一种水泥缓凝剂及其制备方法技术

本发明专利技术公开了一种水泥缓凝剂及其制备方法。所述水泥缓凝剂，含有质量分数30％至50％的水溶性纤维素或半纤维素；所述纤维素或半纤维素的分子量在150至1500之间。其制备方法包括以下步骤：(1)将纤维素原材料粉碎成粉末；(2)按照固液比1:8至1:20加入pH值为13至14的无机碱液，75℃至80℃水解2至6小时，固液分离收集清洁固相；(3)将步骤(2)按照固液比1:20至1:80加入纤维素酶的酶液，酶解反应36至60小时，固液分离收集液相。本发明专利技术替代淀粉、糖蜜等粮食原料成为新的水泥缓凝剂生产原料，解决资源问题及与人畜争粮的问题。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于生物化学领域，更具体地，涉及一种水泥缓凝剂及其制备方法。
技术介绍
缓凝剂是一种能推迟水泥水化反应、从而延长混凝土的凝结时间，使新拌混凝土较长时间保持塑性以方便浇注、提高施工效率、同时对混凝土后期各项性能无不良影响的外加剂。缓凝剂的出现始于20世纪30年代，由于其主要适用于高温条件下连续灌筑混凝土、大体积混凝土、预拌混凝土和泵送混凝土，因此水泥缓凝剂在现代化大型工程建设、远/深距离工程建设等方面具有重要价值和大量应用，故新来源缓凝剂及新型缓凝剂的研究成为相关领域当前的关注热点。目前，市场(尤国内市场)最主要的水泥缓凝剂类型是羟基羧酸及其盐——亦即糖类、多元醇类及其衍生物。其中使用量最大、最流行的为葡萄糖酸钠。这类缓凝剂具有加量少、价格低廉的特点，其中葡萄糖酸钠是一种高效缓凝剂，其减水、增塑效果也很显著，因此适用范围广，泵送混凝土、大流动性混凝土、大体积混凝土均适用。葡萄糖酸钠是从葡萄糖出发，经化学催化合成或生物发酵制取。但现今葡萄糖来源于淀粉和糖蜜等粮食原料的水解转化，因此存在资源问题及与人畜争粮的问题。
技术实现思路
针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本专利技术提供了一种纤维素基的水泥缓凝剂，其目的在于采用来源广泛的纤维素原料，通过适当水解获得是和大小的纤维素和半纤维素混合物，提供与葡萄糖基水泥缓凝剂相当的缓凝效果，由此解决现有的葡萄糖基缓凝剂来源为淀粉、蜜糖等粮食原料，存在资源问题与人畜争粮的技术问题。为实现上述目的，按照本专利技术的一个方面，提供了一种水泥缓凝剂，含有质量分数30％至50％的水溶性纤维素或半纤维素；所述纤维素或半纤维素的分子量在150至1500之间。优选地，所述水泥缓凝剂，其含有质量分数20％至35％的纤维素以及质量分数10％至15％的半纤维素。优选地，所述水泥缓凝剂，其所述纤维素或纤维素分子量在180至900之间。优选地，所述水泥缓凝剂，其还含有低分子量纤维素及其衍生物、多糖类及其衍生物、多元醇类及其衍生物、和/或木质素降解产物；所述水泥缓凝剂缓凝效果如下：混凝土初凝时间在90至120分钟，终凝时间在初凝时间在50小时以上；水泥净浆初凝时间在6小时至12小时，终凝时间在10小时以上。按照本专利技术的另一个方面，提供了一种所述水泥缓凝剂的制备方法，包括以下步骤：(1)将纤维素原材料粉碎成粉末，得到纤维素原料粉末；(2)将步骤(1)中获得的纤维素原料粉末按照固液比1:8至1:20加入pH值为13至14的无机碱液，75℃至80℃水解2至6小时，固液分离收集清洁固相得到初级降解产物；(3)将步骤(2)中获得的初级降解产物按照固液比1:20至1:80加入纤维素酶的酶液，酶解反应36至60小时，固液分离收集液相。优选地，所述水泥缓凝剂的制备方法，其步骤(1)所述纤维素原材料为木质纤维素废弃物，优选秸秆和/或玉米棒芯。优选地，所述水泥缓凝剂的制备方法，其步骤(1)所述纤维素原料粉末为20至80目粉末。优选地，所述水泥缓凝剂的制备方法，其步骤(2)所述无机碱液为质量分数0.5％至3％的NaOH溶液。优选地，所述水泥缓凝剂的制备方法，其步骤(3)所述酶解反应温度在48℃至50℃之间。优选地，所述水泥缓凝剂的制备方法，其步骤(3)所述纤维素酶的酶液为浓度在30FPU/g基质至50FPU/g基质之间的纤维素复合酶。总体而言，通过本专利技术所构思的以上技术方案与现有技术相比，由于联合采用化学(稀碱水解)与生物(纤维素酶酶解)方法降解稻草/小麦秸秆和玉米芯原料，过滤或离心获取缓凝剂，研究低分子量降解产物(缓凝剂)用作水泥缓凝剂的效果，结果表明：降解产物与市售缓凝剂具有类似的效果，能够实现水泥净浆与水泥混凝土的缓凝。可见，秸秆和玉米芯可替代淀粉、糖蜜等粮食原料成为新的水泥缓凝剂生产原料，这对实现资源回收利用、缓解环境和粮食问题等均具有良好的效益与价值。利用木质纤维素生物质为原料制取水凝缓凝剂，其基本形式为采用生物化学方法将这类有机的农业废弃物水解，获取纤维素、半纤维素的低分子量降解产物，将其直接或经简单改造后用作水泥缓凝剂。这一研究成果将具有以下几大应用：(1)可资源化、无害化的处理木质纤维素类农业废弃物，实现其综合利用与减量排放；(2)生产的水泥缓凝剂在现代化大型工程建设、远/深距离工程建设等方面均具有重要且大量的应用；(3)有研究显示，水泥缓凝剂可能具有一定的水泥减水剂功能，纤维素、半纤维素的低分子量降解产物也可能具有保健、生物活性等效用，这些方面均可进行后续探索和拓展的思考。另一方面，减量的固型残渣仍具有一定的营养组成且安全无毒，可考虑后续用做堆肥发酵、厌氧产气、制作微生物饲料、充当菇业辅料等，从整体上实现农业秸秆资源的综合利用、高值转化和减量排放。具体实施方式为了使本专利技术的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合实施例，对本专利技术进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本专利技术，并不用于限定本专利技术。此外，下面所描述的本专利技术各个实施方式中所涉及到的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。本专利技术提供的水泥缓凝剂，质量分数30％至50％的水溶性纤维素或半纤维素；所述纤维素或半纤维素的分子量在150至1500之间。优选地，所述水泥缓凝剂含有质量分数20％至35％的纤维素以及质量分数10％至15％的半纤维素。所述纤维素或半纤维素的分子量在180至900之间。优选地，所述水泥缓凝剂还含有低分子量纤维素及其衍生物、多糖类及其衍生物、多元醇类及其衍生物、和/或木质素降解产物。本专利技术提供的水泥缓凝剂缓凝效果如下：混凝土初凝时间在90至120分钟，终凝时间在初凝时间在50小时以上；水泥净浆初凝时间在6小时至12小时，终凝时间在10小时以上。其中，水泥净浆缓凝效果按照国标维卡仪测定法测定。本专利技术提供的水泥缓凝剂的制备方法，包括以下步骤：(1)将纤维素原材料粉碎成粉末，得到纤维素原料粉末；所述纤维素原材料为木质纤维素废弃物，优选秸秆和/或玉米棒芯。所述纤维素原料粉末为20至80目粉末，优选为40目粉末。(2)将步骤(1)中获得的纤维素原料粉末按照固液比1:8至1:20，优选固液比1:10，加入pH值为13至14的无机碱液，75℃至80℃水解2至6小时，优选3小时，固液分离收集清洁固相得到初级降解产物；所述无机碱液为质量分数0.5％至3％的NaOH溶液，优选1％的NaOH溶液。所述清洁固相为经过清洗后呈中性的固相。(3)将步骤(2)中获得的初级降解产物按照固液比1:20至1:80，优选1:50，加入纤维素酶的酶液，酶解反应36至60小时，固液分离收集液相，即为所述水泥缓凝剂。所述纤维素酶的酶液为浓度在30FPU/g基质至50FPU/g基质之间的纤维素复合酶，优选为国产纤维素复合酶。所述酶解反应温度在48℃至50℃之间。秸秆、玉米棒芯等农业纤维素废弃物的综合利用日益受到人们的重视。秸秆和棒芯中富含纤维素、半纤维素等高分子碳水聚合物，其水解产物包含多种糖类分子(主要为葡萄糖)及部分低分子量糖类聚合物。专利技术人分析这些低分子量降解产物与现有的葡萄糖类型水泥缓凝剂具有结构一致性，经过大量实验证实在适当的含量和分子量条件下，其降解产物也具有水泥缓凝效能。以下为实施例：实施例1一种本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种水泥缓凝剂，其特征在于，含有质量分数30％至50％的水溶性纤维素或半纤维素；所述纤维素或半纤维素的分子量在150至1500之间。

