以玉米淀粉制备超缓凝减水剂及其应用研究

摘要

本论文从玉米淀粉的脱氧葡萄糖单元结构出发，根据分子结构设计原理，经过氧化酸化醚化等一系列改性步骤，在玉米淀粉分子结构中引入羧基和醚基等亲水基团，制备出一种对水泥基材料具有分散性的改性淀粉减水剂，并研究了改性淀粉减水剂对水泥基材料性能的影响，探讨了其减水和缓凝机理，和其代替石膏制备了无石膏硅酸盐水泥及水泥在高温下性能的研究，及其与萘系复配制备了一种低坍落度损失的改性萘系减水剂并获得国家发明专利授权。
　　 改性淀粉制备过程分为三个阶段：1、氧化过程主要参数如下：将淀粉配成30％的溶液，调节溶液pH值为9，加入10ml次氯酸钠，在温度为40℃下搅拌4h；2、酸化过程主要参数如下：用无水乙醇将氧化淀粉配成40％的淀粉乳，加入1.4％的盐酸，在30℃搅拌2h；3、醚化过程主要参数如下：用无水乙醇将酸化氧化淀粉配成10％的淀粉乳，调节pH值为12，加入3ml环氧乙烷，在45℃下，搅拌22h。
　　 改性淀粉在水泥中的最佳掺量为0.3％，可使水泥净浆在120min之内无损失，凝结时间超过24h，砂浆的中后期强度得到提高。改性淀粉对水泥浆体具有明显缓凝作用，水化放热峰可推迟上百小时。加入的改性淀粉的水泥体系的Zeta电位与纯水泥相差无几，水泥颗粒对改性淀粉的吸附量较少，仅为0.12mg.g-1，说明改性淀粉的减水分散作用是通过吸附在水泥颗粒表面的减水剂分子的空间位阻实现的。通过对改性淀粉对Ca2+络合量的测定表明，改性淀粉可与Ca2+络合，从而推迟了水化的进行，是造成其水泥浆体缓凝的原因之一，并且改性淀粉掺量、环境温度、溶液pH值均对其络合能力有影响。
　　 由于改性淀粉对水泥的缓凝能力强于石膏，所以可采用改性淀粉代替石膏制备无石膏水泥，由于水化产物不同于硅酸盐水泥，所以经高温煅烧后强度表现有所不同，硅酸盐水泥虽有较高的初始强度，但其高温保持性不如无石膏水泥，如在600～800℃时，硅酸盐水泥的强度下降率为37％，而无石膏水泥的强度下降率为10％左右。
　　 用改性淀粉与萘系复配成的改性萘系，可极大地改善萘系减水剂的流动度经时损失。当改性萘系中改性淀粉含量为0％～13％时，水泥净浆流动度2h损失为89％～17％。相对萘系，掺改性萘系的胶砂28d强度可提高10％以上。在同一混凝土坍落度下，改性萘系的掺量大于萘系，但2h后，掺改性萘系的混凝土拌合物的坍落度损失仅为1.9％，而萘系拌合物坍落度损失为9.6％。