探索天然高分子基混凝土減水劑合成與應(yīng)用策略

唐 云

（綿陽職業(yè)技術(shù)學(xué)院材料系,四川 綿陽621000）

0 前 言

作為現(xiàn)代文明的四大支柱之一，材料技術(shù)對于其他產(chǎn)業(yè)的技術(shù)有著非常深刻的影響，為了實(shí)現(xiàn)混凝土材料的綠色化和可持續(xù)發(fā)展應(yīng)當(dāng)探索天然高分子基混凝土減水劑合成與應(yīng)用策略。

1 原材料與實(shí)驗(yàn)方法

1.1 所采用的原材料與試劑

（1）銅氨溶液測得的聚合度約1100的棉纖維素；（2）含水率4.3%的淀粉糊精；(3)DS=2.1、MS=3.3的羥乙基纖維素；（4）氯磺酸和二氯乙烷；（5）四平精細(xì)化工廠提供的1，4-丁基磺酸內(nèi)酯(分析純，)；（6）市場上購得的氫氧化鈉；（7）市場上購得的純度36.5%的鹽酸；（8）市場上購得的異丙醇和無水乙醇(分析純，市售)；（9）無水甲醇(分析純，市售)；（10）實(shí)驗(yàn)室配制的1M銅氨溶液：ISO標(biāo)準(zhǔn)砂(市售)；（11）細(xì)度模數(shù)為2.63的河砂；（12）級配良好、粒徑為5mm～25ram的碎石子固含量為40%的棕色水溶液的SNF減水劑；（13）普通硅酸鹽水泥；

1.2 采用的主要實(shí)驗(yàn)儀器

（1）浙江金壇市科興儀器廠出品的恒溫水浴鍋；（2）電動(dòng)強(qiáng)力攪拌機(jī)；（3）微波爐；（4）行星式水泥膠砂攪拌機(jī)；（5）跳桌和恒溫養(yǎng)護(hù)箱；（6）微機(jī)控制全自動(dòng)壓力試驗(yàn)機(jī)；（7）水泥電動(dòng)抗折試驗(yàn)機(jī)；（8）混凝土抗壓強(qiáng)度實(shí)驗(yàn)機(jī)液壓機(jī)；（9）GSL-10181激光顆粒分布測量儀；（10）水泥標(biāo)準(zhǔn)稠度維卡儀。

采用相關(guān)的試驗(yàn)裝置對SBC、磺化羥乙基纖維素、淀粉順丁烯二酸半酯進(jìn)行合成，然后采用紅外光譜儀和相應(yīng)的測試方法對400-4000cm-1的范圍進(jìn)行紅外光譜的測試；采用核磁共振波譜儀得到核磁共振譜（NMR）；選擇有代表性的水溶性產(chǎn)物的GPC方法對分子量進(jìn)行測量。在合成的過程中采用烏氏粘度計(jì)法測定特性粘數(shù)以控制反應(yīng)條件對產(chǎn)物應(yīng)用性能的影響，主要采用烏氏粘度計(jì)法和凝膠滲透色譜法。

在應(yīng)用性能的測試過程中主要進(jìn)行以下方面的測試。

（1）減水劑吸附量測定；（2）光電子能譜分析；（3）水泥顆粒表面；（4）X射線衍射分析；（5）掃描電鏡(SEM)分析；（6）差示掃描量熱分析(DSC)； （7）水化熱測定；（8）水泥粒度分布測定；（9）水泥凈漿試樣制備及性能測試；（10）砂漿、混凝土性能測試。

2 天然高分子基減水劑的合成

在過程工程學(xué)發(fā)展的過程中衍生出了材料過程工程學(xué)，過程工程學(xué)中很多的理論在材料過程工程學(xué)中都能夠應(yīng)用?；炷翜p水劑的制備過程是材料過程工程學(xué)研究的駐點(diǎn)要素，不能脫離相應(yīng)的化學(xué)反應(yīng)，下面對丁基磺酸纖維素、磺化羥乙基纖維素和淀粉順丁烯半酯的合成條件及影響因素進(jìn)行了研究，一般是在多相介質(zhì)中才會(huì)發(fā)生纖維素衍生化反應(yīng)。

