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引气剂的应用技术研究
作者: [发布时间]2016/1/21 13:14:23 [浏览量]1667  [返 回]

引气剂是一种在混凝土搅拌中能引入大量均匀分布稳定而封闭微小气泡的外加剂。国内外施工实践说明,混凝土中掺入引气剂不但能大大改善混凝土的工作性、保水性,更重要的是对提高混凝土抗冻、抗渗、抗碳化等耐久性能具有不可替代的作用。近几年应用发现,预拌混凝土中掺入适量的引气剂,还能有效地减小坍落度损失率,具有明显的保塑效果。

引气剂的重大技术经济效益已被人们所认识,因此,许多国家的混凝土施工技术规范中都要求必须掺用引气剂,并将不掺引气剂的混凝土称为特殊混凝土。

我国生产应用引气剂虽然也有数十年之久,但是,由于许多施工设计单位对引气剂的认识还存在误区,许多引气剂产品性能与国外同类产品相比还有一定差距,引气剂生产品种较少,加之我们对引气剂的应用技术研究不多,影响了引气剂的广泛应用。

一.泡沫的形成与引气剂的作用机理。

气体分散在液体内的状态称为气泡。大量气泡集合在一起,彼此以很薄的液膜隔离称为泡沫。气泡与泡沫之间的区别只是形态上,气泡只有一个界面,而泡沫则有两个界面。

纯净的液体不会产生泡沫,即使由于不停地翻动而形成少量气泡,当它们相互接触,或从液体中逸出就会立即破裂。当液体表面有活性剂存在时,因为它能被吸在气\液界面上,在气泡之间形成薄膜而产生泡沫,并使表面张力下降,从而增加了气\液接触面,使气泡不易合并,由于气泡的比重较小,会浮到液面,在上升过程中,液体上层的表面活性剂又会被吸附上去,因此增加了液膜的保护作用。

不同表面活性剂由于分子结构不同,不一定都具有较好的起泡性及稳定性能,影响气泡性能的主要因素一般认为主要是表面张力、表面电荷、表面粘度及气体透过性。

引气剂一般都是一些离子型表面活性剂,所产生的气泡液膜表面带有相同的电荷,对水泥浆中水泥粒子产生了一定分散作用。微小气泡的滚动及浮托作用更改善了混凝土的和易性、可泵性。

混凝土泌水沉降与水泥浆粘度有关,由于气泡的存在,水泥浆粘度增加,水泥粒子间的引力增大,减少了混凝土泌水沉降。

微小气泡的存在,大量占据了混凝土中的自由空间,切断了混凝土中毛细孔通道,不但改善了混凝土抗渗性能,也提高了混凝土抗化学侵蚀性能。

混凝土冻害主要由于混凝土中未水化游离水结冰,产生体积膨胀造成。引气剂的加入,不但减少了产生冻害的游离水,微小气泡更能缓冲水结冰产生的体积膨胀压力,大大延长了混凝土在受冻融情况下的使用寿命。

二.引气剂的应用范围

引气剂的应用范围较广,除蒸养混凝土及预应力混凝土外,一切混凝土皆可适用,例如:

1.用于改善新拌混凝土和易性、工作性、可泵性、匀质性。

2.用于提高硬化混凝土抗渗、抗冻、抗碳化等耐久性能。

3.用于改善混凝土泌水性,防止混凝土离析,降低混凝土沉降收缩。

4.在普通混凝土中应用以极少掺量替代数十倍的减水剂或高效减水剂,提高混凝土技术经济效益。

5.用于改善混凝土界面特性。

6.用于泵送混凝土、商品混凝土、高性能混凝土防止水泥粒子二次吸附,改善混凝土保塑性,减少混凝土坍落度经时损失。

实践证明引气剂在商品混凝土、泵送混凝土、防水混凝土、水工混凝土、道路混凝土、高强混凝土(需控制掺量)应用都能取得较好的技术经济效益。

必须指出的是众多施工技术人员对引气剂给混凝土强度带来的影响还存在一定误区,即认为混凝土中含气量增加必定会降低强度,其实那只是在同水灰比的条件下的检测数据。引气剂和减水剂一样都有一定减水效果,一些好的引气剂如:JDU减水率可达10%,与常用木钙木钠相同。少量引气剂与高效减水剂复合使用后减水率可达20%以上。

混凝土水灰比大幅度减少,混凝土强度不但不会降低,还会有所提高。上海建科院曾对掺JDU引气剂混凝土进行过检测,C40混凝土在含气量增加4%后,混凝土3天7天28天仍有较大提高。

即使是在高强混凝土中,适当控制掺量,混凝土强度仍有较大提高。

三.引气剂的应用技术

虽然工程实践证明,应用引气剂的技术效益显著,但仍有一些混凝土工程应用引气剂后达不到预期效果,甚至出现工程事故,这种现象与引气剂的应用技术掌握有密切的关系。

1.引气剂的掺量

这是应用引气剂的关键。因为它会直接影响到混凝土的含气量,过量的引气不但会影响混凝土强度,还会加大混凝土收缩变形,所以掺量必须严格控制。除引气剂的掺量外,下列因素也会影响混凝土的含气量:

