混凝土用淀粉基化學(xué)功能材料的研究進(jìn)展和展望

李 彬, 王 玲

(中國建筑材料科學(xué)研究總院有限公司 綠色建筑材料國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室, 北京 100024)

淀粉普遍存在于植物的根、莖及果實(shí)中,是玉米、小麥、木薯等植物的主要成分[1-3].自然界中,淀粉作為除纖維素以外儲(chǔ)量最大的碳水化合物,其分子結(jié)構(gòu)主要有直鏈和支鏈.直鏈淀粉是脫水葡萄糖通過α-1,4糖苷鍵連接起來的線性分子鏈;支鏈淀粉中脫水葡萄糖除了通過α-1,4糖苷鍵連接起來外,還在分支位置通過α-1,6糖苷鍵連接[4-5].由于支鏈淀粉與直鏈淀粉的聚合度不同,用碘液可以對(duì)兩者進(jìn)行區(qū)分：支鏈淀粉遇碘液顯紫紅色,直鏈淀粉遇碘液則顯深藍(lán)色.不同來源的淀粉中直鏈淀粉和支鏈淀粉的比例有所不同.常見的玉米淀粉、木薯淀粉及馬鈴薯淀粉以支鏈淀粉為主,其含量為70%～83%[6-7].淀粉屬于可再生材料,其原料來源豐富、價(jià)格低廉,對(duì)各種淀粉進(jìn)行物理改性和化學(xué)改性后,可以制備出多種淀粉基新材料[8-10].

化學(xué)外加劑的出現(xiàn)和發(fā)展促進(jìn)了混凝土性能的明顯提升,如流動(dòng)性改善、強(qiáng)度和耐久性提升等.由此,一系列通過外加劑改性研制得到的水泥基復(fù)合材料應(yīng)運(yùn)而生,如自密實(shí)混凝土(SCC)、高性能混凝土(HPC)和超高性能混凝土(UHPC)等.化學(xué)外加劑品種繁多,它們大多以石化產(chǎn)品為主要原料,通過溶液聚合、乳液聚合和本體聚合等方法制備得到.

隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展,資源和環(huán)境問題日益凸顯,人類面臨更加嚴(yán)峻的資源短缺問題.解決好資源問題才能實(shí)現(xiàn)人類社會(huì)的可持續(xù)發(fā)展.用淀粉替代石化產(chǎn)品原材料制備淀粉基混凝土外加劑,對(duì)提升混凝土應(yīng)用性能具有重要意義.淀粉作為綠色可再生材料,展現(xiàn)出石油資源難以比擬的優(yōu)勢(shì)：(1)淀粉基化學(xué)功能材料的性能能夠與石油基化學(xué)功能材料相媲美,同時(shí)還具有無毒、無污染的特點(diǎn);(2)中國擁有豐富的淀粉資源,其中玉米淀粉是中國淀粉產(chǎn)業(yè)最大的品類,2019年產(chǎn)量達(dá)到3097.4萬t,豐富的淀粉資源也面臨著資源過剩的問題,對(duì)淀粉進(jìn)行改性,賦予其新的性能是對(duì)過剩資源的“變廢為寶”;(3)就市場角度而言,石油價(jià)格受國際市場的影響變化幅度較大,而中國作為淀粉大國,淀粉價(jià)格相對(duì)穩(wěn)定,隨國際市場的波動(dòng)較小.

本文介紹國內(nèi)外針對(duì)幾種淀粉基化學(xué)功能材料最新的研究進(jìn)展,包括淀粉基黏度改性劑、淀粉基減水劑、淀粉基水化溫升抑制劑,以及淀粉基高吸水性材料.

1 淀粉基黏度改性劑

黏度改性劑(viscosity modifying agent,VMA)是用來提高水泥基膠凝材料黏聚性和穩(wěn)定性的一類材料.針對(duì)混凝土由于配合比不當(dāng)、骨料級(jí)配較差等原因?qū)е碌碾x析、泌水現(xiàn)象,黏度改性劑能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)混凝土均勻性和穩(wěn)定性(阻止泌水、離析)的改善.

