠溶液；水碱木素氧化改性工艺：在四烧瓶中加入水，于搅拌状态下逐步加入碱木素，控制碱术素质量分数为，用氢氧化钠调宵溶液值为一，升温至±，加入一定量的引发剂，反应开始滴加过氧化氢溶液和甲醛溶液，控制滴加时间为；升温至保温反应，降温至碱卜素磺化改性工艺：以优化工艺合成的氧化碱木素，升温至，投入磺化剂，滴加甲醛溶液，升温至一，反应后降温至即可表征红外吸收光谱分析：用溴化钾压片法测定改性草浆碱小素减水剂的红外吸收光谱一电位测定：将级水泥、减水剂和玄离子水搅拌并静置后，取上层清液，使用显微细胞电泳系统

5、（）测定水泥颗粒的一电位，采用的电压为根据下式计算一电位：×新，厶（）式中为与温度有关的常数；为加载电压的距离；为实测电压（）；为粒子的移动距离；为粒子的移动时间吸附量测定：用去离子水配制不同浓度的减水剂溶液，加入级水泥，搅拌并静置后离心分离采用一紫外分光光度计于吸收波长下测定离心后的减水剂溶液浓度根据吸附前后减水剂溶液浓度变化计算水泥对减水剂的吸附量表面张力测定：利用一表面张力仪（承德试验机有限责任公司生产）测定不同浓度的减水剂去离于水溶液的表面张力外加剂性能评价试验原材料：级水泥；级粉煤灰；标准砂；细度模数为的中砂；石灰石碎石；自来水；按最佳工艺合成的改性草浆碱木素减水剂（含固量

6、，密度）水泥净浆流动性试验：采用水灰质量比为的水泥浆进行试验，试模内径为，高根据流动度（）计算相对流动面积：厂导一（）参照（混凝土外加剂进行掺外加剂的砂浆（灰砂质量比：，水灰质量比）跳桌流动度试验和混凝土（水灰质量比，砂率，单位用水量）性能试验，减水剂掺量以固体计占水泥质量的试验结果分析与讨论合成工艺参数根据砂浆跳桌流动度试验结果，氧化改性时，过氧化氢与甲醛用量存在多种组合方案为减少甲醛的危害，选择甲醛用量为碱小素质量的，过氧化氢用量为碱卜素质量的；对以最优氧化工艺参数改性的碱术素进行磺化改性，综合考虑主导官能团的作用、减水剂性能、丁艺控制和环境保护，选择甲醛用量为碱木素质量的，磺化剂用量为碱

7、木素质量的性能表征的官能团分析图所示为按最优艺合成的的红外吸收光谱图图中，波数一归属减水剂分子中的羟基，波数。归属饱和的伸缩振动，波数。归属木质素芳环中一振动，波数。归属甲基、亚甲基和次甲基的非对称弯曲振动，波数。和。归属减水剂分子中的一伸缩振动可见，改性草浆碱木素减水剂含有羟基、磺酸基等官能团，其主导官能团为一，减水剂的主要成分为木质素磺酸盐蠢辟杂魍图改性草浆碱木素减水剂的红外吸收光谱对水泥一电位的影响改性草浆碱木素减水剂属于阴离子表面活性剂，在水泥悬浮液中，带负电的分子被带正电的水泥颗粒吸附，组成双电层，使水泥颗粒分散如图所示，加入到分散体系后，水泥颗粒的一电位绝对值随时间增加而增加，表明

8、的阴离子活性较强图掺减水剂的水泥一电位随时间的变化曲线在水泥表面的吸附性能图表明，水泥颗粒对的吸附量随溶液平衡浓度增加而增加，最终趋于稳定在水泥颗粒表面的最大吸附量近似遵循吸附等温式，由作图法得到的饱和吸附量为水泥水溶液的表面张力试验结果表明，可使水的表面张力由×。下降到×一，因而掺用到水泥混凝土中，可提高内部相对湿度，有利于提高水泥水化程度，减少毛细水在干燥时的蒸发量，降低混凝土干燥收缩，提高混凝土体积稳定性图改性草浆碱木素减水剂吸附等温线掺的水泥净浆流动性能掺的水泥浆体相对流动面积与掺量近似为线性关系（如图）试验观察发现，当掺量超过时，易使水泥浆中产生大量不稳定的大气泡

