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纸浆废液是世界上的六大公害之一,若不进行处理直接排入江河,不仅污染了环境,而且浪费了资源。木质素磺酸盐作为由纸浆废液制备得到混凝土减水剂,是纸浆废液资源化利用的产品之一。由于存在减水率低、缓凝性强和引气性高的缺陷,应用上受到一定的局限性,特别是在掺量较大时,混凝土含气量明显增大,强度大幅度下降,难以满足工程上的要求。因此,必须对木质素磺酸盐进行有效地改性,以满足现代工程要求。
本文通过系统的设计,将木质素磺酸盐中间体与萘系、聚羧酸、脂肪族三种减水剂的中间体分别进行了接枝共聚反应得到了三种木聚系减水剂,并对制备工艺进行了探索,在确定的基本工艺的条件下,优化配合比、反应时间、反应温度等参数得到了最佳合成工艺。通过对比试验对木聚系减水剂的性能与结构进行了讨论和分析。
1.选用纸浆废液制备的木质素磺酸盐中间体(M),萘系中间体(N),甲醛为原料,通过单因素试验,确定了最佳合成工艺:配合比M/N=20:80;反应温度100±2℃;反应时间约为3h。通过与萘系减水剂、冷木萘减水剂(物理复合制备得到)进行对比试验。结果发现,用木聚萘系减水剂配制的混凝土和易性好、坍落度损失小、粘聚性好、减水率高。掺量为1.5%时,减水率高达19.7%,混凝土的抗压强度得到大幅度的提高。由红外光谱分析可知,引入木质素磺酸盐结构单元后形成了梳形的分子结构。压汞实验表明,掺木聚萘系减水剂的水泥石相比空白水泥石少害孔比例都有了不同程度的提高。
2.选用木质素磺酸盐中间体、聚羧酸中间体(S)为原料,确定了最佳合成工艺:配合比M/S=20:80;反应温度95±2℃;反应时间约为1h。性能测试可知,木聚羧酸减水剂对混凝土拌合物有较好的保坍效果,混凝土凝结时间也有所延长。掺量为0.45%时,减水率达到32.6%。表现出低掺量、高流动性及高保坍的特点。通过红外光谱表征表明1343.95cm-1位置为酯基O=C-O的伸缩振动峰,木质素磺酸盐中间体和聚羧酸中间体发生了酯化反应。形成了木聚羧酸减水剂。
3.选用木质素磺酸盐中间体、脂肪族中间体(Z),甲醛为原料,确定了最佳合成工艺:配合比M/Z=20:80:反应温度100±2℃;反应时间约为3h。试验表明,当掺量为1.5%时,减水率为23.4%,28d强度为48.5MPa。红外光谱分析表明,木质素磺酸盐的苯环的取代基中出现第三种取代基,故木质素磺酸盐与脂肪族减水剂发生反应,形成了木聚脂肪族减水剂。
4.本课题的合成实验利用了大量的纸浆废液,降低了减水剂的生产成本,通过与其它减水剂接枝制备出满足工程要求的环保型减水剂,具有潜在的经济价值和社会效益;同时接枝共聚的改性方法,对今后木质素磺酸盐化学改性方面的研究具有一定理论和实际意义;为纸浆废液资源的高效利用开辟了新途径。