聚羧酸鹽減水劑在混凝土中引入氣泡質(zhì)量的問題

1、聚羧酸鹽減水劑在混凝土中引入氣泡質(zhì)量的問題摘要：采用將消泡劑和引氣劑與聚羧酸鹽減水劑進(jìn)行復(fù)配的方法，研究了“先消后引”技術(shù)對(duì)水泥凈漿混凝土性能的影響。研究表明，“先消后引”技術(shù)不僅可以減少水泥凈漿流動(dòng)度損失，而且可以降低混凝土坍落度損失、改善和易性、泌水性，提高混凝土的抗壓強(qiáng)度。 關(guān)鍵詞：先消后引；消泡劑；引氣劑  摘要: 針對(duì)高性能混凝土高施工性、高耐久性要求,通過摻用具有梳型結(jié)構(gòu)的聚羧酸類引氣劑實(shí)現(xiàn)高性能混凝土,研究了聚羧酸類引氣劑對(duì)混凝土含氣量、氣泡間距系數(shù)、工作性、強(qiáng)度和抗凍融耐久性的影響及其與減水劑的相容性, 分析了聚羧酸類引氣劑改善混凝土性能的機(jī)理. 研究表明:

2、聚羧酸類引氣劑在摻量為0.006%時(shí),混凝土含氣量和氣泡間距系數(shù)便可滿足高性能混凝土工程使用要求;該類引氣劑與常用混凝土減水劑、緩凝劑相容,可與減水劑、緩凝劑復(fù)合使用; 除引氣作用外,聚羧酸類引氣劑還具有塑化和保塑作用,尤其適用于低水膠質(zhì)量比混凝土,可在不降低混凝土強(qiáng)度的情況下,提高混凝土抗凍融耐久性. 因此,聚羧酸類引氣劑可用于配制高性能混凝土和自密實(shí)混凝土. 關(guān)鍵詞: 混凝土外加劑;引氣劑;聚羧酸鹽;氣泡間距;凍融耐久性1前言 商品混凝土已經(jīng)基本取代了現(xiàn)場(chǎng)攪拌混凝土，但商品混凝土中大多使用減水劑，減水劑作為一種表面活性劑，會(huì)在混凝土中引入一些氣泡1。而這些氣泡并非所有都是有益的，

3、一般認(rèn)為泡徑小、分布均勻、構(gòu)造穩(wěn)定的氣泡是有益的氣泡；反之，泡徑大且尺寸不一、不均勻、不穩(wěn)定的氣泡就是有害氣泡1,2。適當(dāng)控制減水劑在混凝土中引入的這些氣泡的數(shù)量和質(zhì)量，可以使混凝土的抗?jié)B性、耐久性得到大大的提高。 聚羧酸鹽減水劑作為新型的高效減水劑，可以使混凝土的強(qiáng)度、和易性得到大大提高，但由于聚羧酸鹽減水劑也會(huì)在混凝土中引入一些氣泡，且引入的氣泡含量和質(zhì)量不穩(wěn)定，有時(shí)反而會(huì)影響混凝土整體性能2,3。本文采用“先消后引”技術(shù)對(duì)聚羧酸鹽減水劑進(jìn)行處理，研究了經(jīng)處理過的聚羧酸鹽減水劑對(duì)水泥凈漿和混凝土性能的影響。 2試驗(yàn)過程 2.1原材料  細(xì)集

4、料：河砂，細(xì)度模數(shù)為2.8； 粗集料：石子，級(jí)配為531.5mm； 減水劑：聚羧酸鹽減水劑8H,含固量20%，弗克新型建材有限公司； 消泡劑：FK-6，弗克新型建材有限公司； 引氣劑：松香類（三萜）,脂肪酸類1,脂肪酸類2,脂肪族硫酸鹽（ST-405），國外的引氣劑(FK-12)。 2.2 試驗(yàn)方法 本文設(shè)計(jì)了3種不同組分的水泥凈漿和混凝土，第1組（試樣A）僅使用聚羧酸鹽減水劑8H，不復(fù)配其它外加劑；第2組（試樣B）在聚羧酸鹽減水劑8H中直 接摻加消泡劑組成新的產(chǎn)品；第3組（試樣C）先在聚羧酸鹽減水劑中摻加消泡劑，再分別摻加五種不同的引氣劑組成

