木质素磺酸盐用作混凝土外加剂的研究

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摘要：作为造纸副产品的木质素磺酸盐可作为减水剂、缓凝剂、泵送剂等建筑混凝土外加剂由于其具有性能较好和价格低廉的特点，在建筑行业有着不可替代的优势。
关键词：木质素磺酸盐；混凝土外加剂1 前言 江门甘蔗化工厂(集团)股份有限公司以蔗渣、竹子作为主要原料，采用亚硫酸氢镁法制浆。红液经分离、提取、蒸发、喷雾干燥等生产工序后，得到木质素磺酸镁产品。作为造纸副产品的木质素磺酸盐主要可用作建筑混凝土外加剂和冶炼行业的粘合剂，由于其具有性能较好和价格低廉的特点，在建筑行业有着不可替代的优势。混凝土外加剂是水泥混凝土组分中除水泥、水、砂、石、混合材料(掺合料)以外的第六组分，是一种分学建材，掺人外加剂后的混凝土性能指标如：缓凝时间、强度、用水量等有较大的改善。外加剂的发展虽然只有70多年的历史，但目前已成为混凝土向高科技领域发展的关键技术。2 木质素磺酸盐的生产和特性2．1 生产 纸浆红液提取出来后，进入五体四效喷膜蒸发系统中蒸发，蒸发至50%浓度，进入浓红液贮存槽贮存并改性。再用加热器将浓红液预热至70OC一80OC，再通过高速离心雾化装置喷洒在干燥塔内，与经蒸汽换热后的热空气(≥195OC)在干燥塔内，进行顺流闪急干燥。得到木质素磺酸盐产品。 木质素磺酸盐生产流程如下： 纤维原料一>蒸煮一>喷放锅一>筛选 回收一>四段逆流置换 一>纸浆一>五体四效逆流蒸发一>化学改性一>喷雾干燥一>木质素磺酸镁产品2．2 特性 木质素磺酸盐是一种绿色环保化工产品，由于其分子结构中存在着大量的芳香基、酚羟基、醇羟基、羰基、甲氧基、羧基、共轭双键等活性基团，因此木质素磺酸盐产品可以进行缩聚或接枝共聚、氧化、还原、磺化、烷基化、卤化、硝化、等许多化学反应，木质素磺酸盐产品的上述性质为其应用提供了广阔的市场空间。
以下是我公司与南京林业大学所做的木质素磺酸盐产品主要官能团含量检测结果：3 木质素磺酸盐在混凝土外加剂中的应用 木质素磺酸盐用作混凝土外加剂已有70余年的历史，而我国20世纪50年代开始已有小规模的应用。木质素磺酸盐是一种阴离子表面活性剂，它吸附在固液表面上形成界面吸附层，此吸附膜厚度为20*10-10M，使界面层上的分子与内部分子具有不同能量。由于木质素磺酸盐的表面张力小于纯水的表面张力(1%的水溶液为57 * 10-3N/m，纯水为71 * 10-3N/m)，因而能起分散和起泡作用。木质素磺酸盐在水溶液中离解成有机大分子阴离子和金属阳离子，有机大分子阴离子吸附在水泥固体颗粒表面，使水泥粒子带上负电，电性斥力使水泥分子分散开来。水膜还能减小粒子间的摩擦力起到润滑作用，表面张力的降低使木质素磺酸盐减水剂具有一定的引气性，气泡的滚动和平共处托浮作用也会改进固液分散体系的和易性。另外由于木质素磺酸盐
分子中存在羟基(-OH)和醚基(-O-)因而有缓凝作用，由于缓凝在水泥水化初期可减少结合水消耗而增加易和性。总之，由于木质素磺酸盐的分散性、引气性和缓凝性能在混凝土中起到改善作用，这些都是用于混凝土外加剂中优良特点。
以下简介几个木质素磺酸盐应用于建筑混凝土外加剂的方面。3．1 减水剂 减水剂是混凝土外加剂中应用最广，使用量也最大的一种。适量(0．2% 一2．5%)的木质素磺酸盐减少剂掺入混凝土中，由于吸附作用、分散作用，电性作用和表面自由能降低等因素的共同影响，使存在于水泥浆体絮凝结构中的游离水释放出来。对新拌混凝土的影响大致有以下几种：3．1．1 改善新拌混凝土的和易性 和易性表示新拌混凝土由于稠度变化而引浇筑成型的难易程度，以及抵抗材料分层、离析的程度。掺入适量的木质素磺酸盐后，由于其分散作用和电性作用，水泥颗粒间的电性斥力增大，水化膜的润滑作用，加上引入气泡的润滑作用使水泥的流变性能增加，即和易性变好，从而使混凝土的施工、振捣变得容易。3．1．2 减少单位用水量 由于和易性的改善，在保持相同的和易性的情况下，就可以减少拌合物的用水量。根据理论计算，水泥的硬化用水量为25％(对水泥)，在生产混凝土时为了保持一定的流动性，便于施工，往往要超过此值，水化过程中不需要的游离水，蒸发时会在混凝土内形成空隙，或停留在混凝土结构的内部，从而降低了混凝土的强度和耐久性。一般木质素磺酸盐的减水率为8% 一15% ，见下表：

3．1．3 工程应用 我国自20世纪50年代开始使用混凝土外加剂来，木质素磺酸盐作为一种重要的混凝土外加剂，国内一些大型项目都进行了应用，如：葛洲坝水利工程(使用4692t)、宝钢工程、深圳国贸大厦、三峡水利工程等。3．2 缓凝剂 缓凝剂是一种能延长混凝土凝结时间的外加剂，缓凝剂可以根据要求使混凝土在较长时间内保持可塑性，以便于浇筑成型或是延缓水化放热速率，减少因集中放热产生的温度应力造成的混凝土结构裂缝。随着商品混凝土的普及，特别是南方温度较高地区，建筑行业对缓凝剂的需求越来越大。
由于木质素磺酸盐分子中含有一OH、一COOH等官能团，而这些官能团具有很强的极性，它们吸附在水化物的晶核上，阻碍了结晶继续生长，主要是对C3S(硅酸三钙)水化物结晶转化过程的延缓。缓凝作用是在混凝土终凝以前起作用，在终凝后对水化反应的影响不大，在混凝土初凝期，混凝土的早期强度有所下降。木质素磺酸盐对混凝土的凝结影响试验结果见下表：

3．3 泵送剂 混凝土的泵送技术目前使用已十分普遍，尤其是商品泵送混凝土。据报道，有些混凝土可泵送高度已达100多m(上海东方明珠电视塔130m)。泵送混凝土除需具有一般的强度外、耐久性等要求外，还必需满足泵送工艺的要求，即还需具有良好的流动性、摩擦阻力小、不离析、不泌水、不堵塞管道等性能。因此，泵送剂一般需具有减水、缓凝、引气、保水等多种性能。木质素磺酸盐同时具有减水、缓凝和引起等作用，可单独用作一些标号较低，要求不太高的泵送剂，同是又可作为一些高效泵送剂的主要原料，与其它外加剂复合，生产出高效的混凝土泵送剂。4 结语 由于木质素磺酸盐的分子结构特性，使其具备了大量用作建筑混凝土外加剂的优良条件，且由于其具有性能较好和价格低廉的特点，使木质素磺酸盐在建筑行业有着不可替代的优势。

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