CN111807753A

CN111807753A - 泛菌多糖作为添加剂在水泥上的应用

Info

Publication number: CN111807753A
Application number: CN202010736824.0A
Authority: CN
Inventors: 殷文锋; 詹伊婧; 梁金丰
Original assignee: Xuankai Biotechnology Shandong Co ltd
Current assignee: Xuankai Biotechnology Shandong Co ltd
Priority date: 2020-07-28
Filing date: 2020-07-28
Publication date: 2020-10-23

Abstract

本发明公开了泛菌多糖作为添加剂在水泥上的应用，其中，所述泛菌多糖是由骆驼刺泛菌Pantoea alhagi经发酵法制备得到，分子量为10‑2000 kDa，粘度＞100 mPa·s。本发明意外地发现了一定量泛菌多糖的加入可以增加水泥浆的抗压强度，从而增强水泥浆的稳定性，本发明打破了水泥添加剂里天然高分子种类的局限性，所涉及的泛菌多糖的流动性、保水性、增稠性、悬浮性和稳定性等性质都较为优良，并将上述性质赋予到水泥中。

Description

泛菌多糖作为添加剂在水泥上的应用

技术领域

本发明属于水泥制造领域，尤其涉及一种泛菌多糖作为添加剂在水泥上的应用。

背景技术

近年来，随着经济的发展，建筑行业的体量也随之不断的增大，其工程规模和结构形式日益复杂，为满足建筑行业对混凝土的需求，高性能水泥的研发迫在眉睫。改善水泥性能最常见的方法就是使用水泥添加剂，不同的水泥添加剂可以改善水泥不同的特性。三乙醇胺、十二烷基苯磺酸钠等物质一般被用作助磨剂改善水泥粉磨性能；硅烷耦合剂等物质被用作悬浮剂改善水泥基缓凝效果；四乙基氧基硅烷等物质被用作保水剂延迟水泥基的水化进程。但是随着人们环境保护意识逐渐加强，该类化学物质有一定污染，故目前研究者们将目光聚集在以黄原胶、威兰胶等为代表的由微生物发酵所产的生物高分子聚合物的研究与应用上。目前尚未见到将泛菌多糖作为添加剂改善水泥性能。

发明内容

骆驼刺泛菌胞外多糖是一种与威兰胶类似的螺旋结构且物理化学性能稳定的多糖类生物聚合物，泛菌胞外多糖的流变性、增稠性、热稳定性以及流动性等性质都较为优良，本发明意外地发现了一定量泛菌多糖的加入可以增加水泥浆的抗压强度，从而增强水泥浆的稳定性。因此提出了一种骆驼刺泛菌经发酵法制备得到的泛菌多糖及其在水泥上的应用，将该泛菌多糖作为一种新型的水泥添加剂。

进一步地，本发明提出了泛菌多糖应用于水泥制造领域，利用其良好的助磨、保水、增稠和悬浮等效果，可有效提高水泥的抗压性、稳定性和耐久性。

本发明的技术方案如下：

泛菌多糖作为添加剂在水泥上的应用，其中，所述泛菌多糖是由骆驼刺泛菌Pantoea alhagi经发酵法制备得到，分子量为10-2000kDa，粘度＞100mPa·s。该多糖是由葡萄糖、半乳糖、甘露糖等组分聚合而成的高分子物质。

所述泛菌多糖增加水泥浆的抗压强度、增强水泥浆的稳定性、抑制水泥早期水化放热。基于泛菌多糖本身的性质，其具有保水、增稠、悬浮和稳定的效果。

所述泛菌多糖作为添加剂用于制备水泥，添加量占水泥浆总重的0.01％～2％。

所述水泥还包括20wt％-50wt％的硅酸水泥、20％-30％的掺合料、1wt％～10wt％的减水剂和余量的水。

在一种实施方式中，所述硅酸水泥为强度等级为P·O·42·5普通硅酸盐水泥。

优选地，所述掺和料为粉煤灰、矿渣灰或砂的任意一种或几种的组合。

优选地，所述减水剂为聚羧酸减水剂。

有益效果：与现有技术相比，本发明具有如下优势：

1、本发明打破了水泥添加剂里天然高分子种类的局限性，所涉及的泛菌多糖的流动性、保水性、增稠性、悬浮性和稳定性等性质都较为优良，并将上述性质赋予到水泥中，具体地，泛菌多糖为非牛顿假塑性流体，其优良的流变性和稳定性可以赋予水泥材料相同的性质，从而更利于水泥的灌注；其中，泛菌多糖是一种高粘度的天然高分子材料，该多糖加入水泥体系后可以增强水泥的粘度，从而增强水泥基中颗粒物质的附着性；