5、五種新的產(chǎn)品（C1、C2、C3、C4、 C5）。對(duì)這3種不同組分的水泥凈漿和混凝土，分別參照GB80772000混凝土外加劑勻質(zhì)性試驗(yàn)方法、JC473-2001混凝土泵送劑、 GBJ80普通混凝土拌合物性能方法、GBJ-81-85普通混凝土基本力學(xué)性能試驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)方法測(cè)定其凈漿流動(dòng)度和混凝土各項(xiàng)性能，并分析比較了加 入消氣劑及引氣劑后的效果。 3 試驗(yàn)結(jié)果與分析 3.1“先消后引”技術(shù)對(duì)水泥凈漿流動(dòng)度的影響 首先按照GB80772000混凝土外加劑勻質(zhì)性試驗(yàn)方法對(duì)水泥凈漿進(jìn)行了流動(dòng)度損失檢測(cè)，試驗(yàn)結(jié)果見表1。表中C1、C2、C3、C4、C5為 試樣C的不同品種，其中C1為摻引氣

6、劑三萜的新品種，C2為摻引氣劑脂肪類1的新品種，C3為摻為摻引氣劑脂肪類2的新品種，C4為摻引氣劑ST-405 的新品種，C5為摻引氣劑FK-12的新品種。表1 水泥凈漿流動(dòng)度試驗(yàn)結(jié)果試驗(yàn)編號(hào)摻量（%）初始流動(dòng)度(mm)1小時(shí)流動(dòng)度(mm)1h流動(dòng)度損失率(%)用水量（g）8HFK-6 A10029123319.987B10. 01026723013.987C110.010.023192986.2987C210.010.0228522122.587C310.010.0229223718.987C410.010.0229222124.787C510.010.0229923720.787

7、由表1可知，摻入消泡劑FK-6（試樣B），水泥凈漿初始流動(dòng)度只有267mm低于試樣A的初始流動(dòng)度，這是由于氣泡具有滾珠效應(yīng)，可以增加水泥凈漿的初始流動(dòng)性能4 ，摻入消泡劑后消除了尺寸較大、不均勻的氣泡，從而使其初始流動(dòng)度降低。試樣B的水泥凈漿流動(dòng)損失率相對(duì)于試樣A而言降低了6%，只摻加聚羧酸鹽減水劑的 水泥凈漿中存在較多的不均勻氣泡，經(jīng)過一段時(shí)間后氣泡破滅消失，其流動(dòng)度相應(yīng)降低很多；而摻入經(jīng)消泡劑處理的減水劑，消除了水泥凈漿中尺寸不一、不均勻的 氣泡，使其氣泡數(shù)量減少，經(jīng)過一段時(shí)間后，水泥凈漿中消失的氣泡數(shù)量也很少，故而摻消泡劑后的凈漿1h流動(dòng)度損失比只摻聚羧酸鹽減水劑的小。  從表

8、1中可以看出，摻入5種引氣劑（試樣C）的水泥凈漿流動(dòng)度相對(duì)于試樣B而言明顯提高，其中C1的初始流動(dòng)度達(dá)到319mm。但是C2、C3、C4和 C5的1h凈漿流動(dòng)度損失率也相應(yīng)有所升高。從圖1中可以直觀看到摻量相同，摻入引氣劑三萜（C1）的1h水泥凈漿流動(dòng)度損失率是最小的，比只摻聚羧酸鹽 減水劑的試樣A的流動(dòng)度損失率降低了13.61%，也小于試樣B的凈漿流動(dòng)度損失。這說明引氣劑三萜所引氣泡質(zhì)量是很好的微小的、均勻的氣泡，可以填充于 水泥水化產(chǎn)物顆?？障吨?，減少了體系中自由水的蒸發(fā)，從而提高其凈漿流動(dòng)度，降低流動(dòng)度損失5。采用“先消后引”工藝可以改善水泥凈漿性能。 圖1 水泥凈漿1h流動(dòng)度損失率 圖

