木质素在聚羧酸减水剂中的应用研究

杨羡羡 邱年丽 陈晓彬 熊秋闵 关基灿 张珂欣

（科之杰新材料集团（广东）有限公司）

木质素作为一种传统减水剂，其坍落度损失和泌水率较小，活性基团较多，具有较好的活性反应[1-3]。而聚羧酸减水剂具有较高减水率和良好的坍落度保持性能，与木质素复配后在塑化和增强效果方面具有叠加效应[4-7]。因此，木质素复配聚羧酸技术在一定程度上，能使得外加剂配方变得更加稳定，适应性更广，且可以达到降本增效的目的。

本文将木质素按照一定比例与聚羧酸减水剂进行复配，测试复配后减水剂的稳定性及其对混凝土工作性能的影响，从而为木质素在聚羧酸中的复配应用提供若干技术支持。本文重点研究木质素复配技术在不同强度等级的混凝土中性能的影响。

1 实验部分

1.1原材料

水泥：广东粤秀水泥P.042.5；海峡砂：泥块含量0.1%，细度模数2.9%；机制砂：泥块含量为0.3%，细度模数为2.7%；石粉砂：泥块含量为0.5%，细度模数为2.6%；石子：碎石，公称粒径10～20 mm 连续级配；粉煤灰（FA）：Ⅱ级；矿粉：S95 级；水：符合试验要求的自来水；外加剂：聚羧酸系高性能减水剂（PCE）。

1.2试验方法

水泥净浆流动度测试：按GB/T8077-2012《混凝土外加剂匀质性试验方法》中的标准方法进行测试。水灰比：0.29，外加剂掺量为1.1%。

混凝土拌合物性能：按照GB 8076-2008《混凝土外加剂》和GB/T 50080-2016《普通混凝土拌合物性能试验方法标准》进行容重、初始坍落度/扩展度、经时坍落度/扩展度的测试，试验混凝土配合比见表1。

表1 混凝土配合比

混凝土抗压强度测试：成型后的试块进行标准养护，根据GB/T 50081-2019《混凝土物理力学性能试验方法标准》测试混凝土的3d、7d、28d的抗压强度。

2 实验结果与讨论

2.1木质素相溶性及颜色变化

考虑到木质素外加剂在实际应用时，应用端可能会因为颜色外观对其性能产生怀疑，因此需要观测木质素液在不同复配掺量下，对木质素外加剂颜色及可溶性范围进行研究。本试验中，木质素液复配掺量分别为1%，2%，3%。木质素液复配配方及研究结果见表2。

表2 木质素液相溶性及颜色变化

根据表2 可知，通过不同复配掺量的木质素液与母液及助剂复配成木质素外加剂，颜色有明显变化。随着木质素液复配掺量的提高，外加剂颜色逐渐变深。目前观测颜色最大接受程度为木质素液复配掺量是2%，当掺量达到3%时，木质素外加剂呈现出与萘系外加剂相近的颜色，因此若应用端对颜色有异议时，建议控制好外加剂中木质素的复配掺量。

从相溶性来说，木质素外加剂中的木质素液复配掺量在1.0%～2.0%时都无杂质产生，但是当木质素液复配量达到3.0%时，观测到底部有微量漂浮物或者杂质出现。因此木质素外加剂中的木质素液复配掺量建议控制在2.0%以内，否则会有絮状物及沉淀产生的风险，对产品的匀质性产生负面影响。

2.2水泥净浆流动度

本实验选取木质素液复配掺量为2%的木质素外加剂进行试验，测试其净浆流动度，如图1 所示。从图中数据分析，在受检木质素中，三组木质素初始流动度相差较大，但是坍损相当，C5 配方的木质素外加剂的初始净浆流动度最好，对应的木质素样品为A2 木质素，与空白组外加剂对比，木质素外加剂的初始净浆流动度都有不同程度下降，结合木质素特性，考虑对净浆大小影响的因素比较多，其中一个比较重要的特性就是其保水性能和引气性能。因此初步判断木质素是具备有相应的保水效果和引气效果，需要在后面试验中进一步确认。

图1 木质素外加剂净浆性能测试结果

2.3 木质素在C30、C40、C50 混凝土中不同强度等级的差异性研究

本实验中控制木质素液复配用量在2%以内，并与空白组、引气组、保水组对比进行混凝土试验研究。混凝土数据结果详细如表3、表4、表5所示。

表3 C30混凝土工作性能数据结果

表4 C40混凝土工作性能数据结果

表5 C50混凝土工作性能数据结果

从混凝土工作性能试验结果中可以得出以下结论：

在含气量方面，掺木质素的混凝土其含气量提高比较明显，随着木质素复配的掺量提高，含气量也在逐步提高，浆体饱满度逐步提升。在C30混凝土中的A2木质素液配方的含气量稳定性比其他木质素液配方要好，且外加剂中木质素复配量在2%时，初始含气量与坍损含气量差值仅为0.4%，而外加剂中木质素复配量在1%时，初始含气量与坍损差值为0.7%。在实际应用时，含气量及浆骨比在合理范围内，使用复配木质素的外加剂有利于解决混凝土泵送坍落度损失，改善混凝土在泵送过程中的气体损失，提高混凝土出泵时的流动性。

在保水性方面，木质素外加剂制备的混凝土均无泌水情况出现，体现了良好的保水性能，浆体粘稠度上升，再加上一定的引气效果，所以木质素外加剂制备的混凝土的水分保持能力较好。因此在指导实际应用时，使用复配木质素的外加剂，可以适当降低保水剂和引气剂用量，不仅可以达到较好的效果，而且外加剂单吨成本也会有所降低。

在凝结时间方面，正常情况下，低标号混凝土中使用木质素外加剂的凝结时间与普通外加剂基本相当，但是在高标号混凝土中，木质素外加剂的凝结时间比空白组略高一点。

在强度方面，木质素外加剂在C30 混凝土中的抗压强度跟空白组外加剂相当，而在C40及C50混凝土中，空白组外加剂制备的混凝土28d 抗压强度普遍比木质素外加剂的抗压强度高1～5MPa，尤其是木质素液复配掺量达到2%时，混凝土3d、7d、28d的抗压强度偏低。所以在使用木质素外加剂时，应特别留意其强度发展，并且高标号混凝土中，木质素液的复配掺量建议不要超过1%，避免影响产品质量。

在C30 混凝土中，C6 配方和C5 配方中分别复配2%和1%木质素液，混凝土整体效果要比其他木质素液样品配方要好。

3 结论

通过木质素在溶解性和颜色变化方面来看，木质素液复配掺量尽量控制在2.0%以内，这样可以有效避免絮状物及沉淀的产生，而对产品的匀质性产生负面影响。

木质素液复配掺量为2.0%时，A2 木质素初始净浆流动性最好。

木质素在混凝土含气量方面提升明显，但是对低标号混凝土的抗压强度方面影响不大。而在高标号混凝土中，则不建议使用，因为木质素外加剂对高标号混凝土的3d、7d、28d抗压强度均造成一定影响。

从木质素液复配样品整体性能来看，建议复配掺量范围控制在1.0%～2.0%。