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混凝土外加剂技术大全
发表时间:2020-09-01     阅读次数:     字体:【

  1引言

  20世纪30年代,引气剂的偶然发现是最重要的技术进步之一。引气剂是混凝土中使用得最早的外加剂,它能使混凝土或砂浆搅拌过程中引入大量均匀分布并且封闭微小的气泡。美国于1937年开始研究引气剂,首创了松香树脂酸类引气剂——“文沙”(Vinsol)树脂,它是制作木松香过程中的副产品。日本于20世纪40年代引进加气混凝土技术,并于1966—1975年期间制定了引气剂的标准规范。我国是从50年代开始引气剂的研究,生产松香热聚物和松香皂。随着混凝土技术发展的需要,特别是引进国外施工设备和国外工程公司进入我国施工市场,引气剂得到广泛重视。除了改善混凝土冻融耐久性,加入引气剂还可以提高其工作性,增加了混凝土的泵送性。在倡导绿色建筑的今天,高性能混凝土(HPC)是混凝土的发展方向,因此需要优质引气剂来改善混凝土的性能和耐久性。


  2引气剂的种类及作用机理

  2.1引气剂的种类

  引气剂是一种表面活性剂,图1是典型的引气剂化学式。表面活性剂由长链分子组成,一端是对水有很强吸引力的亲水基,另一端是对水没有吸引力的疏水基。基于亲水分子的性质,表面活性剂可分为阴离子、阳离子、非离子型和两性分子等类型。工程中应用的引气剂大部分属于阴离子型,如松香皂、十二烷基硫酸盐类、烷基磺酸盐、三萜皂甙、松香热聚物、JDU多功能引气剂等等。在混凝土领域中,根据生产原料,引气剂可分为以下几种:

  (1)松香类引气剂

  通过各种不同工艺对松香进行改性得到的松香衍生物,根据不同的改性方法可分为松香皂类和松香热聚物类引气剂。

  (2)烷基苯磺酸盐类引气剂

  一般是烷基苯用浓硫酸、发烟硫酸或液体三氧化硫作为磺化剂而制得的产品,主要有烷基苯磺酸钠和烷基硫酸钠。

  (3)皂普类引气剂

  最初是从多年生乔木皂荚树的果实皂角或皂荚中提取出来的,辛辣刺鼻的物质,其主要成分为三萜皂甙,引气性能较佳。

  (4)脂肪醇磺酸盐类引气剂

  主要有脂肪醇聚氧乙烯醚、脂肪醇聚氧乙烯磺酸钠和脂肪醇硫酸钠等。其中脂肪醇聚氧乙烯醚简称醇醚,是非离子型表面活性剂中发展较快、用量较大的品种。

  (5)其他

  主要有蛋白质添加剂、使用过的机油、石油磺酸盐和一些具有较强引气功能的减水剂等。其中引气减水剂主要有改性木质素磺酸盐和聚烷基芳基磺酸盐。

  2.2引气剂的作用机理

  Leara解释了引气剂引入气泡的机理:在水-空气界面上,亲水基指向水中;在水泥-水界面上,亲水基吸附在水泥或其水化粒子表面,而憎水基指向水中,导致水泥界面憎水,形成憎水性的吸附层。引气剂在水-空气界面上的吸附作用,降低了水的表面张力,促进了气泡的形成。

  不同引气剂的分子结构不同,其起泡性和稳泡性存在差异,影响起泡性能的主要因素主要有表面张力、表面电荷、表面粘度以及气体的透过性。大部分引气剂均为阴离子表面活性剂,存在憎水基团和亲水基团,在混凝土水泥-水-气组成的界面上,憎水基向空气一面定向吸附,亲水基与水泥颗粒和水化粒子相吸附,在水泥颗粒及其水化粒子表面上形成憎水化吸附层,这种吸附层在憎水基的作用下力图靠近空气表面,引气剂在这种多重界面上的吸附作用显著降低了水的表面张力,使在搅拌过程中混凝土能引入大量的气泡,且这些气泡带有相同的电荷、相互排斥,因此这些气泡能均勻分布。

