木質(zhì)素聚合物改性粉煤灰混凝土性能的試驗(yàn)研究

黃剛　劉遠(yuǎn)才

摘要：以高沸醇溶劑法制備木質(zhì)素并經(jīng)化學(xué)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(shè)計(jì)，以試驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行了研究與分析，試驗(yàn)證明通過自制的木質(zhì)素聚合物對(duì)改性粉煤灰混凝土性能到達(dá)了一定效果。

關(guān)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(qiáng)度

前言

環(huán)境污染和資源危機(jī)等問題是當(dāng)今世界面臨的一個(gè)難題，如何將廢棄物回收與可再生資源的利用，更是當(dāng)代經(jīng)濟(jì)與社會(huì)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，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(guó)年產(chǎn)就已經(jīng)達(dá)到450萬噸以上，而且隨著造紙工業(yè)的發(fā)展還有進(jìn)一步增長(zhǎng)的趨勢(shì)，這不僅造成了資源的極大浪費(fèi)，而且還對(duì)環(huán)境造成了極大的污染，在國(guó)內(nèi)程賢甦等人。使用高沸醇溶劑法將高沸點(diǎn)的有機(jī)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(shì)，同時(shí)制備高沸醇木質(zhì)素在國(guó)外有日本北海道大學(xué)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(duì)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(duì)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，而對(duì)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，但是對(duì)混凝土早期強(qiáng)度的增長(zhǎng)速度會(huì)產(chǎn)生一定的影響，本文借鑒國(guó)內(nèi)程賢甦等人的制備木質(zhì)素方法，以木材為原料進(jìn)行自制木質(zhì)素，然后將木質(zhì)素經(jīng)過化學(xué)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(yàn)，分析了木質(zhì)素聚合物對(duì)粉煤灰混凝土的改性效果。

1.試驗(yàn)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(xué)處理獲得（自制）。

水泥：42.5級(jí)普通硅酸鹽水泥。

砂：河砂（屬中砂），過5m篩。

水：自來水。

石：5-20m的碎石。

粉煤灰：選用細(xì)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(jí)粉煤灰。

2.試驗(yàn)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(jìn)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(yàn)配制強(qiáng)度等級(jí)為C30、坍落度控制為30-50mm的粉煤灰混凝土，以基準(zhǔn)混凝土配合比為基礎(chǔ)，為了考慮粉煤灰取代水泥含量，砂率對(duì)粉煤灰混凝土抗壓強(qiáng)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(yīng)用技術(shù)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(jìn)行設(shè)計(jì)，其設(shè)計(jì)要求根據(jù)《普通混凝土配合比設(shè)計(jì)規(guī)程》（JGJ55-2000）進(jìn)行，配合比見表3。

2.3混凝土試件的制備及強(qiáng)度試驗(yàn)。

按照設(shè)計(jì)的配合比進(jìn)行混凝土試件的制備，試件規(guī)格為150mm×150nm×150nm立方體，試件成型24h后脫模，將其放置于養(yǎng)護(hù)室中養(yǎng)護(hù)成型，分別進(jìn)行養(yǎng)護(hù)7d、28d、60d后的抗壓強(qiáng)度試驗(yàn)，每組抗壓強(qiáng)度試驗(yàn)的試件均為3個(gè)，取其平均值，試驗(yàn)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(yàn)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(hù)試件的抗壓強(qiáng)度的平均值見表4。

3.試驗(yàn)結(jié)果分析

通過對(duì)各項(xiàng)指標(biāo)的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，考察各因素對(duì)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100m，可見增大了混凝土的流動(dòng)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(yàn)結(jié)果表明：混凝土強(qiáng)度有所提高；

（3）在保持混凝土工作性和強(qiáng)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(yàn)結(jié)果表明：改組能達(dá)到同樣的強(qiáng)度，在一定程度上節(jié)約了水泥；

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

4.試驗(yàn)結(jié)論

4.1粉煤灰的運(yùn)用，本試驗(yàn)統(tǒng)一取代水泥量約為21%，通過實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)表明，粉煤灰對(duì)混凝土產(chǎn)生了極大貢獻(xiàn)——粉煤灰效應(yīng)，表現(xiàn)在處于潮濕的養(yǎng)護(hù)環(huán)境中，后期強(qiáng)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(yàn)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(dòng)性，提高了混凝土的強(qiáng)度，節(jié)約了水泥。

4.3木質(zhì)素聚合物和粉煤灰同時(shí)作為外加劑加入混凝土中，既對(duì)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(guó)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(yùn)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(yīng)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(shù)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(jìn)一步優(yōu)化提取工藝。