9、2 混凝土1h坍落度損失率 3.2“先消后引”技術(shù)對(duì)混凝土性能的影響 參照相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)對(duì)試樣的混凝土坍落度損失、和易性、泌水性、含氣量、抗壓強(qiáng)度等指標(biāo)進(jìn)行檢測(cè)，結(jié)果見表2。  從表2的試驗(yàn)結(jié)果看出，試樣B的初始坍落度只有200mm，比試樣A小10mm，而1h坍落度試樣B卻比試樣A高15mm。消泡劑在混凝土與在水泥凈漿 中的作用機(jī)理類似，所以摻入消泡劑后混凝土坍落度損失明顯降低。試樣C中摻不同引氣劑對(duì)混凝土的坍落度的影響不同，從混凝土坍落度損失圖2中同樣可以發(fā)現(xiàn) 不同的引氣劑其混凝土坍落度損失程度也不同。其中試樣C2、C3和C4混凝土坍落度損失比試樣A的45.2%還高，

10、C5的坍落度損失雖然小于試樣A，但卻 高于試樣B的。只有試樣C1坍落度及其損失都與試樣B一樣，這可能是由于三萜與聚羧酸鹽減水劑及消泡劑的化學(xué)相容性較好。這說明在選擇引氣劑時(shí)，要考慮不 同外加劑之間的相容性問題，使用化學(xué)相容性較好的引氣劑。 表2 混凝土相關(guān)性能試驗(yàn)結(jié)果試驗(yàn)編號(hào)摻量（%）初始坍落度（mm）1小時(shí)坍落度（mm）1h坍落度損失率（%）含氣量（%）和易性改善泌水現(xiàn)象抗壓強(qiáng)度（MPa）8HFK-6消泡劑7d28dA10021011545.27較差少泌45.177.3B10. 010200130352較差微泌55.295.4C110.010.0002200130352.3較好不泌

11、57.599.2C210.010.0002200100503.1較好微泌47.179.4C310.010.00022159058.142.1較好微泌48.584.6C410.010.00022206570.453.4較好微泌43.579.2C510.010.000222013040.912.5較好不泌51.690.5由表2試驗(yàn)結(jié)果分析，在僅使用聚羧酸鹽減水劑的混凝土中加入消泡劑(試樣B)，混凝土含氣量由7% 降低至2 %，泌水現(xiàn)象有所改善，7d和28d的抗壓強(qiáng)度都提高了，這表明消泡劑具有明顯的消氣作用。而在加入消泡劑后再加入引氣劑(試樣C)，混凝土的含氣量比試 樣B有所增加，但都小于試樣A的7

12、，和易性明顯改善，7d和28d 的抗壓強(qiáng)度相對(duì)于試樣A都有所增強(qiáng)。尤其是摻加三萜引氣劑的試樣C1，混凝土的含氣量相對(duì)于試樣B增加15%，和易性較好，不泌水，7d 和28d 的抗壓強(qiáng)度分別比試樣B的抗壓強(qiáng)度增加了2.3MPa、3.8MPa。這可能是由于引氣劑引入了適量微小、均勻的氣泡，使得混凝土內(nèi)部結(jié)構(gòu)致密化，從而增 加了混凝土的抗壓強(qiáng)度和抗?jié)B性6。這表明采用“先消后引”工藝處理聚羧酸減水劑，在提高混凝土的綜合性能方面發(fā)揮了顯著作用。 4 結(jié)論  1、聚羧酸鹽減水劑（原液）應(yīng)用于混凝土?xí)r，自然含氣量較高、氣泡質(zhì)量不良?！跋认笠奔夹g(shù)可消除這種影響并在混凝土內(nèi)部引入尺寸微小，