9、，这些大气泡破泡后会在浆体表面形成泌水考虑到过量引气会导致水泥砂浆、混凝土强度降低，因而的推荐掺量为一图掺的水泥浆体流动性能掺的混凝土性能试验结果表明，当掺量为水泥质量的时，的减水率可达，于普通木浆木质素磺酸盐减水剂的减水率相比，具有较大提高，达到高效减水剂性能指标；掺的混凝土泌水率比为，混凝土含气量为，混凝土初凝、终凝时间分别延缓，改性后的草浆木质素磺酸盐减水剂对水泥凝结时间的延缓作用比常用木浆木质素磺酸盐减水剂弱；混凝土，和抗压强度比分别为，满足高效减水剂指标要求结论根据试验结果分析与讨论，得出如下结论：（）通过对草浆碱木素进行氧化改性和磺化改性，可获得含有羟基、磺酸基等官能团的改性草浆木

10、质素磺酸盐（）改性草浆木质素磺酸盐具有较强的表面活性，通过吸附一分散作用，降低水泥颗粒的一电位，并可显著降低水的表面张力，既可减水，又可提高水泥石内部相对湿度（）改性草浆木质素磺酸盐的减水率可以达到，掺改性草浆木质素磺酸盐的混凝土性能满足高效减水剂指标要求改性草浆木质素磺酸盐既可代替木浆木质素磺酸盐使用，又可部分取代常规萘系高效减水剂，推荐掺量为胶凝材料质量的一参考文献（）高建明，吉伯海，吴春笃植生型多孔混凝土性能的试验江苏大学学报：自然科学版，（）：，伊：，（）：（）刘荣桂，万炜，颜庭成淹水区生态型护坡设计及抗冻融性能分析江苏大学学报：自然科学版，（】）：，：，（）：（），（）：，坞，（）：

11、，（）：，：懈：，：，（）：，（）：，（）：，巧，仃，（）：（责任编辑徐红星）改性草浆碱木素减水剂的制备与性能评价作者：作者单位：刊名：英文刊名：年，卷(期)：被引用次数：蒋亚清， 高建明， JIANG Ya-qing， GAO Jian-ming蒋亚清,JIANG Ya-qing(南京工业大学材料科学与工程学院,江苏南京,210009)， 高建明,GAO Jian-ming(东南大学材料科学与工程学院,江苏南京,210096)江苏大学学报（自然科学版）JOURNAL OF JIANGSU UNIVERSITY(NATURAL SCIENCE EDITION)2008，29(5)1次参考文献(

12、10条)3.Kamoun A.Jelidi A.Moncef Chaabouni Evaluation of the performance of sulfonated esparto grasslignin as a plasticizer-water reducer for cement 2003(07)4.Nadif A.Hunkeler D.Kauper P Sulfur-free lignins from alkaline pulping tested in mortar for use asmortaradditives 2002(01)5.Mansouri N.Salvado J

13、 Structural characterization of technical lignins for the production ofadhesives:application to lignosulfonate,kraft,soda-anthraquinone,organosolv and ethanol processlignins 2006(01)6.Ouyang X.Qiu X.Chen P Physicochemieal characterization of calcium lignosulfonate:a potentiallyuseful water reducer 2

14、0067.Sun Runcang.Tomkinsen J Characterization of hemicelluloses isolated withtetraacetylethylenediamine activated peroxide from ultrasound irradiated and alkali pre-treatedwheat straw 2003(04)8.Alonso M V.Oliet M.Rodriguez F Modification of ammonium lignosulfonate by phenolation for use inphenolic r

15、esins 2005(09)9.Wu Mei.Jing Huanwang.Chang Tao Synthesis of -amino carbonyl compounds via a Mannich reactioncatalyzed by SalenZn complex 2007(12)10.Kristensen J B.Borjesson J.Bruun M H Use of surface active additives in enzymatic hydrolysis ofwheat straw lignocellulose 2007(04)相似文献(10条)混凝土的组成和内部结构对混

16、凝土力学性能、变形性能和耐久性能起到关键作用。采用XRD、SEM 和 MIP 方法相结合，研究了混凝土外加剂对水泥浆体微结构的影响。结果表明：掺加萘系外加剂（FDN）和聚羧酸外加剂（PCA）均不改变水泥浆体的水化产物，但加快了水泥的水化进程，增强了水泥水化产物的致密性，细化了水泥浆体的孔径，而聚羧酸外加剂对水泥浆体微结构的改善作用更为明显。2.会议论文 王新祥.韩金田 外加剂对混凝土早期收缩的影响研究混凝土早期收缩裂缝的诊断与防治 2002 本文通过广东某工程裂缝实例,结合广东省建设工程质量安全监督检测总站近年来检测的外加剂检验结果统计,发现部分外加剂会显著增加混凝土的早期收缩,是造成混凝土早

