河北工程大學(xué)建筑與土木工程開題報告

1、 河北工程大學(xué)建筑與土木工程 開題報告 引氣劑的合成及其質(zhì)量評價 The Synthesis Processes and the Quality Evaluation of Air Entraining Agents Student： 吳方政Supervisor：王稷良 田波 單俊鴻 主要內(nèi)容1.研究目的、意義及現(xiàn)狀2.引氣劑的作用機(jī)理3.引氣劑本身質(zhì)量的評定4.引氣劑品質(zhì)對混凝土的影響5.引氣混凝土耐久性機(jī)理研究 一、研究目的、意義及現(xiàn)狀1.研究目的 針對國內(nèi)引氣混凝土的應(yīng)用現(xiàn)狀，研究不同引氣劑對新拌混凝土中氣泡的穩(wěn)定性和硬化混凝土氣泡特征參數(shù)的影響，并初步建立引氣劑質(zhì)量評價的指標(biāo)，為引氣劑

2、的推廣應(yīng)用及引氣混凝土工程質(zhì)量的控制提供依據(jù)。2.研究意義 我國的引氣劑尚處于推廣應(yīng)用階段，引氣劑的種類和牌號很多，質(zhì)量也良莠不齊。通過對引氣劑的合成及其評價方式的研究，可以減少在引氣劑品種選擇過程中的主觀性和盲目性。3.研究現(xiàn)狀3.1國外引氣劑的研究及應(yīng)用現(xiàn)狀3.1.1國外引氣劑的研究現(xiàn)狀 1934年在美國堪薩斯州與紐約州道路工程施工中發(fā)現(xiàn)引氣混凝土，并于1937年首創(chuàng)了松香樹脂酸類引氣劑“文沙”（Vinsol）樹脂， 20世紀(jì)40年代，日本從美國引進(jìn)了加氣混凝土技術(shù)，50年代初開發(fā)出了“文沙”類引氣劑產(chǎn)品。1995年又研制出了高性能引氣減水劑。 3.1.2國外引氣劑的應(yīng)用現(xiàn)狀 在國外，“文

3、沙”樹脂最初是被應(yīng)用于改善預(yù)拌混凝土的保水性、地下結(jié)構(gòu)排水工程防滲、裝飾砂漿以及提高寒冷地區(qū)路面和大壩混凝土的抗凍性等方面。例如日本著名的奧只見壩、田子倉壩、東京都小河內(nèi)壩、等都使用了引氣劑 。 在工業(yè)發(fā)達(dá)的國家（如：北美、北歐、日本 ）引氣劑已成為很普遍的一種外加劑 ，據(jù)不完全統(tǒng)計，這些地區(qū)和國家約有80%以上的混凝土工程都采用引氣劑。3.2國內(nèi)引氣劑的研究及應(yīng)用現(xiàn)狀3.2.1國內(nèi)引氣劑的研究現(xiàn)狀 50年代初，仿照美國的“文沙”樹脂 生產(chǎn)出了松香熱聚物類引氣劑和松脂皂；60年代初水利水電科學(xué)研究院對烷基苯磺酸鈉、OP乳化劑等表面活性劑以及皂莢粉等進(jìn)行了研究，但由于價格偏高或性能尚不理想，未能

4、進(jìn)一步推廣使用。60年代末，成功合成粉狀木質(zhì)素磺酸鈣 。3.2.2國內(nèi)引氣劑的應(yīng)用現(xiàn)狀 我國引氣劑首先應(yīng)用于佛子嶺、梅山、三門峽等大壩混凝土以及一些港口工程混凝土。雖然隨后在其他方面均有應(yīng)用，但應(yīng)用最為廣泛的仍屬水工、港工方面。3.3影響國內(nèi)引氣劑發(fā)展與應(yīng)用的原因 1.工程技術(shù)人員和科研人員對引氣劑能顯著提高混凝土耐久性這個問題沒有達(dá)到應(yīng)有的重視程度 ； 2.目前我國還沒有一些標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范來規(guī)范引氣劑的應(yīng)用，也只是在水工和港工混凝土工程中規(guī)定：凡有抗凍性要求的混凝土必須適當(dāng)摻加引氣劑； 3.引氣劑的摻量可謂微不足道，經(jīng)濟(jì)技術(shù)效益不顯著，從而導(dǎo)致我國對新型引氣劑的研制開發(fā)得不到足夠的重視 ； 4.以

5、前由于引氣劑品種少且產(chǎn)品質(zhì)量有存在一定的問題，導(dǎo)致應(yīng)用于混凝土?xí)r出現(xiàn)強(qiáng)度損失較大的現(xiàn)象而產(chǎn)生了負(fù)面影響 ，使很大一部分人對引氣劑的認(rèn)識只停留在強(qiáng)度損失方面，忽略引氣劑對混凝土耐久性的影響。二、引氣劑作用的機(jī)理1.引氣劑的概念 引氣劑是指能使混凝土在攪拌過程中引入大量均勻、穩(wěn)定、封閉的微小氣泡，以改善混凝土拌合物的和易性，并在硬化后仍然能保留微小氣泡以改善混凝土耐久性的外加劑。2.作用機(jī)理 引氣劑大部分是陰離子表面活性劑，在水-氣界面上，憎水劑向空氣一面定向吸附，在水泥-水界面上，親水基與水泥及其水化粒子相吸附，而憎水劑背離水泥及其水化粒子，形成憎水化吸附層，并力圖靠近空氣表面，由于這種粒子向空

