甘蔗糖蜜對(duì)水泥緩凝和減水的性能研究

    甘蔗廢糖蜜對(duì)水泥同時(shí)具有緩凝和減水作用。采用酒精凝聚法分離廢糖蜜得到膠體和非膠體組份；從水泥水化熱、表面張力以及吸附性能闡述了其對(duì)水泥減水和緩凝的原因。結(jié)果表明，糖蜜中的膠體組份主要起分散作用，而非膠體組份主要起緩凝作用。
    【關(guān)鍵詞】：膠體；非膠體；水泥水化；緩凝；減水
　　甘蔗廢糖蜜是制糖工業(yè)的副產(chǎn)品，主要含有膠體組份和非膠體組份，其中非膠體組份含有蔗糖和還原糖。廢糖蜜既可以用于制作酒精、發(fā)酵母、醬油、味精等的原料，也可以用作混凝土外加劑。用作外加劑時(shí)，糖蜜通常先用石灰水中和，然后噴霧干燥制成糖鈣粉劑，可以作為混凝土的緩凝減水劑。而糖鈣對(duì)混凝土同時(shí)具有減水和緩凝作用的原因的研究尚未見(jiàn)報(bào)道。對(duì)減水和緩凝機(jī)理的研究，既有助于更好地將糖蜜用于混凝土外加劑領(lǐng)域，同時(shí)也使制糖廠的副產(chǎn)物廢糖蜜得到了充分的應(yīng)用，提高制糖的附加值。糖蜜在與石灰水中和過(guò)程中并沒(méi)有根本改變糖蜜中具有減水和緩凝作用的分子基團(tuán)結(jié)構(gòu)，只是簡(jiǎn)單的螯合，同時(shí)為了便于噴霧干燥工藝的實(shí)現(xiàn)。因此，本文將直接采用甘蔗廢糖蜜作為研究對(duì)象，探討其同時(shí)具有緩凝和減水作用的原因。
　　實(shí)  驗(yàn)
　　1：實(shí)驗(yàn)材料和儀器
　　甘蔗廢糖蜜：固含量為73.98%；酒精：分析純；a一萘酚：分析純；鹽酸：濃度為O.1mol/L；水泥：江南小野田52.5級(jí)P•H水泥。
    Sigma703型數(shù)字表面張力儀：multi N／C 3100 TOC總有機(jī)碳分析儀；TAM air多通道等溫量熱儀：水泥凈漿攪拌器；標(biāo)準(zhǔn)法維卡儀。
　　2：糖蜜成分的分離
　　采用酒精凝聚法分離廢糖蜜中的膠體與非膠體組份，因?yàn)榫凭慕殡姵?shù)小，能夠除去親水性膠體的水膜，降低膠體的穩(wěn)定性，因此廢糖蜜中的親水性膠體包括膠質(zhì)、蛋白質(zhì)膠態(tài)物質(zhì)等能被酒精凝聚沉淀下來(lái)，加酸使負(fù)電荷膠體達(dá)到等電點(diǎn)(pH值4.0—4.5)時(shí)，膠體更易凝膠。稱取廢糖蜜(Mo)15.88 g置于250ml三頸燒瓶中，用0.1mol／L的鹽酸調(diào)節(jié)pH值至4.0~4.5，加入乙醇100 mL，并且安裝上回流冷凝管，在沸水浴上加熱15 min，用已經(jīng)干燥至恒重的干濾紙過(guò)濾，沉淀，并用95%的乙醇充分洗滌至濾液與a-萘酚不起紫色反應(yīng)為止，沉淀物與濾紙放于烘箱中烘至恒重，得到膠體組份(Mo—gel)，濾液通過(guò)減壓蒸餾得到固體物烘至恒重，即為非膠體組份(Mo—sug)。將膠體和非膠體組份重新溶解制備成20%的水溶液，備用。
　　3：性能測(cè)試與表征
　　1）凈漿流動(dòng)度測(cè)試
　　參照GB/T 8077-2000《混凝土外加質(zhì)性試驗(yàn)方法》相關(guān)規(guī)定執(zhí)行，取300 g水泥，105 g水，摻不同用量的外加劑，攪拌3 min，測(cè)試水泥凈漿流動(dòng)度。
　　2）泥凝結(jié)時(shí)間測(cè)試
　　參照GB/T 1346--2001《水泥標(biāo)準(zhǔn)稠度用水量、凝結(jié)時(shí)間、安定性檢驗(yàn)方法》相關(guān)規(guī)定執(zhí)行，為了方便比較凝結(jié)時(shí)間，水灰比統(tǒng)一采用0.27，在濕氣養(yǎng)護(hù)箱中[溫度為(20±1)℃，相對(duì)濕度不低于90%]養(yǎng)護(hù)，測(cè)試初凝和終凝時(shí)間。
　　3）泥水化熱測(cè)試
　　采用TAM air多通道等溫量熱儀對(duì)摻0.1%的Mo、Mo-geI和Mo-sug在3 d內(nèi)的水化熱進(jìn)行測(cè)試，水灰比為0.35。
　　4）面張力測(cè)試
　　將2 kg水泥和4 kg水?dāng)嚢?0min后，使用抽濾瓶進(jìn)行抽濾，得到水泥濾液。
　　5）吸附性能測(cè)試
　　Mo、Mo-sug和Mo-gel的吸附性能用multi N／C 3100TOC總有機(jī)碳分析儀進(jìn)行測(cè)試。將含上述3種物質(zhì)的溶液200 g與100 g水泥混合、攪拌，其中3種物質(zhì)的含量為水泥用量的0.3%，在不同時(shí)間(1、5、10、20、30、60min)各自取樣，用10000 r／min離心機(jī)離心5mim后，將上層清液取出并用蒸餾水稀釋，用紫外檢測(cè)器檢測(cè)吸附速度和吸附量。另配制相同濃度的溶液測(cè)試其總有機(jī)碳量。吸附濃度計(jì)算公式為：吸附濃度(mg/g)=起始總濃度(mg/g)一剩余濃度(mg/g)。