黏度改性劑常常通過多種作用機(jī)制的組合實(shí)現(xiàn)對(duì)混凝土穩(wěn)定性的改善:(1)黏度改性劑的親水端吸附、固定自由水分子,通過溶脹作用增加自身表觀體積,增加拌和水的黏度;(2)黏度改性劑分子鏈相互吸引纏繞,形成網(wǎng)狀結(jié)構(gòu),阻止自由水遷移,增加體系的黏度;(3)水泥漿體中黏度改性劑分子吸附到水泥顆粒的表面,增加水泥顆粒的表觀粒徑(水膜層厚度)、降低聚合物分子鏈的移動(dòng)能力.

淀粉含有大量的活性基團(tuán),通過簡單的化學(xué)改性或者降解就可制備得到淀粉基VMA,其作用機(jī)制包含上述3個(gè)方面.淀粉基VMA含有大量的羥基親水基團(tuán),水分子常以包膜形式吸附在淀粉基VMA的表面[11],從而提升水溶液的黏度.相比其他常見的VMA(如膨潤土和硅灰等),淀粉基VMA由于特殊的分子結(jié)構(gòu),使添加有淀粉基VMA的漿體具備更好的剪切觸變性,在靜止或者緩慢轉(zhuǎn)動(dòng)狀態(tài)下漿體就具有較大的黏度[12],而在高剪切速率條件下,淀粉分子發(fā)生重排,分子鏈解纏繞,從而降低溶液黏度,使?jié){體獲得較小的黏度.在實(shí)際的工程應(yīng)用中,可以利用淀粉基VMA的這個(gè)特點(diǎn),通過轉(zhuǎn)化剪切速率實(shí)現(xiàn)對(duì)漿體黏度的調(diào)整,以滿足混凝土泵送(泵送前可對(duì)混凝土進(jìn)行高剪切速率的攪拌,以降低漿體的黏度)和自密實(shí)混凝土的制備需求.

淀粉醚(羥烷基淀粉、羧甲基淀粉、陽離子淀粉等)是一種淀粉基VMA,常常作為建筑砂漿中的增稠劑.當(dāng)?shù)矸勖延昧繛?.03%～0.05%時(shí)就能影響以石膏、水泥和石灰為基料的砂漿稠度,改善砂漿的施工性,提高砂漿抗流掛性,降低濕砂漿的黏著性,延長開放時(shí)間等.

淀粉基VMA對(duì)漿體黏度和穩(wěn)定性的影響受多個(gè)因素,如凝膠材料種類[13-14]、用水量[15]、混合方式[16],以及淀粉基黏度改性劑聚合度[17]的制約.Lachemi 等[13]制備了4種多糖VMA,來調(diào)節(jié)摻有萘系減水劑水泥漿體的黏度,研究發(fā)現(xiàn),當(dāng)多糖VMA摻量為0.025%～0.075%時(shí),隨著多糖VMA摻量的增加,水泥漿體黏度不斷增大,離析現(xiàn)象得到明顯遏制,同時(shí)淀粉基VMA的加入未對(duì)水泥漿體的水化造成明顯影響.Izaguirre等[14]研究發(fā)現(xiàn)：當(dāng)?shù)矸刍鵙MA摻量在0.3%以內(nèi)時(shí),石灰漿體的黏度隨其摻量增大不斷增加,而當(dāng)?shù)矸刍鵙MA摻量大于0.3%時(shí),石灰漿體的黏度隨其摻量增大而下降;當(dāng)?shù)矸刍鵙MA摻量小于0.3%時(shí),淀粉基VMA作為絮凝基團(tuán),石灰漿體顆粒的粒徑隨其摻量的增加不斷增大(淀粉基VMA摻量分別為0%和0.15%～0.30%時(shí),對(duì)應(yīng)的顆粒粒徑分布分別為10～100μm和100～1000μm),從而提升了漿體的穩(wěn)定性.

制備特殊性能混凝土?xí)r,淀粉基VMA往往與減水劑復(fù)配使用,漿體的流動(dòng)性與穩(wěn)定性會(huì)相互制約,因此淀粉基VMA與減水劑的匹配性至關(guān)重要.Lachemi等[18]制備自密實(shí)混凝土?xí)r,發(fā)現(xiàn)多糖VMA與減水劑的配比發(fā)揮著重要作用,只有在合理的配比條件下才能兼顧漿體的穩(wěn)定性和流動(dòng)性.Isik等[19]將淀粉醚作為VMA,與聚羧酸減水劑互配使用來制備自密實(shí)混凝土,發(fā)現(xiàn)淀粉醚的加入能夠保證自密實(shí)混凝土最小坍落擴(kuò)展度為600mm，且不出現(xiàn)分離現(xiàn)象,淀粉醚未對(duì)自密實(shí)混凝土的強(qiáng)度發(fā)展造成不利影響.