13、封閉獨(dú)立且分 布均勻的氣泡。該技術(shù)可應(yīng)用于要求含氣量恒定重要結(jié)構(gòu)、對(duì)混凝土抗凍性要求較高的工程等，它可以使混凝土的含氣量得到有效的控制，有利于全面提高混凝土的 質(zhì)量。 2、消泡劑摻入后可降低混凝土坍落度損失，增加混凝土抗壓強(qiáng)度。 3、不同引氣劑引起的“先消后引”技術(shù)效果不同，但對(duì)混凝土的性能都能得到一定的提高?！跋认笠惫に嚳刂凭埕人釡p水劑氣泡質(zhì)量摘要:依次使用消泡劑和引氣劑對(duì)聚羧酸減水劑進(jìn)行處理,使所生產(chǎn)的混凝土的孔結(jié)構(gòu)質(zhì)量得以提高,含氣量得到控制,達(dá)到了預(yù)期效果。引言人們通過多年來的試驗(yàn)研究,發(fā)現(xiàn)適當(dāng)控制混凝土的含氣量和孔結(jié)構(gòu)對(duì)混 凝土性能具有顯著的改善作用,例如能提

14、高混凝土的抗凍性、抗?jié)B性、均質(zhì)性,改善混凝土的流變性以及增強(qiáng)混凝土的體積穩(wěn)定性等。對(duì)混凝土的含氣量和孔結(jié)構(gòu)進(jìn) 行質(zhì)量控制,已經(jīng)成為配制高性能混凝土的一項(xiàng)重要技術(shù)。在混凝土結(jié)構(gòu)中,并非所有的氣泡都是有益的,一般認(rèn)為泡徑小( 10100 m) 、分布均勻、構(gòu)造穩(wěn)定的氣泡是有益的氣泡;反之,泡徑大且尺寸不一、不均勻、不穩(wěn)定的氣泡就是有害氣泡。消、引氣技術(shù)就是通過調(diào)節(jié)混凝土內(nèi)部的孔結(jié)構(gòu)(即 氣泡)數(shù)量和質(zhì)量,從而達(dá)到改善混凝土某些性能的一項(xiàng)施工技術(shù)。我們?cè)趨⒖紘鴥?nèi)外一些常用做法的基礎(chǔ)上,采用“先消后引”技術(shù)對(duì)聚羧酸減水劑進(jìn)行處理,取 得了明顯的效果。1消引氣技術(shù)的工作機(jī)理對(duì)于常用的聚羧酸減水劑來講,由

15、于其組成的復(fù)雜性(為族產(chǎn)品) ,其自身含氣量并不是固定值,而是一個(gè)變動(dòng)范圍很大的不定值。例如我們通過對(duì)國內(nèi)外5種聚羧酸減水劑樣品在標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下所進(jìn)行的含氣量測(cè)定,其最大值為7. 2 %,最小值為2. 3 %。很顯然,如此大的一個(gè)變動(dòng)范圍對(duì)于一些重要的工程是無法接受的。例如水利工程要求混凝土含氣量為4. 0 % 6. 0 %,高速鐵路要求混凝土含氣量為4. 5 %6. 5 %,建筑工程要求混凝土的含氣量為3. 0 %4. 5 %等。這時(shí),只有采用消氣和引氣相結(jié)合的技術(shù)來控制混凝土的含氣量和氣泡質(zhì)量,才能達(dá)到預(yù)期的目的。所謂“先消后引”,就是依次使用消泡劑和引氣劑對(duì)聚羧 酸減水劑進(jìn)行預(yù)處理,消除混凝

16、土中泡徑偏大、泡型不良的劣質(zhì)氣泡,并引入泡徑較小、數(shù)量較多、分布均勻的氣泡,以使混凝土氣泡質(zhì)量達(dá)到某種最佳狀態(tài),強(qiáng)度 與工作性能獲得改善。2試驗(yàn)過程2. 1試驗(yàn)方法設(shè)計(jì)了3種不同組分的混凝土,第1 組(試樣A)僅使用普通的聚羧酸減水劑,不復(fù)配任何引(消)氣組分;第2組(試樣B)在聚羧酸減水劑中直接摻加消氣組分組成新的產(chǎn)品;第3組(試樣C)先 在聚羧酸減水劑中摻加消氣組分,再摻加引氣組分組成新的產(chǎn)品。對(duì)于這3種不同組分的混凝土,分別按照鐵道部鐵路客運(yùn)專線高性能混凝土技術(shù)條件(科技基 2005 101號(hào))檢驗(yàn)其性能,并分析比較了加入消氣劑及引氣劑后的效果。同時(shí)分別制作7d水泥凈漿切片的100倍數(shù)碼