17、期收缩裂缝产生及扩展加剧的重要原因.同时对裂缝的稳定性及钢筋与混凝土的握裹力进行了试验,对外加剂国家标准中收缩率比的测定龄期也提出了建议.压蒸膨胀率的影响 -水电站设计2010,26(2)5.学位论文 崔东霞 外加剂对桥梁混凝土长期耐久性的影响与关键应用技术研究 2009混凝土外加剂是混凝土组成材料之一，它是混凝土中除胶凝材料、砂、石、水以外的第五种组成部分。在混凝土中使用外加剂已被公认为是提高混凝土力学性能、改善混凝土工作性和长期耐久性、节省生产能耗、保护环境等方面的最有效措施。目前的外加剂品种已经从最早的木钙类发展到聚羧酸系列的减水剂，且外加剂的生产厂家众多，生产与技术管理能力参差不齐，导

18、致外加剂在实际应用中经常出现问题，本文就外加剂对混凝土力学性能与耐久性的影响规律进行研究，并在此基础上，对外加剂在实际工程中的应用提出指导意见或建议。对江苏省高速公路桥梁混凝土工程中所使用的外加剂进行调研，并对调研样品进行外加剂性能与掺外加剂混凝土的性能检验，选取调研中使用较为广泛的，具有代表性的外加剂进行外加剂对C40高速公路桥梁混凝土的力学性能和耐久性试验研究，试验结果表明：木钙类的减水剂对混凝土的强度与泌水情况改善作用不是很明显，但是由于它本身的引气作用，使其具有良好的抗冻融性能。萘系类是目前为止用量最大的一种减水剂，但由于复配技术不一，性能差异较大。不能很好改善混凝土泌水情况，但是抗压

19、强度比较高，比木钙类减水剂，具有更好的耐久性能。不同萘系品种之间，其匀质性指标硫酸钠含量存在较大差异，研究不同硫酸钠掺量下，对混凝土耐久性的影响，硫酸钠含量的增大，会降低混凝土的流动性；在减水剂掺量一定的前提下，可以提高混凝土的强度。在合适的掺量下，有助于改善混凝土的抗碳化、抵抗氯离子渗透能力。 聚羧酸类减水剂，掺量小，混凝土的流动性大，且保坍性较好。具有良好的耐久性。单一型的早强剂早期可以提高混凝土的早期强度，后期会出现强度降低，工作性较差，对混凝土碳化、氯离子渗透的性能有所改善。抗冻性不高，因此，不宜单独使用早强剂，需要复掺一定的减水组分。膨胀剂，由于其水化产物体积大于其自身体积，发生膨胀

20、，使水泥石内部结构致密，有助于提高其混凝土的密实度和抗渗性能。本文通过试验研究，不同品种的外加剂各有其自身的优劣之处，可以为混凝土在工程中的应用提供一定的技术支持。在使用中应根据其具体的使用环境选择合适的外加剂品种，并注意应用技术与质量控制。6.会议论文 王蔚.刘加平 有效应用混凝土膨胀型外加剂的探索 2006膨胀型外加剂通过补偿水泥水化硬化过程中的收缩并解决由此引起的收缩开裂问题,已经成为建筑结构裂渗控制的一个有效技术措施,但是,如何不断提高膨胀型外加剂的质量和正确使用膨胀型外加剂,仍是需要不断探索的课题.本文探索，1 膨胀型外加剂的发展方向，2 膨胀型外加剂的性能控制目标，3 掺膨胀剂水泥

21、胶砂膨胀性能试验，4 复合型混凝土膨胀剂的水泥胶砂膨胀性能，5 工程应用的注意事项。为考察不同矿物外加剂对混凝土抗硫酸盐侵蚀性能的影响,本文采用ASTM C1202-95A 5Na<,2>SO<,4>溶液浸泡的方法,对掺不同铝含量的粉煤灰及硅灰混凝土的一年龄期膨胀率进行了研究.实验结果显示,掺入粉煤灰、硅灰等矿物外加剂使混凝土膨胀率大幅度降低,25粉煤灰和10硅灰双掺混凝土其膨胀率仅为对比组的54.5;实际结果还显示,掺不同铝含量的粉煤灰混凝土膨胀率基本相近,这表明粉煤灰铝含量不一定是影响混凝土抗硫酸盐侵蚀性能的主要因素.本文还利用Frearson的评价标准对混凝土抗硫酸盐侵蚀性能进行了分析,结果表明掺矿物外加剂混凝土抗硫酸盐侵蚀性能与用抗硫酸盐水泥配制的混凝土性能相当.混凝土的水化热是导致混凝土产生裂缝重要原因,严重影响混凝土的整体性、耐久性和安全性.本研究中采用绝热温升法研究了粉煤灰、磨细矿渣粉、膨胀剂等矿物外加剂对混凝土水化温升的影响。研究表明:复合使用矿物外加剂可降低了水泥混凝土的水