2 淀粉基減水劑

常見的混凝土減水劑包括木質(zhì)素磺酸鹽類減水劑、萘系高效減水劑、三聚氰胺系高效減水劑及聚羧酸系高性能減水劑等.其分散機(jī)理因自身分子結(jié)構(gòu)不同而異.通常分散機(jī)理包括：(1)吸附分散機(jī)理 減水劑分子的陰離子基團(tuán)吸附到水泥顆粒表面,親水基團(tuán)朝向水溶液中,使水泥顆粒的表面覆蓋一層溶劑化水膜，提升水泥顆粒表面的潤濕性,提高新拌混凝土的和易性.(2)靜電斥力機(jī)理 該類減水劑分子定向吸附到水泥顆粒的表面,親水基團(tuán)伸向水溶液中,水泥顆粒的表面帶有相同電荷,在靜電斥力的作用下,破壞絮凝結(jié)構(gòu)釋放水泥顆粒包裹的自由水,提高混凝土的流動(dòng)度.(3)空間位阻機(jī)理 減水劑分子吸附到水泥顆粒表面形成一定厚度的吸附層,吸附層能夠使相互靠近的水泥顆粒產(chǎn)生斥力作用,阻止水泥顆粒的團(tuán)聚,提高混凝土漿體的流動(dòng)性.

淀粉由于分子鏈上含有大量羥基,易通過化學(xué)反應(yīng)改性,從而賦予新的性能.關(guān)于采用淀粉基減水劑提升混凝土和易性的研究早在20世紀(jì)70年代就已開始,常見的淀粉基減水劑包括磺化淀粉[20-21]、琥珀酸淀粉酯[22]、淀粉磺丙基酯[23]和羧甲基淀粉[24]等.

與木質(zhì)素磺酸鹽類減水劑和萘系減水劑相比,淀粉基減水劑往往展現(xiàn)出更優(yōu)越的分散性能.相同摻量條件下?lián)接谢腔矸跾S與萘系減水劑FDN的水泥漿體流動(dòng)度對(duì)比如圖1所示[20].

圖1 摻不同減水劑水泥漿體的流動(dòng)度對(duì)比Fig.1 Comparision of the fluidity of cement paste with different water reducing agents[20]

除此之外,淀粉基減水劑的制備流程也比常見的減水劑更加簡便、成本更加低廉.如程發(fā)等[25]將氯磺酸與少量的二氯甲烷混合制備得到磺化試劑,用磺化試劑噴灑淀粉反應(yīng)30min左右,即可得到磺化淀粉減水劑(半干法).

減水劑最重要的性能就是分散性能,相對(duì)分子質(zhì)量及取代基團(tuán)的種類是決定淀粉基減水劑分散性能好壞的重要參數(shù).Vieira等[26]針對(duì)不同相對(duì)分子質(zhì)量改性淀粉的分散性能進(jìn)行研究,揭示了淀粉基減水劑聚合度對(duì)其分散性能的影響.當(dāng)磺化淀粉分子的重均聚合度為50～230時(shí),減水劑表現(xiàn)出較佳的分散性能(砂漿的流動(dòng)度可達(dá)224mm以上),而當(dāng)其重均聚合度大于500時(shí),減水劑不具備分散性能(相同摻量條件下砂漿流動(dòng)度低于143mm).Jean-Yves系統(tǒng)比較了不同取代基團(tuán)、不同取代度淀粉基減水劑分散性能的強(qiáng)弱[23],相同摻量條件下,磺化淀粉衍生物表現(xiàn)出更佳的分散性能(當(dāng)改性淀粉摻量為1%時(shí),琥珀酸淀粉酯、淀粉馬來酸酯對(duì)應(yīng)的坍落擴(kuò)展度在85mm以內(nèi),而磺化淀粉衍生物對(duì)應(yīng)的坍落擴(kuò)展度在133mm以上).