　　結(jié)果與討論
　　1：性能研究
　　甘蔗廢糖蜜原料的性質(zhì)
　  甘蔗廢糖蜜為黑褐色黏稠狀，含有多種物質(zhì)。不同摻量廢糖蜜的水泥凈漿流動(dòng)度和凝結(jié)時(shí)間測(cè)試結(jié)果見(jiàn)表1。由表1可見(jiàn)，隨著廢糖蜜摻量的增加，凈漿流動(dòng)度逐漸增大，但是摻量過(guò)大時(shí)，凝結(jié)時(shí)間太短而快速凝固。廢糖蜜的臨界摻量為0.8%；當(dāng)小于0.3%時(shí)，能夠起到緩凝作用，凝結(jié)時(shí)間隨著摻量的增大而延長(zhǎng)；當(dāng)摻量大于0.3%時(shí)，凝結(jié)時(shí)間隨著摻量的增大而迅速縮短；當(dāng)摻量更大時(shí)，如大于0.5%時(shí)，起到促凝作用，有時(shí)會(huì)出現(xiàn)假凝現(xiàn)象。緩凝的原因是糖蜜中含有大量的蔗糖、葡萄糖和果糖等，能夠與水泥中的Ca離子結(jié)合，變成蔗糖鈣，葡萄糖鈣和果糖鈣，這些物質(zhì)為親水性物質(zhì)，當(dāng)水泥和水混合時(shí)，它們能夠吸附在水泥顆粒表面而形成親水的吸附穩(wěn)定層，并改變了水泥水化產(chǎn)物的網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，使水化產(chǎn)物的活性降低，從而起到緩凝的作用。

　　膠體與非膠體物質(zhì)的性能研究
　　通過(guò)酒精凝聚法將膠體和非膠體組份分離，研究分別摻廢糖蜜與其2種分離組份的水泥凈漿流動(dòng)度和凝結(jié)時(shí)間的關(guān)系，實(shí)驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)表2。

　　從表2可見(jiàn)，摻分離得到的膠體組份的水泥凈漿流動(dòng)度比原糖蜜大，但初凝和終凝時(shí)間縮短，而摻非膠體組份的凈漿流動(dòng)度比原糖蜜略微縮短，但是凝結(jié)時(shí)間則大大延長(zhǎng)。由此可知，甘蔗廢糖蜜中膠體組份主要表現(xiàn)為分散性，而非膠體組份則主要表現(xiàn)為緩凝性，非膠體組分的成分主要為糖，這與前面介紹的緩凝機(jī)理相吻合，從而使得甘蔗廢糖蜜同時(shí)具有減水和緩凝的效果。
　　2：水泥水化熱　
　　水化熱是反應(yīng)水泥水化進(jìn)程的重要指標(biāo)，水泥水化的實(shí)際溫度取決于水化放熱速率和散熱速率，實(shí)際應(yīng)用中最為關(guān)心的是水化放熱速率。水泥水化放熱的周期很長(zhǎng)，但是大部分熱量是在水化3 d內(nèi)發(fā)生的。W／C=0.35，分別摻0.1%Mo、Mo-gel和Mo-sug水泥漿體的放熱速率曲線見(jiàn)圖1。