【技术特征摘要】
1.一种水泥缓凝剂，其特征在于，含有质量分数30％至50％的水溶性纤维素或半纤维素；所述纤维素或半纤维素的分子量在150至1500之间。2.如权利要求1所述的水泥缓凝剂，其特征在于，含有质量分数20％至35％的纤维素以及质量分数10％至15％的半纤维素。3.如权利要求1所述的水泥缓凝剂，其特征在于，所述纤维素或纤维素分子量在180至900之间。4.如权利要求1所述的水泥缓凝剂，其特征在于，还含有低分子量纤维素及其衍生物、多糖类及其衍生物、多元醇类及其衍生物、和/或木质素降解产物；所述水泥缓凝剂缓凝效果如下：混凝土初凝时间在90至120分钟，终凝时间在初凝时间在50小时以上；水泥净浆初凝时间在6小时至12小时，终凝时间在10小时以上。5.如权利要求1至4任意一项所述的水泥缓凝剂的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：(1)将纤维素原材料粉碎成粉末，得到纤维素原料粉末；(2)将步骤(1)中获得的纤维素原料粉末按照固液比1:8至1:2...

【专利技术属性】
技术研发人员：黄慧艳，刘波，张小菊，李横江，杨娟，
申请(专利权)人：武昌首义学院，黄慧艳，
类型：发明
国别省市：湖北;42