甘蔗糖蜜改性及對硅酸鹽水泥性能的影響

    以糖廠副產(chǎn)物甘蔗糖蜜為原料制備改性糖蜜，研究了其助磨性能對水泥物理性能的影響。研究結果表明：改性糖蜜對水泥具有較好的助磨性能，顯著降低45μm篩余量；改性糖蜜使水泥的凝結時間略有延長，可顯著提高各齡期的抗壓強度，28d抗壓強度最多提高5.3MPa；水泥凈漿流動度也較空白樣增大。
    【關鍵詞】：甘蔗糖蜜；改性；水泥助磨劑；葡萄糖；果糖；戊糖
　　蔗糖蜜是甘蔗制糖的副產(chǎn)物，其產(chǎn)率一般約為原料甘蔗的2.5% -3.0%。甘蔗糖蜜含糖量較高，其中含30%左右的蔗糖和20%左右的還原糖，這些糖分在目前制糖工業(yè)技術或經(jīng)濟核算上已不能或不適宜再用結晶方式加以回收。甘蔗糖蜜的成分因甘蔗品種、種植條件、成熟程度以及制糖工藝路線、操作方法不同而有差異。糖蜜可用于生產(chǎn)乙醇、檸檬酸、賴氨酸、味精等精細化工產(chǎn)品 ，或用于生產(chǎn)動物飼料、水泥混凝土行業(yè)的外加劑等。糖蜜因能延緩水泥水化過程，在水泥混凝土行業(yè)主要作為水泥緩凝劑啕或水泥助磨劑等。糖蜜用作混凝土外加劑時，一般先用石灰水中和，然后經(jīng)噴霧干燥制粉后再使用。糖蜜與石灰水的中和與螯合過程中并沒有根本改變糖蜜中減水和緩凝組分的分子或基團結構。甘蔗糖蜜的主要成分包括蔗糖、還原糖(葡萄糖和果糖)、膠體(果膠質(zhì)和樹膠質(zhì))和有機酸類等。甘蔗糖蜜在酸性或堿性條件下進行化學改性，其主要組分可轉化為各種單糖及其衍生物或有機酸鹽 ，如葡萄糖、果糖、葡萄糖酸鈉、戊糖及有機酸鹽等。本文以甘蔗糖蜜為原料進行化學改性，初步研究了改性糖蜜對水泥粉磨過程及水泥性能的影響，并探討其作用機理，為甘蔗糖蜜在水泥混凝土行業(yè)中的高效利用提供理論參考。

　　實  驗
　　1：實驗原料及儀器
    甘蔗糖蜜：(M)樣品的成分見表1；濃硫酸：濃度95%；鹽酸：濃度35%；氫氧化鈉、葡萄糖、果糖、蔗糖、葡萄糖酸鈉：均為分析純；三乙醇胺：濃度85%，嘉興金燕化工有限公司。P•Ⅱ52.5水泥：取自南京江南小野田水泥有限公司；P•O42.5水泥、水泥熟料、礦渣、石灰石、石膏：均取自南京中聯(lián)水泥有限公司。

    HH-S2數(shù)顯恒溫水浴鍋，85-2控溫磁力攪拌器，金壇市醫(yī)療廠；pH計，pHs-3c，上海雷磁；DZF-6050真空干燥箱，上海博訊醫(yī)療設備廠。

　　2：甘蔗糖蜜的改性

    取甘蔗糖蜜，預先用蒸餾水稀釋為50%的溶液備用。在帶攪拌槳的三口燒瓶中加入100g甘蔗糖蜜，分別滴加濃硫酸至pH值為2，80℃攪拌反應1 h，樣品記為M₁；滴加鹽酸至pH值為2，80℃攪拌反應1h，樣品記為M₂；滴加濃硫酸至pH值為2，8O℃攪拌反應 1 h，然后滴加NaOH溶液至pH值為13，80℃保溫反應30min，樣品記為 M₃；滴加鹽酸至pH值為2，80℃攪拌反應1 h，然后滴加NaOH溶液至pH值為13，80℃保溫反應30 min，樣品記為M₄。未改性處理的糖蜜樣品記為M₀。

　　3：助磨效果實驗方法
    先將水泥熟料及石膏用顎式破碎機破碎至5 mm以下，然后按比例和其它混合材混合均勻，其比例為：熟料75%、礦渣6%、石灰石5%、石膏4%。分別摻入不同劑量的添加劑，在實驗磨中粉磨25 min后，分別測試粉磨后水泥樣品的45μm和80μm篩余量。

　　4：水泥性能試驗方法
    將不同添加劑試樣加入成型水中攪拌均勻，進行水泥常規(guī)物理力學性能測試，其中水泥標準稠度用水量、凝結時間、安定性參照GB 1346-2001《水泥標準稠度用水量、凝結時間、安定性檢驗方法》進行測試，水泥膠砂強度參照GB／T17671-1999(7~泥膠砂強度檢驗方法(ISO法)》進行測試，水泥凈漿流動度參照GB／T 8077-2000《混凝土外加劑勻質(zhì)性試驗方法》進行測試。

　　實驗結果及分析

　　1：改性糖蜜對水泥的助磨效果研究
以不同類型的改性糖蜜為助磨組分，研究其對水泥粉磨的助磨效果，并與不摻助磨劑的空白樣及摻常規(guī)助磨組分三乙醇胺的樣品作對比，實驗結果見表2