　　3：表面張力
　　水泥加水拌合后，其顆粒表面被水潤(rùn)濕的狀況對(duì)水泥的性能影響很大，而分散劑能使水泥更好地潤(rùn)濕，從而使流動(dòng)性得到改善。潤(rùn)濕作用主要與分散劑降低溶液表面張力的能力有關(guān)，一般來(lái)說(shuō)，溶液的表面張力越小，其顆粒潤(rùn)濕性越好。水泥濾液中不同濃度的糖蜜原料、膠體組份和非膠體組份與表面張力的關(guān)系如圖2所示。

　　由圖2可見(jiàn)，摻Mo、Mo-gel和Mo-sug水泥濾液的表面張力均隨著其濃度的增大而減小。當(dāng)三者的質(zhì)量百分含量均為0．1%時(shí)，摻Mo、Mo-gel和Mo-sug的水泥濾液表面張力分別為70.4、63.7、71.5 mN／m；與水泥濾液的表面張力(71.8 mN／m)相比較，Mo-gel降低水泥濾液的表面張力的幅度最大。當(dāng)其質(zhì)量百分含量繼續(xù)增大到1.0%時(shí)，Mo-sug降低表面張力5.1%，Mo-gel降低表面張力27.2%。整體而言，Mo-gel降低水泥濾液的表面張力最大，證明Mo-gel的表面活性最好。因此，膠體組份對(duì)水泥的分散性也很好，這與水泥凈漿的實(shí)驗(yàn)結(jié)果一致。而Mo-sug的表面活性較差，分散效果也不佳，因此，非膠體組份主要是起緩凝效果。
　　4:吸附性能
　　減水劑分散是通過(guò)吸附來(lái)實(shí)現(xiàn)，減水劑的吸附改變了水泥一水分散體系固一液界面的性質(zhì)，使水泥顆粒之間的作用力發(fā)生變化，從而最終影響新拌水泥漿體的性能。吸附量是衡量減水劑吸附能力和分散效果的一個(gè)重要指標(biāo)。Mo、Mo-gel、Mo-sug的摻量均為0.3%時(shí)，三者在水泥顆粒上的吸附量隨著時(shí)間的變化曲線如圖3所示。

　　如圖3可見(jiàn)，隨著時(shí)間的延長(zhǎng)，三者的吸附量都在逐漸增大。當(dāng)吸附1 min時(shí)，Mo-gel的吸附量遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于Mo和Mo-sug的吸附量，這表明在相同摻量下，Mo-gel的吸附基團(tuán)更多；因此，Mo-gel的親水能力比Yo和Mo-sug強(qiáng)，在摻入水泥后的分散效果好。隨著時(shí)間的推移，三者的吸附量大小為Mo-gel>Mo>Mo-sug，而Mo、Mo-gel和Mo-sug都是小分子物質(zhì)，不存在空間位阻作用，由此可知膠體對(duì)水泥的分散作用顯著，而Mo-sug的分散作用最差。從而說(shuō)明膠體組份主要起減水作用。

　　結(jié)  論

　　(1)摻甘蔗廢糖蜜的水泥凈漿流動(dòng)度隨著其摻量的增加而逐漸增大；糖蜜凝結(jié)時(shí)間的臨界摻量為0.3%；當(dāng)小于0.3%時(shí)，能夠起到緩凝作用；當(dāng)大于0.3%時(shí)，起到促凝作用。
　　(2)摻膠體組份的水泥凈漿流動(dòng)度比摻甘蔗廢糖蜜的大，但凝結(jié)時(shí)間縮短；而摻非膠體組份的水泥凈漿流動(dòng)度比摻甘蔗廢糖蜜的略微減小，但是凝結(jié)時(shí)間則大大延長(zhǎng)。該結(jié)果與水泥水化熱的結(jié)果相符合。糖蜜的減水和緩凝作用是兩者共同作用的結(jié)果。
　　(3)表面張力的研究表明：Mo、M0-gel和Mo-sug水泥濾液的表面張力隨著其濃度的增加而減��；當(dāng)摻量為1.0%時(shí)，Mo-sug降低表面張力5.1%，Mo-gel降低表面張力27.2%。膠體組份對(duì)水泥具有分散性，非膠體組份主要起緩凝作用。
　　(4)Mo、Mo-gel、Mo-sug在水泥顆粒上不同時(shí)間的吸附量大小為Mo-gel>Mo>Mo-sug，表明膠體的分散作用顯著，而非膠體主要起緩凝作用。（本文搜集整理于網(wǎng)絡(luò)，如有侵權(quán)之處，請(qǐng)聯(lián)系我們刪除。）