6、氣表面靠近和引氣劑分子在水-氣界面上的吸附作用，顯著降低了水的表面張力，使混凝土在拌合過程中產(chǎn)生大量的微氣泡，且這些氣泡帶有相同電荷的定向吸附層，所以相互排斥并能均勻分布。 許多陰離子引氣劑在含鈣量高的水泥溶液中有鈣鹽沉淀，吸附在氣泡膜上，能有效地防止氣泡破滅，因此引入的細(xì)小均勻的氣泡能在一定時間內(nèi)穩(wěn)定存在。 引氣劑的作用首先是引入氣泡，其次是分散和潤濕。 三、引氣劑本身質(zhì)量的評定 引氣劑本身質(zhì)量評定的指標(biāo)主要是引氣劑本身的密度、PH值、表面張力、起泡能力等理化指標(biāo) 。 引氣劑分子的作用機(jī)理實際就是降低了水的表面張力，因此主要是評定引氣劑溶液的表面張力、起泡性能和消泡時間來初步判斷其本身質(zhì)量。

7、1.表面張力（surface tension）問題：露珠為什么能緊裹在一起呢？針為什么能懸浮在水面上呢？一端涂抹了洗發(fā)水的牙簽為什么會動呢？ 1.1 概念 表面張力，是液體表面層由于分子引力不均衡而產(chǎn)生的沿表面作用于任一界線上的張力。通常，由于環(huán)境不同，處于界面的分子與處于相本體內(nèi)的分子所受力是不同的。在水內(nèi)部的一個水分子受到周圍水分子的作用力的合力為0，但在表面的一個水分子卻不如此。因上層空間氣相分子對它的吸引力小于內(nèi)部液相分子對它的吸引力，所以該分子所受合力不等于零，其合力方向垂直指向液體內(nèi)部，結(jié)果導(dǎo)致液體表面具有自動縮小的趨勢，這種收縮力稱為表面張力。 1.2 測試表面張力的方法 表面張

8、力的測試方法：白金板法、白金環(huán)法、懸滴法、滴體積法、最大氣泡法等。 將引氣劑溶液裝于樣品管中，將毛細(xì)管豎直放置，使滴口瓶面與液面相切，液體即沿毛細(xì)管上升，打開抽氣瓶的活栓，讓水緩緩滴下使樣品管中的壓力漸漸小于室壓，毛細(xì)管內(nèi)外液面形成壓差，在管口形成氣泡并逐漸脹大，當(dāng)壓差在毛細(xì)管口所產(chǎn)生的作用力稍大于引氣劑溶液的表面張力時，氣泡破裂，壓差的最大值Pmax可在U型壓力計上讀出，再下式通過計算求出表面張力。表面張力計算公式：=RPmax/2,其中R為毛細(xì)管的半徑。 四、引氣劑品質(zhì)對混凝土的影響1.引氣劑品質(zhì)對新拌混凝土的影響 引氣劑對新拌混凝土的影響主要體現(xiàn)在混凝土工作性能。由于引氣劑引入大量球形氣

9、泡，在混凝土拌合物中如同滾珠潤滑作用，且增加了漿體的體積、漿體粘度和屈服應(yīng)力，因此提高了新拌混凝土的和易性、塑性和內(nèi)聚性，而離析和泌水現(xiàn)象顯著降低。 但是，不同的引氣劑由于起泡能力和穩(wěn)泡性能不同，對新拌混凝土的影響也存在很大的差異。因此，主要研究了不同引氣劑的引氣量對新拌引氣混凝土坍落度、坍落度損失和振動粘度系數(shù)的影響，并測出摻不同引氣劑的混凝土拌合物的含氣量損失。 2.引氣劑品質(zhì)對硬化混凝土的影響 引氣劑的品質(zhì)對硬化混凝土的影響主要體現(xiàn)在對其氣泡特征參數(shù)的影響。氣泡體系的特征參數(shù)主要有：含氣量、氣泡平均直徑和氣泡間距系數(shù)。三者之間的關(guān)系是當(dāng)含氣量一定時，氣泡越小，氣泡間距就越小。 主要的試驗內(nèi)容：測試出含氣量和引氣劑品質(zhì)對氣泡平均直徑和氣泡間距系數(shù)的影響，并測試出高頻振搗對引氣混凝土性能的影響。 試驗方法：通過同種引氣劑的對比分析推出不同含氣量對氣泡間距系數(shù)的影響；根據(jù)相同含氣量下不同引氣劑的的對比分析推出引氣劑品種對氣泡間距系數(shù)的影響。在低頻振動臺振動之后，采用高頻振搗棒（200HZ），分別振搗0s、30s、60s、120s，測試新拌混凝土的含氣量和硬化混凝土的氣泡特征參數(shù)。