一种天然高分子减水剂的性能研究

沈依勇，石从黎

（1.四川吉龙化学建材有限公司，彭山 620866；2.重庆市建筑科学研究院，重庆 400020）

1 引言

天然高分子是一种储量丰富的可再生资源，化学性质活泼，可以通过化学、物理手段进行改性成为新的材料[1~2]。在当今石化资源日益减少的背景下，如果能利用天然高分子来获取混凝土外加剂，则发展前景十分广阔[3]。

本论文选择玉米淀粉这类天然高分子材料，从玉米淀粉的化学性质及高效减水剂作用机理出发，根据减水剂的分子结构特点，采用烷基磺酸化、醚化、酯化等手段，在淀粉的分子结构上引入亲水性强的阴离子基团，制备出一种以脱氧葡萄糖长链为憎水基，羟基和磺酸基为亲水基的混凝土减水剂 ST，其分子结构见图 1 。本文从红外光谱、净浆流动度、减水率及强度等方面，对 ST 的性能进行研究。

图1 淀粉基高效减水剂的分子结构

2 试验材料及方法

2.1 主要原材料

水泥：拉法基 P·O42.5 水泥，地维 P·O42.5 水泥，富丰P·O42.5 水泥，小南海 P·O42.5 水泥。

细集料：特细天然砂，细度模数 0.8，机制砂细度模数3.3。

粗集料：5～20mm 石灰岩碎石。

减水剂：以玉米淀粉为原料制备的一种天然高分子减水剂 ST，某萘系高效减水剂 FDN。

2.2 试验方法

（1）红外光谱，采用 Nicolet 公司的 KAGHA—IR550 型红外光谱仪进行测定。

（2）水泥净浆性能测定，按照 GB8077—2012《混凝土外加剂匀质性试验方法》中的相关方法进行。

（3）混凝土性能的测定，按照 GB8076—2008《混凝土外加剂》的相关方法进行。

3 结果与讨论

3.1 ST的微观结构

图2 ST 的红外光谱图

ST 红外光谱图（图 2）表明， 3600～3000cm-1处特征峰为羟基，1000～1200cm-1处为糖苷键，1352cm-1和 1119 cm-1分别是 -SO2-的不对称和对称伸缩振动峰，618cm-1则是S—O键的伸缩振动[4]，说明 ST 的微观结构，不仅保留了淀粉的特征官能团羟基和糖苷，而且 -SO2-、S—O 键的存在证明了磺酸基的存在。

3.2 ST 对水泥的分散性及保持能力

ST 对水泥的分散性能明显优于萘系高效减水剂 FDN，见图 3。而且当 ST 掺量小于 0.6% 时，净浆流动度随掺量增加变化较为显著，当掺量到达 0.6% 时，这种变化趋于平缓，说明 ST 掺量饱和点在 0.6%～0.8% 范围。

图3 ST 对水泥净浆分散性的影响

此外，ST 在水泥分散性保持方面也非常突出，图 4 的数据表明掺 ST 的水泥净浆 120min 内流动度基本没有损失，显著优于 FDN。这是因为 ST 为天然高分子，分子量较大，能提供有效的空间位阻作用，同时 ST 分子链上有羟基存在，能延缓水泥的水化作用，有利于水泥流动度的保持。

图4 ST 对水泥净浆流动度经损失的影响

3.3 ST 对水泥的适应性

试验选择重庆预拌混凝土行业普遍使用的四种水泥进行适应性试验，结果见表 1。掺入 ST 后，四种水泥的净浆流动度相差不大，30min 流动度均增加，并且 60min 后流动度的损失也较小，说明 ST 对不同品种的普通水泥都具有很好的适应性。

表1 ST 对不同水泥的适应性 mm

3.4 ST 的砂浆减水率

减水率是 ST 作为减水剂使用的重要性能指标，图 5 对比了 ST 与萘系高效减水剂 FND 的砂浆减水率，结果表明 ST 的减水率显著高于同掺量的 FDN。

图5 ST 的砂浆减水率

3.5 ST 对混凝土强度的影响

由表 2 可以看出 ST 对混凝土的 28d 强度有明显的增强作用，只是当掺量较高时（大于等于 0.6%），对混凝土的早期强度有一定影响，这是由于 ST 分子链上含有大量羟基，对水泥有较强的缓凝作用。

表2 ST 的混凝土抗压强度

4 结论

以淀粉为原料制备了一种天然高分子减水剂 ST。对于水泥和混凝土，ST 的适应性、分散性及分散性保持能力好，并且 ST 的减水率高，能显著提高混凝土的强度。

[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]石从黎．淀粉基缓凝减水剂的制备及其性能研究[D].硕士学位论文[A]．重庆大学，14-15.

[4]吴俊，谢守和．微细化玉米淀粉粒中水的作用研究[J]．食品科学，2005,26(11):27-29.