木質素在聚羧酸減水劑中的應用研究

楊羨羨 邱年麗 陳曉彬 熊秋閔 關基燦 張珂欣

（科之杰新材料集團（廣東）有限公司）

木質素作為一種傳統減水劑，其坍落度損失和泌水率較小，活性基團較多，具有較好的活性反應[1-3]。而聚羧酸減水劑具有較高減水率和良好的坍落度保持性能，與木質素復配后在塑化和增強效果方面具有疊加效應[4-7]。因此，木質素復配聚羧酸技術在一定程度上，能使得外加劑配方變得更加穩定，適應性更廣，且可以達到降本增效的目的。

本文將木質素按照一定比例與聚羧酸減水劑進行復配，測試復配后減水劑的穩定性及其對混凝土工作性能的影響，從而為木質素在聚羧酸中的復配應用提供若干技術支持。本文重點研究木質素復配技術在不同強度等級的混凝土中性能的影響。

1 實驗部分

1.1原材料

水泥：廣東粵秀水泥P.042.5；海峽砂：泥塊含量0.1%，細度模數2.9%；機制砂：泥塊含量為0.3%，細度模數為2.7%；石粉砂：泥塊含量為0.5%，細度模數為2.6%；石子：碎石，公稱粒徑10～20 mm 連續級配；粉煤灰（FA）：Ⅱ級；礦粉：S95 級；水：符合試驗要求的自來水；外加劑：聚羧酸系高性能減水劑（PCE）。

1.2試驗方法

水泥凈漿流動度測試：按GB/T8077-2012《混凝土外加劑勻質性試驗方法》中的標準方法進行測試。水灰比：0.29，外加劑摻量為1.1%。

混凝土拌合物性能：按照GB 8076-2008《混凝土外加劑》和GB/T 50080-2016《普通混凝土拌合物性能試驗方法標準》進行容重、初始坍落度/擴展度、經時坍落度/擴展度的測試，試驗混凝土配合比見表1。

表1 混凝土配合比

混凝土抗壓強度測試：成型后的試塊進行標準養護，根據GB/T 50081-2019《混凝土物理力學性能試驗方法標準》測試混凝土的3d、7d、28d的抗壓強度。

2 實驗結果與討論

2.1木質素相溶性及顏色變化

考慮到木質素外加劑在實際應用時，應用端可能會因為顏色外觀對其性能產生懷疑，因此需要觀測木質素液在不同復配摻量下，對木質素外加劑顏色及可溶性范圍進行研究。本試驗中，木質素液復配摻量分別為1%，2%，3%。木質素液復配配方及研究結果見表2。

表2 木質素液相溶性及顏色變化

根據表2 可知，通過不同復配摻量的木質素液與母液及助劑復配成木質素外加劑，顏色有明顯變化。隨著木質素液復配摻量的提高，外加劑顏色逐漸變深。目前觀測顏色最大接受程度為木質素液復配摻量是2%，當摻量達到3%時，木質素外加劑呈現出與萘系外加劑相近的顏色，因此若應用端對顏色有異議時，建議控制好外加劑中木質素的復配摻量。

從相溶性來說，木質素外加劑中的木質素液復配摻量在1.0%～2.0%時都無雜質產生，但是當木質素液復配量達到3.0%時，觀測到底部有微量漂浮物或者雜質出現。因此木質素外加劑中的木質素液復配摻量建議控制在2.0%以內，否則會有絮狀物及沉淀產生的風險，對產品的勻質性產生負面影響。

2.2水泥凈漿流動度

本實驗選取木質素液復配摻量為2%的木質素外加劑進行試驗，測試其凈漿流動度，如圖1 所示。從圖中數據分析，在受檢木質素中，三組木質素初始流動度相差較大，但是坍損相當，C5 配方的木質素外加劑的初始凈漿流動度最好，對應的木質素樣品為A2 木質素，與空白組外加劑對比，木質素外加劑的初始凈漿流動度都有不同程度下降，結合木質素特性，考慮對凈漿大小影響的因素比較多，其中一個比較重要的特性就是其保水性能和引氣性能。因此初步判斷木質素是具備有相應的保水效果和引氣效果，需要在后面試驗中進一步確認。

圖1 木質素外加劑凈漿性能測試結果

2.3 木質素在C30、C40、C50 混凝土中不同強度等級的差異性研究

本實驗中控制木質素液復配用量在2%以內，并與空白組、引氣組、保水組對比進行混凝土試驗研究。混凝土數據結果詳細如表3、表4、表5所示。

表3 C30混凝土工作性能數據結果

表4 C40混凝土工作性能數據結果

表5 C50混凝土工作性能數據結果

從混凝土工作性能試驗結果中可以得出以下結論：

在含氣量方面，摻木質素的混凝土其含氣量提高比較明顯，隨著木質素復配的摻量提高，含氣量也在逐步提高，漿體飽滿度逐步提升。在C30混凝土中的A2木質素液配方的含氣量穩定性比其他木質素液配方要好，且外加劑中木質素復配量在2%時，初始含氣量與坍損含氣量差值僅為0.4%，而外加劑中木質素復配量在1%時，初始含氣量與坍損差值為0.7%。在實際應用時，含氣量及漿骨比在合理范圍內，使用復配木質素的外加劑有利于解決混凝土泵送坍落度損失，改善混凝土在泵送過程中的氣體損失，提高混凝土出泵時的流動性。

在保水性方面，木質素外加劑制備的混凝土均無泌水情況出現，體現了良好的保水性能，漿體粘稠度上升，再加上一定的引氣效果，所以木質素外加劑制備的混凝土的水分保持能力較好。因此在指導實際應用時，使用復配木質素的外加劑，可以適當降低保水劑和引氣劑用量，不僅可以達到較好的效果，而且外加劑單噸成本也會有所降低。

在凝結時間方面，正常情況下，低標號混凝土中使用木質素外加劑的凝結時間與普通外加劑基本相當，但是在高標號混凝土中，木質素外加劑的凝結時間比空白組略高一點。

在強度方面，木質素外加劑在C30 混凝土中的抗壓強度跟空白組外加劑相當，而在C40及C50混凝土中，空白組外加劑制備的混凝土28d 抗壓強度普遍比木質素外加劑的抗壓強度高1～5MPa，尤其是木質素液復配摻量達到2%時，混凝土3d、7d、28d的抗壓強度偏低。所以在使用木質素外加劑時，應特別留意其強度發展，并且高標號混凝土中，木質素液的復配摻量建議不要超過1%，避免影響產品質量。

在C30 混凝土中，C6 配方和C5 配方中分別復配2%和1%木質素液，混凝土整體效果要比其他木質素液樣品配方要好。

3 結論

通過木質素在溶解性和顏色變化方面來看，木質素液復配摻量盡量控制在2.0%以內，這樣可以有效避免絮狀物及沉淀的產生，而對產品的勻質性產生負面影響。

木質素液復配摻量為2.0%時，A2 木質素初始凈漿流動性最好。

木質素在混凝土含氣量方面提升明顯，但是對低標號混凝土的抗壓強度方面影響不大。而在高標號混凝土中，則不建議使用，因為木質素外加劑對高標號混凝土的3d、7d、28d抗壓強度均造成一定影響。

從木質素液復配樣品整體性能來看，建議復配摻量范圍控制在1.0%～2.0%。