關(guān)于淀粉基減水劑的分散機(jī)理,Zhang等[20,22]通過X射線光電子能譜(XPS)對(duì)比淀粉基減水劑(磺化淀粉)與萘系高效減水劑的Zeta電位和水泥顆粒的吸附層厚度(見表1)后發(fā)現(xiàn)，淀粉基減水劑除了通過靜電斥力實(shí)現(xiàn)分散性能外,其自身較大的空間位阻效應(yīng)才是具備較強(qiáng)分散性能的根本原因.

表1 磺化淀粉與萘系減水劑在水泥漿體中的Zeta電位和吸附層厚度

淀粉基減水劑還常常兼具緩凝性能.不少研究者對(duì)淀粉基緩凝型減水劑進(jìn)行研究,如石從黎[27]研究了磺化淀粉的緩凝性能,發(fā)現(xiàn)磺化淀粉摻量為0.6%～0.8%時(shí),水泥漿體的流動(dòng)度最大可達(dá)260mm,且水泥漿體的初凝時(shí)間大于15h;趙平等[28]制備了一種淀粉基緩凝減水劑,發(fā)現(xiàn)當(dāng)其摻量為0.3%時(shí),水泥漿體的流動(dòng)度最大可達(dá)270mm,同時(shí)水泥漿體的凝結(jié)時(shí)間超過24h.

由于淀粉的樹枝狀結(jié)構(gòu)具備較大的空間效應(yīng),加之淀粉低廉的價(jià)格,不少研究者嘗試用改性淀粉部分取代聚羧酸高性能減水劑(PCE)[29]制備中的大單體,來減低PCE的生產(chǎn)成本,從而擴(kuò)展淀粉在減水劑領(lǐng)域的應(yīng)用.曲烈等[30]和廖國勝等[31]的相關(guān)工作見表2.

表2 淀粉改性PCE后的分散性能

圍繞淀粉基減水劑這一方向已經(jīng)開展了近50年的研究,但依然處在初級(jí)階段：從制備技術(shù)看,還未能實(shí)現(xiàn)對(duì)淀粉基減水劑分子結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì),大部分淀粉基減水劑僅通過簡單的化學(xué)改性來實(shí)現(xiàn),所得到的淀粉基減水劑性能相對(duì)單一;從分散機(jī)理研究進(jìn)展看,目前尚未能明確地表征改性淀粉的結(jié)構(gòu)(改性基團(tuán)取代的位置、改性后支鏈淀粉和直鏈含量等),尚未建立起“樹枝”結(jié)構(gòu)與分散性能的關(guān)系.目前開發(fā)的淀粉基減水劑的減水率僅介于萘系減水劑與聚羧酸減水劑之間,且相關(guān)產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)和應(yīng)用技術(shù)規(guī)程尚為空白.以上這些因素導(dǎo)致淀粉基減水劑還未能得到廣泛應(yīng)用.

3 淀粉基水化溫升抑制劑

近幾年,淀粉基化學(xué)功能材料作為水化溫升抑制劑(temperature rise inhibitor,TRI)出現(xiàn)在大眾視野中,成為淀粉基化學(xué)功能材料在建材行業(yè)應(yīng)用的新方向.

溫升抑制劑是針對(duì)大體積混凝土由于散熱較慢所產(chǎn)生的一系列問題而開發(fā)的一種新型混凝土外加劑.混凝土水化過程中溫度會(huì)持續(xù)升高,當(dāng)散熱速率等于水化放熱速率時(shí),混凝土溫度達(dá)到峰值,隨后溫度下降.由于溫度降低會(huì)導(dǎo)致混凝土熱收縮,并產(chǎn)生收縮應(yīng)力,而當(dāng)熱應(yīng)力大于拉應(yīng)力時(shí),混凝土就會(huì)產(chǎn)生裂紋[32-33].

在不犧牲混凝土性能、不提高施工難度的前提下,使用溫升抑制劑是一種更加簡便、相對(duì)經(jīng)濟(jì)的新措施.已見報(bào)道的溫升抑制劑產(chǎn)品有羥基羧酸酯類化合物、緩凝劑與早強(qiáng)劑的復(fù)合物[34]和淀粉衍生物.其中的淀粉基水化溫升抑制劑常常被誤認(rèn)為是淀粉基緩凝劑,其實(shí)二者是有區(qū)別的.圖2為淀粉基水化溫升抑制劑與緩凝劑對(duì)水泥水化的影響對(duì)比.由圖2可見：(1)根據(jù)水泥的水化放熱速率可以將水泥水化過程分為溶解期、誘導(dǎo)期、加速期及衰退期4個(gè)階段[35-37].(2)淀粉基緩凝劑主要影響水泥水化的第2階段(誘導(dǎo)期),而對(duì)主要的水化熱快速產(chǎn)生階段——加速期沒有明顯影響[38-42];淀粉基TRI則主要降低加速期的水化放熱速率,降低整體水化熱的峰值溫度.