水泥细度:磨细的水泥比较粗的水泥引入气泡小。

集料细度:在细集料中特细的成分比例高,含气量会降低。

混合料:掺粉煤灰或矿渣或使用矿渣、火山灰水泥含气量要降低,因为这些材料有一定含碳量,而碳有一定的抑气作用,因此当应用这些材料时,引气剂的掺量要成倍增加。

水泥中的碱含量:碱含量越高,引气量越小。

砂率:含气量随砂率的减小而降低。

水泥用量:贫混凝土比富混凝土含气量高。

水灰比:低水灰比的混凝土比高水灰比的含气量小。

施工温度:施工温度每高出10℃,含气量减少20-30%。

其它外加剂的影响:由于一些外加剂与引气剂的相互作用或抑制作用,会影响引气剂的含气量,如引气剂与木钙同掺,含气量会减少,而氯化钙却不影响引气效果。

施工方式的影响:一般情况下,泵送混凝土施工含气量会降低。

此外,拌合用水的硬度(如含钙镁较多)也会降低含气量,运送距离也会对混凝土含气量有一定影响。

考虑到上述影响混凝土含气量的因素才能正确确定引气剂的掺量。

2.引气剂的气泡性能及品种选择

引气剂气泡性能会直接影响到使用效果。细密,泡径较小,气泡间隔系数小而稳定的气泡使用效果好。粗大不稳定的气泡对混凝土强度影响大,用于预拌混凝土还会加快混凝土坍落度经时损失,所配制的混凝土抗渗抗冻性能也不佳。笔者近期曾对比测试了多种国产引气剂产品,发现上海同济大学研制的SJ-21引气剂,中国水利水电科学研究所研制的801引气剂,江都宏海厂研制的JDU引气剂都有较好的气泡性能,应用技术效果远远高于常用的松香热聚物引气剂,正确选择引气剂品种才能达到最佳应用效果。下表为几种不同引气剂用于C40混凝土中性能的测试结果:

 

编号

外加剂品种掺量

减水率

%

含气量

%

坍 落 度CM

28天抗压强度比%

起始

60min

松香热聚物0.007%

6

4

19

10

96

JDU0.012

9.5

4

20.5

19.5

107

SJ-210.02%

8.5

4

19

19

105

注:三种引气剂坍落度为同掺0.05%缓凝剂测试结果

从上表可以看出,松香热聚物引气剂的保塑性能较差,28天抗压强度也低于JDU及SJ-21引气剂,由于JDU是粉状产品,也易溶解,适用范围更广。

3.引气剂的掺加方法

大部分引气剂掺量极少,一般都为十万分之几或者万分之几,50kg水泥掺量只有数克,在混凝土中不易搅拌均匀,因此最好化水掺用,也可先与其它外加剂复合后再掺用,以保证在应用中搅拌均匀。许多松香热聚物引气剂是晶体物,需在碱性水中加热溶化方可掺用

4.掺引气剂混凝土的搅拌及施工震捣

掺引气剂混凝土采用机械搅拌与人工搅拌,对含气量影响较大。特别是引气剂掺量较低时,人工搅拌含气量会减少50%,搅拌越剧烈,含气量越高。

混凝土采用低频震捣时对含气量影响较小,而采用高频震捣或震捣时间较长,含气量下降越多,因此对采用引气剂达到某些性能的混凝土应采用低频震捣并适当控制震捣时间。

四.引气剂或引气减水剂的检测

我国混凝土外加剂标准中虽然早就规定了引气剂的检测标准和方法,但是由于引气剂一般都与减水剂或高效减水剂复合使用,施工检测大部分以水泥净浆流动度来判定掺引气剂混凝土性能,实践证明这是很不准确的。

水泥净浆中掺入减水剂后,由于其塑化分散作用水泥净浆流动性会有较大增加。引气剂虽然有一定减水作用,由于引气剂的掺入水泥浆稠度也会迅速提高,较稠的水泥浆不能在玻璃板上流动,故测试结果较差。

试验表明,引气剂或引气减水剂用于混凝土或水泥砂浆中对砂浆或混凝土流动性不利影响较小,特别是用于贫混凝土中,效果更佳。因此引气剂或引气减水剂的应用效果应用水泥砂浆或直接用混凝土来检测比较准确。

综上所述,引气剂的应用技术并不复杂,主要是选用较好的产品,严格控制掺量,全面考虑各种因素对含气量的影响,定能取得最佳技术经济效益。

[参考文献]

[1]卢璋 吴佩刚 顾德珍著“混凝土外加剂概论”

清华大学出版社

[2]尤启俊 于冬勋著“JDU引气剂的研究与应用”

“广东建材”2001.1