17、電鏡圖像,從微觀結(jié)構(gòu)方面分析了混凝土內(nèi) 的氣泡情況。2. 2試驗(yàn)材料(1)水泥: 試驗(yàn)所用水泥的物理力學(xué)性能見表1。表1試驗(yàn)用水泥的物理力學(xué)性能(2)細(xì)骨料:采用山西忻州河砂,細(xì)度模數(shù)2. 7,區(qū),含泥量< 1. 7 %,泥塊含量< 0. 6 %。(3)粗骨料:采用太原北郊碎石, 2級(jí)顆粒級(jí)配組成,其中粒徑510 mm的占40 % , 1020 mm的占60 % ,表觀密度2 550 kg/m3 ,含泥量< 0. 4 %,泥塊含量< 0. 1 %。(4)聚羧酸減水劑:采用山西某化工有限公司生產(chǎn)的聚羧酸高性能減水劑,摻量為0. 80 % ,其主要技術(shù)指標(biāo)見表2。表2聚羧酸

18、減水劑的性能指標(biāo)(5)消泡劑:采用日本觸媒株式會(huì)社生產(chǎn)的醚類消泡劑。2. 3試驗(yàn)結(jié)果試驗(yàn)采用GB 10761997混凝土外加劑和鐵道部鐵路客運(yùn)專線高性能混凝土技術(shù)條件(科技基 2005 101號(hào)) ,對(duì)3種試樣的含氣量、減水率、泌水率比、抗壓強(qiáng)度比、相對(duì)耐久性等5項(xiàng)指標(biāo)進(jìn)行了檢測(cè),結(jié)果見表3。表3不同混凝土試樣的微觀狀態(tài)及性能對(duì)比2. 4試驗(yàn)結(jié)果分析由表3試驗(yàn)結(jié)果分析,在僅使用減水劑的混凝土中加入消泡劑(試樣B) ,混凝土含氣量降低61 %,減水率降低4. 0 %,泌水率增大67 % ,抗壓強(qiáng)度平均增加5. 0 % , 200次快速凍融動(dòng)彈模下降1. 2 % ,說明消氣劑具有明顯的消氣作用。但

19、由于動(dòng)彈模下降4. 9 % ,說明消氣劑在消除劣質(zhì)氣泡的同時(shí),可能也消除了部分正常氣泡,這與我們理論上的分析基本是一致的。而在加入消泡劑后再加入引氣劑(試樣C) ,混凝土的含氣量增加96 %,減水率提高21 %,泌水率降至零,抗壓強(qiáng)度平均提高14. 7 %, 200次快速凍融動(dòng)彈模提高15. 6 %,說明采用“先引后消”工藝處理聚羧酸減水劑,在提高混凝土的綜合性能方面發(fā)揮了顯著作用。減水率和動(dòng)彈模兩項(xiàng)指標(biāo)的提高,說明對(duì)氣泡的總體質(zhì)量有所改 善;而泌水降低至零,則說明均勻的氣孔結(jié)構(gòu)對(duì)提高保水性具有一定作用。3氣泡顯微分析分別制作A、B、C共3個(gè)水泥凈漿試樣,對(duì)應(yīng)空白聚羧酸減水劑、摻入消泡劑、摻入消泡劑后再摻引氣劑3種情況,在7 d齡期進(jìn)行切片拋光,用100倍數(shù)碼顯微鏡進(jìn)行電鏡圖像采集。3種試樣的圖像對(duì)比如圖1所示。圖像上出現(xiàn)的斜痕是拋光所致。圖1水泥凈漿試樣的電鏡圖像對(duì)比由圖1可以看出,試樣A孔結(jié)構(gòu)的典型尺寸為200m左右,呈不規(guī)則 形狀,分布不均勻,孔結(jié)構(gòu)之間多有連通;試樣B孔結(jié)構(gòu)的典型尺寸為20m左右,基本呈規(guī)則圓形,分布基本均勻,孔結(jié)構(gòu)之間沒有連通;試樣C孔結(jié)構(gòu)的典型 尺寸為100m左右,基本呈規(guī)則圓形或橢圓形(圖像圓孔因拋光導(dǎo)致有所變形)