圖2 淀粉基水化溫升抑制劑與緩凝劑對(duì)水泥水化的影響對(duì)比Fig.2 Comparison of the effects of starch-based temperature rise inhibitor and retarder on cement paste hydration[35-42]

常見的淀粉基TRI是淀粉酸解后得到的低相對(duì)分子質(zhì)量的淀粉[43-44].研究表明[45],淀粉基TRI在不對(duì)水泥混凝土強(qiáng)度造成明顯影響的條件下,可使水泥水化最大熱流量從2.65mW/g降低到1.51mW/g,水化熱曲線峰值溫度從36℃降低到25℃,得到的水泥混凝土28d強(qiáng)度可達(dá)空白組的99%.圖3為淀粉基TRI水泥孔隙溶液電阻率(ρ)的變化.由圖3可見：不同淀粉基TRI摻量條件下,水泥漿體水化的第Ⅰ階段溶解過程所需要的時(shí)間沒有明顯差異,說明淀粉基TRI并不能阻止水泥顆粒的溶解過程[46-47];水泥漿體水化的第Ⅲ階段電阻率變化率受淀粉基TRI的影響最明顯;隨著淀粉基TRI摻量的增加,體系的電阻率隨之減小,造成該結(jié)果的原因是高硫型水化硫鋁酸鈣(AFt)與單硫型水化硫鋁酸鈣(AFm)之間的轉(zhuǎn)換受到明顯影響.為了進(jìn)一步明確淀粉基TRI主要影響的礦物種類,研究者對(duì)不同淀粉基TRI摻量的水化產(chǎn)物進(jìn)行XRD分析,發(fā)現(xiàn)淀粉基TRI摻量越大,相同水化時(shí)間未水化硅酸三鈣(C3S)的含量越高,水化產(chǎn)物水化硅酸鈣(C-S-H)則越少,淀粉基TRI的摻入降低了C-S-H的生成速率,減緩了水化放熱速率.

圖3 在20℃、不同淀粉基TRI摻量條件下水泥漿體水化過程中漿體的電阻率變化Fig.3 Electrical resistivity development of cement paste with different dosages of TRI during hydration at 20℃[46-47]

采用掃描電子顯微鏡(SEM)追蹤水泥漿體的水化過程[45],從微觀角度研究分析淀粉基TRI對(duì)水泥漿體水化的影響的研究工作也在深入.淀粉基TRI的摻入未對(duì)C-S-H的生長造成明顯的影響(在相同的水化時(shí)間添加淀粉基TRI與未添加淀粉基TRI水泥漿體的水化產(chǎn)物尺度并沒有明顯區(qū)別),但顯著影響其密度.具體來說,淀粉基TRI對(duì)水泥漿體水化過程的影響可分為以下幾步：(1)C-S-H的核(數(shù)量很少)剛剛出現(xiàn)在水泥顆粒的表面,部分淀粉基TRI即吸附到水泥顆粒的表面,抑制了C-S-H的成核.(2)C-S-H的核進(jìn)一步生長,但是剩余的淀粉基TRI會(huì)繼續(xù)吸附到水泥顆粒的表面,抑制C-S-H的成核.(3)進(jìn)入C-S-H快速生長期,大部分水泥顆粒表面都被針狀C-S-H覆蓋,吸附到水泥顆粒表面的淀粉基TRI阻止C-S-H在其表面生長,C-S-H只能在其他的C-S-H表面重疊生長,降低了C-S-H在水泥顆粒表面的覆蓋率.淀粉基TRI的加入影響了水泥水化產(chǎn)物的成核過程,改變了水泥漿體的水化動(dòng)力學(xué)[37,48].

淀粉基TRI是最近幾年才出現(xiàn)的新產(chǎn)品,關(guān)于其作用機(jī)理依然存在爭議,還需要更加全面深入地研究.

