木質(zhì)素磺酸鹽用作混凝土外加劑的研究
2006-04-26 00:00
摘要：作為造紙副產(chǎn)品的木質(zhì)素磺酸鹽可作為減水劑、緩凝劑、泵送劑等建筑混凝土外加劑由于其具有性能較好和價格低廉的特點，在建筑行業(yè)有著不可替代的優(yōu)勢。
關(guān)鍵詞：木質(zhì)素磺酸鹽；混凝土外加劑
1 前言
江門甘蔗化工廠(集團)股份有限公司以蔗渣、竹子作為主要原料，采用亞硫酸氫鎂法制漿。紅液經(jīng)分離、提取、蒸發(fā)、噴霧干燥等生產(chǎn)工序后，得到木質(zhì)素磺酸鎂產(chǎn)品。作為造紙副產(chǎn)品的木質(zhì)素磺酸鹽主要可用作建筑混凝土外加劑和冶煉行業(yè)的粘合劑，由于其具有性能較好和價格低廉的特點，在建筑行業(yè)有著不可替代的優(yōu)勢?；炷镣饧觿┦撬嗷炷两M分中除水泥、水、砂、石、混合材料(摻合料)以外的第六組分，是一種分學建材，摻人外加劑后的混凝土性能指標如：緩凝時間、強度、用水量等有較大的改善。外加劑的發(fā)展雖然只有70多年的歷史，但目前已成為混凝土向高科技領(lǐng)域發(fā)展的關(guān)鍵技術(shù)。
2 木質(zhì)素磺酸鹽的生產(chǎn)和特性
2．1 生產(chǎn)
紙漿紅液提取出來后，進入五體四效噴膜蒸發(fā)系統(tǒng)中蒸發(fā)，蒸發(fā)至50%濃度，進入濃紅液貯存槽貯存并改性。再用加熱器將濃紅液預熱至70OC一80OC，再通過高速離心霧化裝置噴灑在干燥塔內(nèi)，與經(jīng)蒸汽換熱后的熱空氣(≥195OC)在干燥塔內(nèi)，進行順流閃急干燥。得到木質(zhì)素磺酸鹽產(chǎn)品。
木質(zhì)素磺酸鹽生產(chǎn)流程如下：
纖維原料一>蒸煮一>噴放鍋一>篩選 
回收一>四段逆流置換
回收一>四段逆流置換 一>紙漿一>五體四效逆流蒸發(fā)一>化學改性一>噴霧干燥一>木質(zhì)素磺酸鎂產(chǎn)品
2．2 特性
木質(zhì)素磺酸鹽是一種綠色環(huán)?；ぎa(chǎn)品，由于其分子結(jié)構(gòu)中存在著大量的芳香基、酚羥基、醇羥基、羰基、甲氧基、羧基、共軛雙鍵等活性基團，因此木質(zhì)素磺酸鹽產(chǎn)品可以進行縮聚或接枝共聚、氧化、還原、磺化、烷基化、鹵化、硝化、等許多化學反應(yīng)，木質(zhì)素磺酸鹽產(chǎn)品的上述性質(zhì)為其應(yīng)用提供了廣闊的市場空間。
以下是我公司與南京林業(yè)大學所做的木質(zhì)素磺酸鹽產(chǎn)品主要官能團含量檢測結(jié)果：
3 木質(zhì)素磺酸鹽在混凝土外加劑中的應(yīng)用
木質(zhì)素磺酸鹽用作混凝土外加劑已有70余年的歷史，而我國20世紀50年代開始已有小規(guī)模的應(yīng)用。木質(zhì)素磺酸鹽是一種陰離子表面活性劑，它吸附在固液表面上形成界面吸附層，此吸附膜厚度為20*10-10M，使界面層上的分子與內(nèi)部分子具有不同能量。由于木質(zhì)素磺酸鹽的表面張力小于純水的表面張力(1%的水溶液為57 * 10-3N/m，純水為71 * 10-3N/m)，因而能起分散和起泡作用。木質(zhì)素磺酸鹽在水溶液中離解成有機大分子陰離子和金屬陽離子，有機大分子陰離子吸附在水泥固體顆粒表面，使水泥粒子帶上負電，電性斥力使水泥分子分散開來。水膜還能減小粒子間的摩擦力起到潤滑作用，表面張力的降低使木質(zhì)素磺酸鹽減水劑具有一定的引氣性，氣泡的滾動和平共處托浮作用也會改進固液分散體系的和易性。另外由于木質(zhì)素磺酸鹽
分子中存在羥基(-OH)和醚基(-O-)因而有緩凝作用，由于緩凝在水泥水化初期可減少結(jié)合水消耗而增加易和性?？傊?，由于木質(zhì)素磺酸鹽的分散性、引氣性和緩凝性能在混凝土中起到改善作用，這些都是用于混凝土外加劑中優(yōu)良特點。
