木質(zhì)素聚合物改性粉煤灰混凝土性能的試驗研究

黃剛 劉遠才

摘 要：以高沸醇溶劑法制備木質(zhì)素并經(jīng)化學處理獲得木質(zhì)素磺酸鈣作為減水劑改性粉煤灰混凝土，通過粉煤灰混凝土配合比的設計，以試驗數(shù)據(jù)進行了研究與分析，試驗證明通過自制的木質(zhì)素聚合物對改性粉煤灰混凝土性能到達了一定效果。

關鍵詞：高沸醇溶劑法； 木質(zhì)素磺酸鈣； 粉煤灰混凝土配合比； 粉煤灰混凝土強度

Lignin polymer modified fly ash concrete performance were studied

Huang Gang， Liu Yuancai

Abstract：With high boiling alcoholic solvents prepared by lignin and legal chemical processing obtain calcium lignosulphonate as jianshuiji modified fly ash concrete， through the fly ash concrete mixture design， based on experimental data and analysis， the experiment has proved through the homemade lignin polymer modification of fly ash concrete performance reached certain effect.

Words：High boiling alcohol solvent method； Calcium lignosulphonate； Fly ash concrete mixture； Fly ash concrete strength.

前言

環(huán)境污染和資源危機等問題是當今世界面臨的一個難題，如何將廢棄物回收與可再生資源的利用，更是當代經(jīng)濟與社會發(fā)展的重大課題，天然高分子化合物的研究受到了眾多研究者的重視。木質(zhì)素作為一種天然高聚物，是一種非常豐富的可再生資源，在自然界中木質(zhì)素主要存在于木材、稻草、麥稈等植物體中，每年全球植物能產(chǎn)生1500萬噸左右的木質(zhì)素[1]，在傳統(tǒng)的紙漿造紙工業(yè)，木質(zhì)素被降解成木質(zhì)素磺酸鹽等隨廢水排出，目前僅我國年產(chǎn)就已經(jīng)達到450萬噸以上，而且隨著造紙工業(yè)的發(fā)展還有進一步增長的趨勢[2]，這不僅造成了資源的極大浪費，而且還對環(huán)境造成了極大的污染，在國內(nèi)程賢甦等人[3]使用高沸醇溶劑法將高沸點的有機溶劑、木片、稻草或稻殼等植物原料蒸煮可以成功地制得高沸醇木質(zhì)素，此方法具有無污染，資源回收利用充分等優(yōu)勢，同時制備高沸醇木質(zhì)素在國外有日本北海道大學佐野嘉拓教授課題組的研究，高沸醇溶劑法不僅解決了造紙廢液對環(huán)境的污染，而且還為森林采伐剩余物回收，變廢為寶提供了有效途徑。目前對混凝土的改性研究主要通過改性劑在其拌制過程中的摻入，以改善混凝土的性能[4]，而對粉煤灰混凝土的改性研究仍較活躍，眾所周知，在混凝土中摻入一定量的粉煤灰，能節(jié)約水泥、降低水化熱、提高抗腐蝕性，改善拌合物的粘聚性，提高混凝土的抗?jié)B性，并能處理工業(yè)廢渣，減少環(huán)境污染[5]，但是對混凝土早期強度的增長速度會產(chǎn)生一定的影響，本文借鑒國內(nèi)程賢甦等人的制備木質(zhì)素方法，以木材為原料進行自制木質(zhì)素，然后將木質(zhì)素經(jīng)過化學處理得到木質(zhì)素磺酸鈣化合物，并將其作為外加劑摻入粉煤灰混凝土中，通過試驗，分析了木質(zhì)素聚合物對粉煤灰混凝土的改性效果。

1.試驗材料

木質(zhì)素磺酸鈣：以木材為原料，提取木質(zhì)素，再經(jīng)化學處理獲得（自制）。

水泥：42.5級普通硅酸鹽水泥。

砂：河砂（屬中砂），過5mm篩。

水：自來水。

石：5-20mm的碎石。

粉煤灰：選用細度、燒失量、需水量比、SO3含量均滿足規(guī)范用于水泥混凝土Ⅱ級粉煤灰。

2.試驗方法與步驟

2.1 以木材為原料，1，4-丁二醇為溶劑在180-220。C蒸煮條件下進行木質(zhì)素的提取，木質(zhì)素提取率約26.2%，將提取的木質(zhì)素經(jīng)磺化后得到木質(zhì)素磺酸鈣。

