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(guò)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(guò)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

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(jī)等問(wèn)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(wàn)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(guó)年產(chǎn)就已經(jīng)達(dá)到450萬(wàn)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)[2]，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[3]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(wú)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(guò)改性劑在其拌制過(guò)程中的摻入，以改善混凝土的性能[4]，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[5]，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(guò)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(guò)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(guò)5mm篩。

水：自來(lái)水。

石：5-20mm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(jiàn)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(jiàn)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×150mm×150mm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(guò)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(guò)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(jiàn)表4。

3.試驗(yàn)結(jié)果分析

通過(guò)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100mm，可見(jiàn)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(guò)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(guò)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(guò)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)[6]，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(lái)改性混凝土，試驗(yàn)表明，通過(guò)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(shù)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(jiàn)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(guò)程中需進(jìn)一步優(yōu)化提取工藝。

【文章編號(hào)】1006-2688（2016）03-0018-02