在以纖維素為原材料制備混凝土減水劑的過程中主要分為兩個(gè)部分：首先是利用稀酸水解手段制備較低分子量的LODP纖維素，然后是利用纖維素醚化反應(yīng)改性制備水溶性纖維素衍生物。

2.1 平衡聚合度纖維素制備

目前，已經(jīng)具備比較成熟的技術(shù)利用纖維素制備平衡聚合度纖維素(LODP Cellulose)。很多學(xué)者研究了無機(jī)酸種類、濃度等對纖維素聚合度的影響，因此本文中的試驗(yàn)采用了6%濃度的稀鹽酸水溶液水解纖維素來制備LODP纖維素。

在制備平衡聚合度纖維素的過程中參考相關(guān)的資料，具體的操作過程如下：首先在三口燒瓶中加入事先稱取的棉纖維素，同時(shí)在在氮?dú)獾谋Ｗo(hù)下將濃度為6%的稀鹽酸和1%助劑加入在內(nèi)，經(jīng)過強(qiáng)烈的攪拌和30分鐘的100攝氏度下的化學(xué)反應(yīng)以后再采用0.5mol／L的NaOH將水溶液中和，然后經(jīng)過多次去離子水沖洗，直至沖洗液呈中性為止，最后在50攝氏度下進(jìn)行真空干燥處理，測試得到的纖維素的備聚合度，儲(chǔ)存以備改性研究。

2.2 丁基磺酸纖維素減水劑合成

在合成水溶性丁基磺酸纖維素醚(Sulfobutylated Cellulose Ether，SBC)的過程中主要分為兩個(gè)階段：首先是進(jìn)行纖維素的堿化(活化)，然后進(jìn)行堿纖維素的醚化反應(yīng)。本文為了確定最優(yōu)反應(yīng)條件，主要研究了由LODP纖維素制備的低分子量纖維素衍生物的合成工藝與產(chǎn)物性能。堿液濃度、堿化溫度和堿化時(shí)間三個(gè)主要的因素影響了纖維素堿化。本文的試驗(yàn)中的堿化介質(zhì)采用30%的氫氧化鈉水溶液與異丙醇的混合液，將室溫作為堿化溫度。

2.3 磺化羥乙基纖維素的制備和淀粉基減水劑合成

接下來根據(jù)國內(nèi)外的研究方法制備磺化羥乙基纖維素以及合成淀粉基減水劑，具體的制備和合成過程限于篇幅本文不再贅述。

3 合成減水劑在混凝土中的應(yīng)用

3.1 混凝土減水率測定

為了測得不同取代度的SBC在1%摻量下混凝土的坍落度值，本試驗(yàn)采用坍落度筒法進(jìn)行測量，從測量的結(jié)果可以看出摻加SBC6的混凝土具有很好的粘聚性，沒有出現(xiàn)離析現(xiàn)象，具備較少的泌水量和較好的保水性；在泌水量的對比上，摻加SBC7、SBC8的混凝土泌水量略多于SBC6，粘聚性能大體相同，三者和易性的均比摻加SNF的混凝土優(yōu)良。

3.2 SBC配制C40混凝土

通過配制C40混凝土來驗(yàn)證SBC實(shí)際應(yīng)用效果，采用467kg／m3單位混凝土水泥用量，根據(jù)數(shù)據(jù)分析結(jié)果可以看出：摻加SBC8的混凝土88%的泌水率明顯低于空白混凝土以及摻加SNF的混凝土泌水率；120min的坍落度損失了大約40%，SBC對于保持混凝土坍落度有很好的效果；初凝和終凝時(shí)間都得到了延長。對于摻加減水劑所配制的高流動(dòng)度混凝土， SBC的坍落度損失更加小，摻加SNF的混凝土初始坍落度與摻加SBC基本一樣，但120min后的坍落度損失了將近70%。但是與減水劑PC相比，SBC初始坍落度和120min后的坍落度均低于前者的值。

4 總結(jié)

作為天然高分子材料的主要代表，纖維素和淀粉具有廣闊的應(yīng)用前景，二者衍生物在建材領(lǐng)域中得到了非常廣泛的應(yīng)用。后續(xù)還應(yīng)當(dāng)對天然高分子基混凝土減水劑的應(yīng)用進(jìn)行更加深入的研究。