　　從表2可以看出，使用未處理糖蜜的樣品M₀較空白樣的80μm和45μm篩余略有降低，其對水泥粉磨的助磨效果一般。而改性后的糖蜜較未處理糖蜜的45μm及80μm篩余均有降低，其中M₃和M₄的效果最為顯著。M₃和M₄的80μm篩余較常規(guī)的助磨組分-L醇胺樣品高0.3%；M₄樣品的45μm篩余達到10．5%，優(yōu)于常規(guī)助磨組分三乙醇胺樣品的12.3%，這說明改性糖蜜M₄粗磨階段的助磨效果低于三乙胺，但是細磨階段的助磨效果優(yōu)于三乙醇胺。

　　2:改性糖蜜對水泥物理性能的影響
　　以不同類型的改性糖蜜作為水泥添加劑，加入水泥成型水中進行水泥常規(guī)物理力學性能檢測，試驗水泥為南京小野田水泥有限公司P•II 52.5水泥，測試結果見表3。

　　從表3可以看出，摻入改性糖蜜后，各水泥試樣的標準稠度用水量較空白樣基本無變化，而各水泥試樣的凝結時間均有延長，初凝時間最高延長了17 min，而終凝時間最多延長了25 min。這表明經(jīng)改性后，糖蜜的緩凝組分的緩凝作用增強。緩凝類組分，如糖類及其衍生物，在合適摻量時能改變水泥水化過程、優(yōu)化水泥石結構、降低水泥石的孔隙率，從而改善后期及遠齡期強度。從表3還可以看出，糖蜜經(jīng)改性后各試樣1d抗壓強度均降低，其中M₄試樣較空白樣降低了1 MPa；3 d抗壓強度較空白樣略有增長，其中M₃和M₄試樣分別較空白樣提高了3.7MPa和5.3MPa。M₃和M₄試樣分別較空白樣提高了1.6 MPa和2.2 MPa；而28d抗壓強度則增長較明顯，M₃和M₄試樣分別較空白樣提高了3.7MPa和5.3MPa。

　　3：改性糖蜜對水泥凈漿流動度的影響

　　從圖1可以看出，摻入改性糖蜜均提高了水泥凈漿流動度。其中M₃和M₄試樣的水泥凈漿流動度達216mm，較空白樣增大了11 mm，較未改性糖蜜M₀試樣增大了8 mm。這表明，改性糖蜜有利于提高水泥凈漿流動度，這有利于改善水泥同混凝土外加劑的適應性。

　　4：不同單糖及衍生物對水泥性能的影響
為研究糖蜜改性后不同產(chǎn)物對水泥性能的影響，選取了葡萄糖、果糖、蔗糖、果葡糖漿(果糖與葡萄糖按1：1的摩爾比配制)及葡萄糖酸鈉，研究其對水泥性能的影響，結果見表4。

　　從表4可以看出，不同糖類及衍生物對水泥性能的影響差異較大。蔗糖、葡萄糖和葡萄糖酸鈉對水泥的凝結時間影響較大，而果糖對凝結時間則影響相對較��；蔗糖、葡萄糖和葡萄糖酸鈉有利于顯著提高水泥膠砂流動度，而果糖則幾乎沒有影響。而葡萄糖和果葡糖漿對水泥的強度影響較大。

　　機理分析
　　甘蔗糖蜜的主要成分包括蔗糖、還原糖(葡萄糖和果糖)、膠體(果膠質(zhì)和樹膠質(zhì))和有機酸類等。蔗糖在酸性條件下受熱，酸將催化蔗糖水解為葡萄糖和果糖；甘蔗糖蜜中的膠體以樹膠質(zhì)為主，而樹膠質(zhì)的成分以多縮戊糖為主，在一定溫度下加酸水解為戊糖。單糖如葡萄糖，在堿性條件下易被轉化為葡萄糖酸，并隨后被反應液中的NaOH中和為葡萄糖酸鈉；而糖蜜中原來存在的有機酸類則也被中和為有機酸鹽。甘蔗糖蜜改性后的產(chǎn)物為單糖(葡萄糖、果糖和戊糖)、單糖衍生物(如葡萄糖酸鈉)及有機酸鹽的混合物，結合表3可以看出，摻入單糖及單糖衍生物對膠砂抗壓強度和流動度的影響優(yōu)于蔗糖。

    結  語
    （1）以糖廠副產(chǎn)物甘蔗糖蜜為原料，經(jīng)合適的酸、堿改性工藝后制備高效的水泥添加劑是可行的。甘蔗糖蜜化學改性的工藝簡單，投入成本低，變廢為寶，在經(jīng)濟上及環(huán)境保護方面均有重大意義。
    （2）甘蔗糖蜜經(jīng)過合適的化學改性工藝后，其對水泥粉末的助磨效果顯著提高，尤其是細磨階段的助磨效果；改性糖蜜使水泥的凝結時間略有延長，顯著提高各齡期強度，28d抗壓強度最多可提高5.3MPa；水泥凈漿流動度也較空白樣增大。
    （3）甘蔗糖蜜經(jīng)改性，轉變?yōu)閱翁牵ㄆ咸烟恰⒐呛臀焯牵�、單糖衍生物（如葡萄糖酸鈉）及有機酸鹽的混合物，其對膠砂抗壓強度和流動度的提高效果優(yōu)于蔗糖。（本文搜集整理于網(wǎng)絡，如有侵權之處，請聯(lián)系我們刪除。）