2.2 試驗配制強度等級為C30、坍落度控制為30-50mm的粉煤灰混凝土，以基準混凝土配合比為基礎，為了考慮粉煤灰取代水泥含量，砂率對粉煤灰混凝土抗壓強度的影響，砂率控制為31.6%，摻入的粉煤灰采用超量取代法取代水泥，取代量及粉煤灰超量系數(shù)分別參見表1和2，該表選自《粉煤灰混凝土應用技術規(guī)范》（GBJ146-90），即以粉煤灰取代水泥量為21.0%的粉煤灰混凝土配合比進行設計，其設計要求根據(jù)《普通混凝土配合比設計規(guī)程》（JGJ55-2000）進行，配合比見表3。

2.3混凝土試件的制備及強度試驗。

按照設計的配合比進行混凝土試件的制備，試件規(guī)格為150mm×150mm×150mm立方體，試件成型24h后脫模，將其放置于養(yǎng)護室中養(yǎng)護成型，分別進行養(yǎng)護7d、28d、60d后的抗壓強度試驗，每組抗壓強度試驗的試件均為3個，取其平均值，試驗過程中持續(xù)加壓，電腦給出了最大荷載力及荷載與位移的曲線圖。通過試驗觀察試件的破壞形態(tài)多以鼓脹破壞為主，粉煤灰混凝土拌合物坍落度值及養(yǎng)護試件的抗壓強度的平均值見表4。

3.試驗結果分析

通過對各項指標的實驗數(shù)據(jù)進行統(tǒng)計分析，考察各因素對混凝土的影響效果，由表3和表4可以看出：

（1）在保持粉煤灰混凝土用水量和水泥用量不變的情況下，B組摻加0.2%的外加劑其坍落度從A組的40mm增加到了100mm，可見增大了混凝土的流動性；

（2）在保證粉煤灰混凝土工作性和水泥用量不變的情況下，C組減少了用水量，但經(jīng)過抗壓試驗結果表明：混凝土強度有所提高；

（3）在保持混凝土工作性和強度不變的情況下，D組減少了一定的水泥，經(jīng)過試件抗壓試驗結果表明：改組能達到同樣的強度，在一定程度上節(jié)約了水泥；

（4）粉煤灰混凝土早期強度普遍偏低，28d至60d這之間的強度增幅比較明顯，粉煤灰的活性反應主要在28d左右。

4.試驗結論

4.1 粉煤灰的運用，本試驗統(tǒng)一取代水泥量約為21%，通過實驗數(shù)據(jù)表明，粉煤灰對混凝土產(chǎn)生了極大貢獻——粉煤灰效應[6]，表現(xiàn)在處于潮濕的養(yǎng)護環(huán)境中，后期強度增幅較大，尤其是在28d之后。

4.2 木質(zhì)素聚合物作為外加劑用來改性混凝土，試驗表明，通過自制的木質(zhì)素聚合物加入粉煤灰混凝土中起到了改性的效果，主要起到了增大粉煤灰混凝土的流動性，提高了混凝土的強度，節(jié)約了水泥。

4.3木質(zhì)素聚合物和粉煤灰同時作為外加劑加入混凝土中，既對混凝土的改性起到了一定的作用，又有效的回收了森林廢棄物資源，工業(yè)廢渣等。

4.4國內(nèi)程賢甦等人研究了其他木質(zhì)素聚合物的研究，比如木質(zhì)素聚合物環(huán)氧樹脂運用到水泥砂漿中的作用以及高沸醇木質(zhì)素作為涂料、膠黏劑的應用等，可見其綜合利用有非常廣闊的空間，本文中木質(zhì)素磺酸鈣的提取由于技術有限，在木質(zhì)素磺酸鈣的純度上有一定的降低，在以后的研究過程中需進一步優(yōu)化提取工藝。

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【文章編號】1