微波促进改性木钙高效减水剂的制备及性能研究

混凝土外加剂是混凝土高强化的重要材料保证, 同时也是混凝土实现绿色化、生态化, 混凝土工业经济实现节约化、循环化和可持续发展的前提[1,2,3].其中高效减水剂是新型建材支柱产业的重要产品之一, 已成为混凝土中除砂、石、水泥、水之外必不可少的第5组分.高效减水剂不但大大提高了高强混凝土的力学性能, 而且提供了简便易行的施工工艺[4].

目前, 国内外生产的高效减水剂一般以萘系磺酸盐为主, 其减水率较高, 但是在应用过程中仍存在不少问题, 如坍落度经时损失大, 与水泥适应性差、掺量大时混凝土会出现发粘、板结, 甚至会导致离析泌水[5];聚羧酸系高效减水剂虽然性能较好, 但成本高, 价格贵, 制作工艺复杂[6];此外还有脂肪族高效减水剂[7]、氨基磺酸系高效减水剂[8]和三聚氰胺系高效水剂[9]也有少量的应用.木质素磺酸盐减水剂从20世纪30年代起开始在美国研究和生产, 历史很长, 在公路、水工大坝、桥梁和各种建筑的建设中发挥了重要作用.与发达国家相比, 我国对于木质素磺酸盐减水剂的生产和应用起步较晚, 直到20世纪50年代才开始.但是该类减水剂作为利用纸浆工业排出的废液生产的产品, 其本身就是一种完全利废、减少水质污染源的绿色生态产品.众所周知, 纸浆废液的直接排放对江、河、湖、海的水质污染十分严重.而每生产1 t木质素磺酸盐减水剂, 可消耗约2.5 t浓度为40%的纸浆废液[10].随着世界资源的日渐短缺和人们环保意识的日益提高, 对于以生物质为原料的混凝土外加剂的研究与应用越来越受到重视.本产品以造纸废液回收物木质素磺酸盐为原料制备高效减水剂, 可以节约资源, 变废为宝, 有利于保护环境, 造福于社会及人类。

一、材料与方法

1. 材料、试剂与仪器

对氨基苯磺酸、苯酚、甲醛、氢氧化钠、 (以上试剂均为分析纯) 自来水、木钙 (新疆天宏纸业股份有限公司) 、水泥 (天山牌普通硅酸盐水泥P.O 42.5R) 、松香

JJ-2増力电动搅拌器、KDM型控温电热套、BS1500电子天平、XH-100B-祥鹄电脑微波催化合成/萃取仪

2. 改性木钙高效减水剂的制备方法

在1000 m L三颈烧瓶中加入木质素磺酸钙80.0 g、对氨基苯磺酸80.0 g、苯酚55.0 g、氢氧化钠23.0 g和水250.0 m L, 放入微波反应器, 电磁搅拌均匀, 在600W功率下加热升温至85oC~90oC, 反应30 min;在上述反应混合物中按比例分批加入甲醛135.0 m L, 继续搅拌反应3 h后, 停止反应。待反应混合物冷却至室温, 加入少量适量的引气剂松香搅拌均匀, 得到木质素磺酸钙高效减水剂水剂YP-1.按上述试验方法, 我们调整了反应原料的投料比例, 分别得到了木质素磺酸钙高效减水剂水剂YP-2、YP-3和YP-4.

二、结果与分析

1. YP在不同掺量下的减水率及对水泥净浆流动度的影响

水泥净浆流动性试验参照GB8077《2001混凝土外加剂匀质性试验方法》进行.

通过表1我们可以看出, 四种不同物料比的样品在液体掺量 (%) 为1~1.5时, 减水率 (%) 为19.5~21, 均高于高效减水剂的标准 (不小于10%) .水泥的初始净浆流动度在210~230 mm, 1 h后净浆流动度在200~218 mm, 说明缓凝效果良好.我们还可以根据不同的要求来调节物料比, 控制产品的固含量和成本.

2. YP对混凝土抗压强度的影响

本次测试采用GB175-92规定的方法进行测定。在木质素磺酸盐高效减水剂的液体掺量为水泥用量1.3%的条件下, 测量了混凝土分别在3天, 7天, 16天时的抗压强度。

注:本实验所用水泥为天山牌普通硅酸盐水泥P.O 42.5R

从表2我们可以看出, 在减水剂样品空白的情况下, 拌制混凝土所需的水要明显多于加入本产品高效减水剂时的水用量, 而且3天, 7天, 16天时的抗压强度都明显低于加入本产品高效减水剂时的抗压强度.加入以上样品时的混凝土抗压强度均符合并高于国家规定的检验技术要求.

结论

利用造纸废液回收物木质素磺酸钙为原料, 在微波条件下制备了一种改性木钙高效减水剂, 其减水率和对混凝土抗压强度的影响均达到高效减水剂的标准.随着21世纪水泥混凝土向绿色高性能混凝土的方向发展, 利用造纸制浆废液为原料, 对木钙进行改性, 开发天然可再生资源的环保型高效减水剂, 对于我国混凝土工程的发展、环境保护和节能减排具有重要的意义.

摘要：以造纸废液回收物木质素磺酸钙为原料, 在微波条件下设计并制备了一种改性木钙高效减水剂.测试了样品在不同液体掺量下的减水率及对水泥净浆流动度的影响和对混凝土抗压强度的影响.结果表明:其减水率和对混凝土抗压强度的影响均达到高效减水剂的标准.

关键词：微波,改性木钙,高效减水剂,制备,性能研究

参考文献

[1] MEHTA P K, AITCIN P C.Principles underlying product ion ofHPC[J].Cement, ConcreteandAggregate, 1990, 12 (2) :70-78.

[2] AITCIN P C, NEVILLE A.High-performance concrete demystified[J].Concrete International, 1993, 15 (1) :21-26.

[3] 吴中伟.绿色高性能混凝土与科技创新[J].建筑材料学报, 1998, 1 (1) :1-7.

[4] 刘治猛, 罗远芳, 刘煜平, 等.新型聚羧酸类高效减水剂的合成及性能研究[J].新型建筑材料, 2003, 4:15-18.

[5] 何燕.萘系减水剂与缓凝剂复合效应研究[J].粉煤灰综合利用, 2012, 1:41-44

[6] 刘治猛, 罗远芳, 刘煜平, 等.新型聚羧酸类高效减水剂的合成及性能研究[J].化学建材, 2003, 4:15-8.

[7] 赵亚丽.脂肪族高效减水剂的合成改性研究[J].应用化工, 2013, 42 (9) :1740-1741

[8] 冯乃谦.氨基磺酸系高效减水剂的研制及其混凝土特性[J].混凝土与水泥制品, 2000, 2:5-8.

[9] 马保国, 胡红梅, 何永佳.三聚氰胺系列减水剂的研制与应用[J].新型建筑材料, 1999, 3:27-30.

[10] 孙振平, 蒋正武, 于龙, 等.改性木质素磺酸盐减水剂的性能研究[J].建筑材料学报, 2008, 11 (6) :704-708.