4 淀粉基高吸水性材料

現(xiàn)代混凝土對(duì)強(qiáng)度、耐久性提出了更高的要求,施工、養(yǎng)護(hù)的不當(dāng)使得開裂的現(xiàn)象比過去更加嚴(yán)重,而產(chǎn)生開裂最主要的原因是混凝土養(yǎng)護(hù)后期內(nèi)部濕度的不足.尤其對(duì)于低水膠比的高強(qiáng)度混凝土,其較高的密實(shí)性導(dǎo)致養(yǎng)護(hù)水分很難從外部進(jìn)入到混凝土的結(jié)構(gòu)內(nèi)部,傳統(tǒng)的外部養(yǎng)護(hù)方法所產(chǎn)生的效果十分有限.針對(duì)這個(gè)難題,內(nèi)養(yǎng)護(hù)技術(shù)應(yīng)運(yùn)而生.該技術(shù)通過將預(yù)先吸收一定水分的內(nèi)養(yǎng)護(hù)材料——高吸水聚合物(superabsorbent polymers,SAP)分散到水泥基體當(dāng)中,隨著水化的進(jìn)行,內(nèi)養(yǎng)護(hù)材料釋放水分到基體中,提高混凝土的內(nèi)部濕度,減少自收縮,提升混凝土的抗裂性能[49-51].

現(xiàn)有SAP是一種具有高交聯(lián)度的水溶脹型高分子,具有較高的吸水率,但價(jià)格相對(duì)較高.內(nèi)養(yǎng)護(hù)產(chǎn)品SAP的一些技術(shù)要求如下：(1)粒徑為75～150μm(100～200目),避免其在混凝土內(nèi)部引起大體積的氣孔而降低混凝土構(gòu)件的強(qiáng)度;(2)按照在水泥濾液中的吸水率大于10g/g進(jìn)行控制;(3)對(duì)混凝土的流動(dòng)性、強(qiáng)度不造成明顯的影響(摻入后漿體的流動(dòng)度大于空白組的70%,7、28d混凝土強(qiáng)度要大于空白組的80%和90%).

淀粉含有大量親水基團(tuán)羥基,可以用來制備高吸水性材料,國內(nèi)外已有不少相關(guān)的報(bào)道.常見的淀粉基高吸水性材料包括：淀粉接枝丙烯腈高吸水性材料[52-53]、淀粉接枝丙烯酰胺高吸水性材料[54-55]、淀粉-丙烯酸-丙烯酰胺接枝共聚高吸水性材料等[53,56].Berlin等[57]以鈰鹽作為引發(fā)劑,實(shí)現(xiàn)了接枝淀粉高吸水性材料的制備;柳明珠[58]以洋芋淀粉為原料,與丙烯酰胺接枝共聚制備得到淀粉基高吸水性材料,其最大吸水率為1085g/g.有研究者利用半互穿網(wǎng)絡(luò)技術(shù)對(duì)淀粉基高吸水性材料進(jìn)行改性[59],例如將淀粉接枝丙烯酸與聚吡咯烷酮互混制備得到半互穿網(wǎng)絡(luò)高吸水性材料,其吸水率可達(dá)2017.8g/g;還有研究者通過向淀粉基高吸水性材料分子鏈引入親油性單體提升其吸水率,例如引入長鏈烷烴2-丙烯酰胺基十四烷磺酸鈉[60],得到淀粉- 丙烯酰胺-長鏈烷烴高吸水性材料,其吸水率可達(dá)2536.77g/g.

上述淀粉基高吸水性材料目前主要應(yīng)用于污水處理、農(nóng)業(yè)及園林等領(lǐng)域[61-62],圍繞淀粉基高吸水性材料作為混凝土內(nèi)養(yǎng)護(hù)材料的相關(guān)研究還處于空白階段.從性能上分析,可以看到它們的吸水率遠(yuǎn)高于現(xiàn)有SAP的相關(guān)技術(shù)要求,具有極大的發(fā)展?jié)摿?但淀粉基高吸水性材料的耐堿性可能是限制其成為水泥混凝土用SAP的關(guān)鍵因素,因?yàn)閺?qiáng)堿性的水泥混凝土漿體環(huán)境會(huì)加速淀粉的糊化,可能會(huì)對(duì)淀粉基高吸水性材料的結(jié)構(gòu)造成影響.一旦結(jié)構(gòu)被破壞,淀粉基高吸水性材料的高吸水率和保水性能也將隨之喪失.因此,還需要進(jìn)一步探索和研究淀粉基高吸水性材料在水泥混凝土漿體中的適應(yīng)性,對(duì)漿體流動(dòng)性及混凝土強(qiáng)度的影響等.相信通過研究和改進(jìn),淀粉基高吸水性材料會(huì)成為一種新的內(nèi)養(yǎng)護(hù)材料.