以下簡介幾個木質(zhì)素磺酸鹽應(yīng)用于建筑混凝土外加劑的方面。
3．1 減水劑
減水劑是混凝土外加劑中應(yīng)用最廣，使用量也最大的一種。適量(0．2% 一2．5%)的木質(zhì)素磺酸鹽減少劑摻入混凝土中，由于吸附作用、分散作用，電性作用和表面自由能降低等因素的共同影響，使存在于水泥漿體絮凝結(jié)構(gòu)中的游離水釋放出來。對新拌混凝土的影響大致有以下幾種：
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變化而引澆筑成型的難易程度，以及抵抗材料分層、離析的程度。摻入適量的木質(zhì)素磺酸鹽后，由于其分散作用和電性作用，水泥顆粒間的電性斥力增大，水化膜的潤滑作用，加上引入氣泡的潤滑作用使水泥的流變性能增加，即和易性變好，從而使混凝土的施工、振搗變得容易。
3．1．2 減少單位用水量
由于和易性的改善，在保持相同的和易性的情況下，就可以減少拌合物的用水量。根據(jù)理論計算，水泥的硬化用水量為25％(對水泥)，在生產(chǎn)混凝土時為了保持一定的流動性，便于施工，往往要超過此值，水化過程中不需要的游離水，蒸發(fā)時會在混凝土內(nèi)形成空隙，或停留在混凝土結(jié)構(gòu)的內(nèi)部，從而降低了混凝土的強度和耐久性。一般木質(zhì)素磺酸鹽的減水率為8% 一15% ，見下表：
3．1．3 工程應(yīng)用
我國自20世紀50年代開始使用混凝土外加劑來，木質(zhì)素磺酸鹽作為一種重要的混凝土外加劑，國內(nèi)一些大型項目都進行了應(yīng)用，如：葛洲壩水利工程(使用4692t)、寶鋼工程、深圳國貿(mào)大廈、三峽水利工程等。
3．2 緩凝劑
緩凝劑是一種能延長混凝土凝結(jié)時間的外加劑，緩凝劑可以根據(jù)要求使混凝土在較長時間內(nèi)保持可塑性，以便于澆筑成型或是延緩水化放熱速率，減少因集中放熱產(chǎn)生的溫度應(yīng)力造成的混凝土結(jié)構(gòu)裂縫。隨著商品混凝土的普及，特別是南方溫度較高地區(qū)，建筑行業(yè)對緩凝劑的需求越來越大。
由于木質(zhì)素磺酸鹽分子中含有一OH、一COOH等官能團，而這些官能團具有很強的極性，它們吸附在水化物的晶核上，阻礙了結(jié)晶繼續(xù)生長，主要是對C3S(硅酸三鈣)水化物結(jié)晶轉(zhuǎn)化過程的延緩。緩凝作用是在混凝土終凝以前起作用，在終凝后對水化反應(yīng)的影響不大，在混凝土初凝期，混凝土的早期強度有所下降。木質(zhì)素磺酸鹽對混凝土的凝結(jié)影響試驗結(jié)果見下表：
3．3 泵送劑
混凝土的泵送技術(shù)目前使用已十分普遍，尤其是商品泵送混凝土。據(jù)報道，有些混凝土可泵送高度已達100多m(上海東方明珠電視塔130m)。泵送混凝土除需具有一般的強度外、耐久性等要求外，還必需滿足泵送工藝的要求，即還需具有良好的流動性、摩擦阻力小、不離析、不泌水、不堵塞管道等性能。因此，泵送劑一般需具有減水、緩凝、引氣、保水等多種性能。木質(zhì)素磺酸鹽同時具有減水、緩凝和引起等作用，可單獨用作一些標號較低，要求不太高的泵送劑，同是又可作為一些高效泵送劑的主要原料，與其它外加劑復合，生產(chǎn)出高效的混凝土泵送劑。
4 結(jié)語
由于木質(zhì)素磺酸鹽的分子結(jié)構(gòu)特性，使其具備了大量用作建筑混凝土外加劑的優(yōu)良條件，且由于其具有性能較好和價格低廉的特點，使木質(zhì)素磺酸鹽在建筑行業(yè)有著不可替代的優(yōu)勢。
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