木質素磺酸鹽用作混凝土外加劑的研究
2006-04-26 00:00
摘要：作為造紙副產品的木質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。
關鍵詞：木質素磺酸鹽；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。紅液經分離、提取、蒸發(fā)、噴霧干燥等生產工序后，得到木質素磺酸鎂產品。作為造紙副產品的木質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域發(fā)展的關鍵技術。
2 木質素磺酸鹽的生產和特性
2．1 生產
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，與經蒸汽換熱后的熱空氣(≥195OC)在干燥塔內，進行順流閃急干燥。得到木質素磺酸鹽產品。
木質素磺酸鹽生產流程如下：
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>木質素磺酸鎂產品
2．2 特性
木質素磺酸鹽是一種綠色環(huán)?；ぎa品，由于其分子結構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，因此木質素磺酸鹽產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，木質素磺酸鹽產品的上述性質為其應用提供了廣闊的市場空間。
以下是我公司與南京林業(yè)大學所做的木質素磺酸鹽產品主要官能團含量檢測結果：
3 木質素磺酸鹽在混凝土外加劑中的應用
木質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)模的應用。木質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部分子具有不同能量。由于木質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合水消耗而增加易和性。總之，由于木質素磺酸鹽的分散性、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。
以下簡介幾個木質素磺酸鹽應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用最廣，使用量也最大的一種。適量(0．2% 一2．5%)的木質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構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)時會在混凝土內形成空隙，或停留在混凝土結構的內部，從而降低了混凝土的強度和耐久性。一般木質素磺酸鹽的減水率為8% 一15% ，見下表：
3．1．3 工程應用
我國自20世紀50年代開始使用混凝土外加劑來，木質素磺酸鹽作為一種重要的混凝土外加劑，國內一些大型項目都進行了應用，如：葛洲壩水利工程(使用4692t)、寶鋼工程、深圳國貿大廈、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，減少因集中放熱產生的溫度應力造成的混凝土結構裂縫。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，阻礙了結晶繼續(xù)生長，主要是對C3S(硅酸三鈣)水化物結晶轉化過程的延緩。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。木質素磺酸鹽對混凝土的凝結影響試驗結果見下表：
3．3 泵送劑
混凝土的泵送技術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，生產出高效的混凝土泵送劑。
4 結語
由于木質素磺酸鹽的分子結構特性，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，使木質素磺酸鹽在建筑行業(yè)有著不可替代的優(yōu)勢。
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