2、本发明所制备得基于泛菌多糖的水泥添加剂能够显著提高水泥浆的工作性能和力学性能；

3、本发明基于泛菌多糖的水泥添加剂对水泥早期的水化放热有明显的抑制效果，从而有力控制水泥结构体的温度裂缝，是一种新型的高效水泥添加剂。

附图说明

图1为泛菌多糖水泥浆流动性的影响；

图2为泛菌多糖对水泥七天水化热的影响。

具体实施方式

下面结合具体实施例对本发明名做进一步详细说明。给出了详细的实施方式和具体的操作过程，实施例将有助于理解本发明，但是本发明的保护范围不限于下述的实施例。

实施例1泛菌多糖的制备

本实施例所用的骆驼刺泛菌菌株号为Pantoea alhagi XK-11，保藏号为CGMCCNO.15526，已保藏于中国微生物菌种保藏管理委员会普通微生物中心，保藏时间为2018年3月29日，保藏地址为北京市朝阳区北辰西路1号院3号，按如下操作制备泛菌多糖：

1)将纯种XK-11从斜面保藏管接入灭菌后的种子培养基，30℃，200rpm振荡培养12小时，获得种子液；

2)将种子液按照10％(v/v)的接种量，接入经灭菌后的发酵培养基，30℃，通气搅拌培养，搅拌转速100-120rpm，通气量0.8-1.0vvm，发酵培养24h；

3)发酵完成后，发酵液中加入0.1％(m/v)的硅藻土，搅匀后通过板框过滤机除去菌体，滤液加入3倍体积的乙醇，获得泛菌多糖沉淀物，经烘干后得到泛菌多糖纯品。

上述步骤中，种子培养基：胰蛋白胨10g/L，酵母提取物5g/L，NaCl 10g/L，其余为自来水，pH 7.0；发酵培养基：蔗糖40g/L，蛋白胨10g/L，NaCl 10g/L，K₂HPO₄ 2g/L，MnSO₄0.1g/L，其余为水，pH 8.0。

通过上述方法制备得到的泛菌多糖分子量为10-2000kDa，粘度＞100mPa·s，其中，分子量和粘度均用现有技术方法进行测定。

实施例2：基于泛菌多糖的新型水泥添加剂和水泥的制备。

1.配方：

泛菌多糖0～0.1％，普通硅酸盐水泥30％、掺和料25％(粉煤灰、矿渣灰和砂的质量比为3:2:20)、聚羧酸减水剂2％，其余成分为水。上述均为质量百分比。

2.制备方法：

(1)分别称取0、0.02％、0.04％、0.06％、0.08％、0.10％的泛菌多糖，加入水溶解搅拌1-2h后即得泛菌多糖水泥添加剂；

(2)向(1)中泛菌多糖水泥添加剂中加入25％的掺和料(粉煤灰、矿渣灰和砂的质量比为3:2:20、2％聚羧酸减水剂和30％普通硅酸盐水泥，继续搅拌1-2h，加入剩余水分即得基于泛菌多糖的新型水泥。

实施例3：基于泛菌多糖的新型水泥的工作性能和力学性能的评价。

1、样品

实验组：按照实施例1所制备的基于泛菌多糖的水泥添加剂和水泥。

2.基于泛菌多糖的新型水泥的工作性能和力学性能的评价方法。

(1)标准稠度用水量：

按照水泥标准稠度用水量按照GB/T 1346-2011《水泥标准稠度用水量、凝结时间、安定性检验方法》进行测定。

(2)凝结时间：方法同(1)；

(3)流动度：参照GB/T8077-2012《混凝土外加剂匀质性实验方法》；

(4)水泥浆强度：参照GB/T 17671-1999《水泥胶砂强度检验方法》进行。

2.3测定结果

1.基于泛菌多糖的新型水泥添加剂对水泥体系的标准稠度的影响

表1基于泛菌多糖的新型水泥添加剂对水泥体系的标准稠度的影响

试验结果见表1，由表格中数据可知，基于泛菌多糖的新型水泥添加剂对水泥体系都有的较好的增稠作用，并且随着添加剂掺量增加，标准稠度用水量在不断增加。其原因可能是泛菌多糖在水泥体系之中拥有良好的悬浮性，其分散连接成网络状，既提高了水泥浆保水性能又能减少水泥浆的泌水量，使水泥材料中的空间分布更为合理，有效提高了水泥工作性能。由两表可知，基于泛菌多糖的新型水泥添加剂的对水泥体系的标准稠度的影响大于基于威兰胶的水泥添加剂。