  研究发现,在混凝土中加入其他表面活性剂也可以引入大量气泡,然而,引入的气泡必须要有足够长的寿命周期,才能发挥作用。但是在运输和浇筑过程中,许多气泡破裂,混凝土的含气量下降。因此,提高混凝土中钙盐的含量,引气剂会使钙盐产生沉淀并吸附在气泡的液膜表面,增加了气泡膜的厚度,有效防止了气泡的破灭,提高了气泡的稳定性。



  3引气剂对混凝土性能的影响

  3.1引气剂对混凝土工作性能的影响

  加入引气剂后,在混凝土浆体中产生大量微小气泡,混凝土的粘度降低。此外,这些气泡减小了骨料颗粒之间的摩擦,使混凝土和易性得到较大程度的改善在保持水灰比不变的情况下,加入引气剂可以增加混凝土的坍落度,一般认为,含气量增加1%,混凝土的坍落度增加10mm。同时,引气剂还有减水的作用,在用水懂不变的情况下,可以提高其流动性。在水泥用量低的大体积混凝土工程添加引气剂,在混凝土中引入4%~8%的含气量,以保证混凝土浇筑所需的工作性。

  3.2引气剂对混凝土力学性能的影响

  3.2.1引气剂对混凝土抗压强度的影响

  强度是混凝土结构设计的重要指标,一般认为,引气剂的加入会降低混凝土的抗压强度,含气量每增加1%,抗压强度降低4%~6%,制约着引气剂在我国的使用。引气导致的强度损失不仅取决于混凝土拌合物的水灰比,也取决于水泥用量。对于水泥用量高的高强混凝土,抗压强度会随着引气量的增大而损失较大;然而,对于水泥用量较低的低强混凝土而言,抗压强度随着引气量的增大而损失很小,当水泥用量低于某一值时,抗压强度还有可能有所提高。

  除此之外,引气剂的种类和掺入量对混凝土的抗压强度也有很大的影响。高辉等对比研究了烷基磺酸盐类引气剂(用a表示)和sJ三萜皂甙引气剂(用B表示)对混凝土抗压强度的影响。结果表明,掺加B类引气剂抗压强度损失量较小。欧阳新平等研究了在引气剂用量不同时,混凝土抗压强度的变化。结果表明:当引气剂用量从0增加到0.0024%时,抗压强度提高;当引气剂用量从0.0024%增加到0.0056%时,抗压强度降低;当引气剂用量大于0.0056%时,抗压强度并没有显著变化。

  3.2.2引气剂对混凝土抗折强度的影响

  加入引气剂后,引入的气泡黏结着固体颗粒可以减小其下沉的趋势,从而降低了新拌混凝土的离析和泌水,改善混凝土的界面特性,降低硬化混凝土内部的微裂纹数量,特别是对C70以上的高强度混凝土而言,能够使混凝土的抗折强度的损失得以补偿王稷良等研究表明,烷基苯磺酸盐类和皂甙类引气剂对混凝土抗折强度没有明显的影响,后者还略有增加。例如在道路混凝土中加入引气剂,可以提高混凝土的抗折强度。


  4新型高性能引气剂的研究与应用

  目前市场上常见的引气剂存在溶解性差,工程推广应用受到限制。随着混凝土技术的发展,研究和开发性能优异及复配相容性好的高性能引气剂具有极其重要的意义国内已经开发了多种新型引气剂,如在上个世纪林永达研制出了RSF和CJ4两种新型引气剂,两者均可使混凝土的抗冻融能力提高12倍以上。其中,CJ4引气剂具有冷溶的特点,其性能指标均达到国内先进水平。CJ4引气剂在湖北清江高坝洲水利工程中得到应用,取得了令人满意的效果。


  5结论与展望

  引气剂对混凝土的影响主要包括提高和易性、提高抗冻融耐久性、抗渗性能增强、抗碳化和氯离子渗透能力也有所提高。随着高性能混凝土及超高性能混凝土的发展,引气剂的应用会更加广泛。高性能引气剂正逐渐成为今后研究的热点,重点解决引气剂和其他外加剂相容的问题,并制定相应的标准规范。

 
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