5 水泥混凝土用淀粉基化學(xué)功能材料的發(fā)展展望

國內(nèi)外關(guān)于淀粉基化學(xué)功能材料在建材行業(yè)應(yīng)用的相關(guān)研究方興未艾,成果琳瑯滿目,證明淀粉基化學(xué)功能材料在建材行業(yè)具有很大潛力,是一個(gè)值得研究的方向.提升淀粉基化學(xué)功能材料在建材行業(yè)的應(yīng)用,還需要在以下方面開展研究工作：

(1)建立材料結(jié)構(gòu)與性能的聯(lián)系,完善淀粉基化學(xué)功能材料的作用機(jī)理.淀粉基減水劑在水泥漿體中的吸附構(gòu)型,淀粉的“樹枝”結(jié)構(gòu)與其分散性能的聯(lián)系還未得到直接的表征驗(yàn)證.淀粉基水化溫升抑制劑的作用機(jī)理還需深入探明.其難點(diǎn)在于對(duì)實(shí)際環(huán)境中的改性淀粉結(jié)構(gòu)的表征,需要在研究手段上有所突破.

(2)保證淀粉基化學(xué)功能材料品質(zhì)的一致性.淀粉作為一種由直鏈淀粉和支鏈淀粉組成的混合物,且支鏈和直鏈淀粉的聚合度也只是在一定的范圍內(nèi),在進(jìn)行物理或者化學(xué)改性時(shí),可能導(dǎo)致淀粉基化學(xué)功能材料性能的“參差不齊”.保證淀粉基化學(xué)功能材料性能的“一致性”至關(guān)重要,可行的措施是通過物理或者化學(xué)手段篩選結(jié)構(gòu)類似的淀粉,控制源頭淀粉質(zhì)量均一,配合工藝技術(shù)控制,制備出性能一致性滿足要求的淀粉基化學(xué)功能材料.

(3)提升淀粉基化學(xué)功能材料的“目標(biāo)”性能.隨著工程對(duì)混凝土性能要求的提升,淀粉基黏度改性劑需要具備與減水劑更佳的“匹配性”(在保證漿體穩(wěn)定性的同時(shí),盡可能減低對(duì)漿體流動(dòng)性的影響);淀粉基減水劑需要具備更強(qiáng)的分散性能,利用淀粉的特殊結(jié)構(gòu)制備具有超高分散力的新型淀粉基減水劑將是未來的發(fā)展方向.

(4)擴(kuò)寬淀粉基化學(xué)功能材料的應(yīng)用領(lǐng)域.淀粉基高吸水性材料已經(jīng)展現(xiàn)出作為建材行業(yè)內(nèi)養(yǎng)護(hù)材料的潛力,但性能上還有待進(jìn)一步開發(fā).開展淀粉基高吸水性材料作為水泥混凝土內(nèi)養(yǎng)護(hù)材料的相關(guān)研究,通過選擇合適的共聚體以及制備手段,使淀粉基高吸水性材料滿足相應(yīng)內(nèi)養(yǎng)護(hù)材料的技術(shù)要求(實(shí)現(xiàn)淀粉基高吸水性材料作為混凝土的內(nèi)養(yǎng)護(hù)材料的目標(biāo))是淀粉基高吸水性材料的發(fā)展方向.

(5)淀粉基化學(xué)功能材料的標(biāo)準(zhǔn)化建設(shè).一些已經(jīng)在建材領(lǐng)域有示范應(yīng)用的淀粉基化學(xué)功能材料,其相關(guān)的產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)和應(yīng)用技術(shù)規(guī)程還是空白,簡單套用其他產(chǎn)品的相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)，而未突出其特色性能優(yōu)勢(shì),未明示應(yīng)用注意事項(xiàng)會(huì)限制其推廣.下一步可以制定淀粉基化學(xué)功能材料專項(xiàng)標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)程,以標(biāo)準(zhǔn)帶動(dòng)新產(chǎn)品的市場化和應(yīng)用規(guī)模.