2.基于泛菌多糖的新型水泥添加剂对水泥体系的凝结时间的影响

表2基于泛菌多糖的新型水泥添加剂对水泥体系的凝结时间的影响

其中F1、F2、F3、F4、F5、F6组分别添加了0.02％、0.04％、0.06％、0.08％、0.10％的泛菌多糖(质量比)，试验结果见表2，基于泛菌多糖的新型水泥添加剂的加入能够有效延长水泥体系的凝结时间。泛菌多糖的新型水泥添加剂加入之后，初凝时间显著增长，且随着掺入泛菌多糖的新型水泥添加剂的量的增多，延长凝结时间的效果越明显。

3.基于泛菌多糖的新型水泥添加剂对水泥体系的抗压强度的影响

表3基于泛菌多糖的新型水泥添加剂对水泥体系的抗压强度的影响

其中F1、F2、F3、F4、F5、F6组分别添加了0.02％、0.04％、0.06％、0.08％、0.10％的泛菌多糖(质量比)，从表3中可以看出，在1d-28d时，0.02％、0.04％，0.06％泛菌多糖的水泥添加剂可以适当增加水泥体系的抗压强度。当添加的量超过0.08％之后，泛菌多糖水泥添加剂会对水泥浆的强度抗压强度产生抑制作用，这说明从抗压强度的方面来说，泛菌多糖水泥添加剂的最适加量为0.06％。

4.基于泛菌多糖的新型水泥添加剂对水泥浆流动性的影响

其中F1、F2、F3、F4、F5、F6组分别添加了0.02％、0.04％、0.06％、0.08％、0.10％的泛菌多糖(质量比)。从图1中可以看出，基于泛菌多糖的新型水泥添加剂具有增稠作用，水泥体系的初始流动度均有所减小，随着泛菌多糖的添加量的增加，水泥体系的流动性会逐渐减小。

实施例4基于泛菌多糖的新型水泥添加剂对水泥早期水化热影响的探究。

1.样品

实验组：按照实施例1所制备的泛菌多糖水泥添加剂和水泥。

2.基于泛菌多糖的新型水泥对早期水化热影响的探究方法

对早期水化热的影响：参照GB/T 12959-2008进行《水泥水化热测定方法》。

3.测定结果

从图2中可以看出，基于泛菌多糖的水泥添加剂可以有效的降低水泥在开始七天内的水化放热速率。在25h以前，添加剂的加入会使得水泥水化放热上升，但是增加的幅度不大，这可能是因为，添加剂的悬浮性使得水泥颗粒分散的更均匀，从而增加反应接触面积，使得水化放热速率上升。但是从25h后，随着添加剂的加入量增多，水泥的水化放热速率下降，这说明基于泛菌多糖的水泥添加剂可以有效抑制水泥的水化放热反应。

Claims

1.泛菌多糖作为添加剂在水泥上的应用，其中，所述泛菌多糖是由骆驼刺泛菌Pantoea alhagi经发酵法制备得到，分子量为10-2000 kDa，粘度＞100 mPa·s。

2.根据权利要求1所述的应用，其特征在于，所述泛菌多糖用于增加水泥浆的抗压强度、增强水泥浆的稳定性、抑制水泥早期水化放热。

3.根据权利要求2所述的应用，其特征在于，所述泛菌多糖作为添加剂用于制备水泥，添加量占水泥浆总重的0.01%~2%。

4.根据权利要求3所述的应用，其特征在于，所述水泥还包括20wt%-50wt%的硅酸水泥、20%-30%的掺合料、1 wt %~10wt%的减水剂和余量的水。

5.根据权利要求4所述的应用，其特征在于，所述硅酸水泥为强度等级为P·O·42·5普通硅酸盐水泥。

6.根据权利要求4所述的应用，其特征在于，所述掺和料为粉煤灰、矿渣灰或砂的任意一种或几种的组合。

7.根据权利要求4所述的应用，其特征在于，所述减水剂为聚羧酸减水剂。