沈依勇，石從黎

（1.四川吉龍化學建材有限公司，彭山 620866；2.重慶市建筑科學研究院，重慶 400020）

1 引言

天然高分子是一種儲量豐富的可再生資源，化學性質(zhì)活潑，可以通過化學、物理手段進行改性成為新的材料[1~2]。在當今石化資源日益減少的背景下，如果能利用天然高分子來獲取混凝土外加劑，則發(fā)展前景十分廣闊[3]。

本論文選擇玉米淀粉這類天然高分子材料，從玉米淀粉的化學性質(zhì)及高效減水劑作用機理出發(fā)，根據(jù)減水劑的分子結(jié)構(gòu)特點，采用烷基磺酸化、醚化、酯化等手段，在淀粉的分子結(jié)構(gòu)上引入親水性強的陰離子基團，制備出一種以脫氧葡萄糖長鏈為憎水基，羥基和磺酸基為親水基的混凝土減水劑 ST，其分子結(jié)構(gòu)見圖 1 。本文從紅外光譜、凈漿流動度、減水率及強度等方面，對 ST 的性能進行研究。

圖1 淀粉基高效減水劑的分子結(jié)構(gòu)

2 試驗材料及方法

2.1 主要原材料

水泥：拉法基 P·O42.5 水泥，地維 P·O42.5 水泥，富豐P·O42.5 水泥，小南海 P·O42.5 水泥。

細集料：特細天然砂，細度模數(shù) 0.8，機制砂細度模數(shù)3.3。

粗集料：5～20mm 石灰?guī)r碎石。

減水劑：以玉米淀粉為原料制備的一種天然高分子減水劑 ST，某萘系高效減水劑 FDN。

2.2 試驗方法

（1）紅外光譜，采用 Nicolet 公司的 KAGHA—IR550 型紅外光譜儀進行測定。

（2）水泥凈漿性能測定，按照 GB8077—2012《混凝土外加劑勻質(zhì)性試驗方法》中的相關(guān)方法進行。

（3）混凝土性能的測定，按照 GB8076—2008《混凝土外加劑》的相關(guān)方法進行。

3 結(jié)果與討論

3.1 ST的微觀結(jié)構(gòu)

圖2 ST 的紅外光譜圖

ST 紅外光譜圖（圖 2）表明， 3600～3000cm-1處特征峰為羥基，1000～1200cm-1處為糖苷鍵，1352cm-1和 1119 cm-1分別是 -SO2-的不對稱和對稱伸縮振動峰，618cm-1則是S—O鍵的伸縮振動[4]，說明 ST 的微觀結(jié)構(gòu)，不僅保留了淀粉的特征官能團羥基和糖苷，而且 -SO2-、S—O 鍵的存在證明了磺酸基的存在。

3.2 ST 對水泥的分散性及保持能力

ST 對水泥的分散性能明顯優(yōu)于萘系高效減水劑 FDN，見圖 3。而且當 ST 摻量小于 0.6% 時，凈漿流動度隨摻量增加變化較為顯著，當摻量到達 0.6% 時，這種變化趨于平緩，說明 ST 摻量飽和點在 0.6%～0.8% 范圍。

圖3 ST 對水泥凈漿分散性的影響

此外，ST 在水泥分散性保持方面也非常突出，圖 4 的數(shù)據(jù)表明摻 ST 的水泥凈漿 120min 內(nèi)流動度基本沒有損失，顯著優(yōu)于 FDN。這是因為 ST 為天然高分子，分子量較大，能提供有效的空間位阻作用，同時 ST 分子鏈上有羥基存在，能延緩水泥的水化作用，有利于水泥流動度的保持。

圖4 ST 對水泥凈漿流動度經(jīng)損失的影響

3.3 ST 對水泥的適應性

試驗選擇重慶預拌混凝土行業(yè)普遍使用的四種水泥進行適應性試驗，結(jié)果見表 1。摻入 ST 后，四種水泥的凈漿流動度相差不大，30min 流動度均增加，并且 60min 后流動度的損失也較小，說明 ST 對不同品種的普通水泥都具有很好的適應性。

表1 ST 對不同水泥的適應性 mm

3.4 ST 的砂漿減水率

減水率是 ST 作為減水劑使用的重要性能指標，圖 5 對比了 ST 與萘系高效減水劑 FND 的砂漿減水率，結(jié)果表明 ST 的減水率顯著高于同摻量的 FDN。

圖5 ST 的砂漿減水率

3.5 ST 對混凝土強度的影響

由表 2 可以看出 ST 對混凝土的 28d 強度有明顯的增強作用，只是當摻量較高時（大于等于 0.6%），對混凝土的早期強度有一定影響，這是由于 ST 分子鏈上含有大量羥基，對水泥有較強的緩凝作用。

表2 ST 的混凝土抗壓強度

4 結(jié)論

以淀粉為原料制備了一種天然高分子減水劑 ST。對于水泥和混凝土，ST 的適應性、分散性及分散性保持能力好，并且 ST 的減水率高，能顯著提高混凝土的強度。

[1]Vieira M C, Klemm D, Einfeldt L, et al．Dispersing agents for cement based on modified polysaccharides [J]．Cement and Concrete Research,2005,35 (5):883- 890．

[2]Dong-Fang Zhang, Ben-Zhi Ju, Shu-Fen Zhang, Lu He, Jin-Zong Yang．The study on the dispersing mechanism of starch sulfonateas a water-reducing agent for cement[J]．Carbohydrate Polymers, 2007,70 :363–368.

[3]石從黎．淀粉基緩凝減水劑的制備及其性能研究[D].碩士學位論文[A]．重慶大學，14-15.

[4]吳俊，謝守和．微細化玉米淀粉粒中水的作用研究[J]．食品科學，2005,26(11):27-29.