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聚羧酸盐减水剂在混凝土中引入气泡质量的研究 |
| 时间：2019-08-02 21:46:02 |
摘要：采用将消泡剂和引气剂与聚羧酸盐减水剂进行复配的方法，研究了“先消后引”技术对水泥净浆\混凝土性能的影响。研究表明，“先消后引”技术不仅可以减少水泥净浆流动度损失，而且可以降低混凝土坍落度损失、改善和易性、泌水性，提高混凝土的抗压强度。
1、前言
商品混凝土已经基本取代了现场搅拌混凝土，但商品混凝土中大多使用减水剂，减水剂作为一种表面活性剂，会在混凝土中引入一些气泡[1]。而这些气泡并非所有都是有益的，一般认为泡径小、分布均匀、构造稳定的气泡是有益的气泡；反之，泡径大且尺寸不一、不均匀、不稳定的气泡就是有害气泡[1,2]。适当控制减水剂在混凝土中引入的这些气泡的数量和质量，可以使混凝土的抗渗性、耐久性得到大大的提高。
聚羧酸盐减水剂作为新型的高效减水剂，可以使混凝土的强度、和易性得到大大提高，但由于聚羧酸盐减水剂也会在混凝土中引入一些气泡，且引入的气泡含量和质量不稳定，有时反而会影响混凝土整体性能[2,3]。本文采用“先消后引”技术对聚羧酸盐减水剂进行处理，研究了经处理过的聚羧酸盐减水剂对水泥净浆和混凝土性能的影响。
2、试验过程
2.1原材料
水泥：P.O.32.5，苏州市金猫水泥厂；
细集料：河砂，细度模数为2.8；
粗集料：石子，级配为5—31.5mm；
减水剂：聚羧酸盐减水剂8H,含固量20%，弗克新型建材有限公司；
消泡剂：FK-6，弗克新型建材有限公司；
引气剂：松香类（三萜）,脂肪酸类1,脂肪酸类2,脂肪族硫酸盐（ST-405），国外的引气剂(FK-12)。
2.2 试验方法
本文设计了3种不同组分的水泥净浆和混凝土，第1组（试样A）仅使用聚羧酸盐减水剂8H，不复配其它外加剂；第2组（试样B）在聚羧酸盐减水剂8H中直接掺加消泡剂组成新的产品；第3组（试样C）先在聚羧酸盐减水剂中掺加消泡剂，再分别掺加五种不同的引气剂组成五种新的产品（C1、C2、C3、C4、C5）。对这3种不同组分的水泥净浆和混凝土，分别参照GB8077—2000《混凝土外加剂匀质性试验方法》、JC473-2001《混凝土泵送剂》、GBJ80《普通混凝土拌合物性能方法》、GBJ-81-85《普通混凝土基本力学性能试验标准方法》测定其净浆流动度和混凝土各项性能，并分析比较了加入消气剂及引气剂后的效果。
3、试验结果与分析
3.1“先消后引”技术对水泥净浆流动度的影响
首先按照GB8077—2000《混凝土外加剂匀质性试验方法》对水泥净浆进行了流动度损失检测，试验结果见表1。表中C1、C2、C3、C4、C5为试样C的不同品种，其中C1为掺引气剂三萜的新品种，C2为掺引气剂脂肪类1的新品种，C3为掺为掺引气剂脂肪类2的新品种，C4为掺引气剂ST-405的新品种，C5为掺引气剂FK-12的新品种。
表1 水泥净浆流动度试验结果
| 试验编号 |
掺量（%） |
初始流动度(mm) |
1小时流动度(mm) |
1h流动度损失率(%) |
用水量（g） |
| 8H |
FK-6 |
|
| A |
1 |
0 |
0 |
291 |
233 |
19.9 |
87 |
| B |
1 |
0. 01 |
0 |
267 |
230 |
13.9 |
87 |
| C1 |
1 |
0.01 |
0.02 |
319 |
298 |
6.29 |
87 |
| C2 |
1 |
0.01 |
0.02 |
285 |
221 |
22.5 |
87 |
| C3 |
1 |
0.01 |
0.02 |
292 |
237 |
18.9 |
87 |
| C4 |
1 |
0.01 |
0.02 |
292 |
221 |
24.7 |
87 |
| C5 |
1 |
0.01 |
0.02 |
299 |
237 |
20.7 |
87 |
由表1可知，掺入消泡剂FK-6（试样B），水泥净浆初始流动度只有267mm低于试样A的初始流动度，这是由于气泡具有滚珠效应，可以增加水泥净浆的初始流动性能[4] ，掺入消泡剂后消除了尺寸较大、不均匀的气泡，从而使其初始流动度降低。试样B的水泥净浆流动损失率相对于试样A而言降低了6%，只掺加聚羧酸盐减水剂的水泥净浆中存在较多的不均匀气泡，经过一段时间后气泡破灭消失，其流动度相应降低很多；而掺入经消泡剂处理的减水剂，消除了水泥净浆中尺寸不一、不均匀的气泡，使其气泡数量减少，经过一段时间后，水泥净浆中消失的气泡数量也很少，故而掺消泡剂后的净浆1h流动度损失比只掺聚羧酸盐减水剂的小。
从表1中可以看出，掺入5种引气剂（试样C）的水泥净浆流动度相对于试样B而言明显提高，其中C1的初始流动度达到319mm。但是C2、C3、C4和C5的1h净浆流动度损失率也相应有所升高。从图1中可以直观看到掺量相同，掺入引气剂三萜（C1）的1h水泥净浆流动度损失率是最小的，比只掺聚羧酸盐减水剂的试样A的流动度损失率降低了13.61%，也小于试样B的净浆流动度损失。这说明引气剂三萜所引气泡质量是很好的微小的、均匀的气泡，可以填充于水泥水化产物颗粒空隙中，减少了体系中自由水的蒸发，从而提高其净浆流动度，降低流动度损失。采用“先消后引”工艺可以改善水泥净浆性能。
3.2“先消后引”技术对混凝土性能的影响
参照相关标准对试样的混凝土坍落度损失、和易性、泌水性、含气量、抗压强度等指标进行检测，结果见2。
从表2的试验结果看出，试样B的初始坍落度只有200mm，比试样A小10mm，而1h坍落度试样B却比试样A高15mm。消泡剂在混凝土与在水泥净浆中的作用机理类似，所以掺入消泡剂后混凝土坍落度损失明显降低。试样C中掺不同引气剂对混凝土的坍落度的影响不同，从混凝土坍落度损失图2中同样可以发现不同的引气剂其混凝土坍落度损失程度也不同。其中试样C2、C3和C4混凝土坍落度损失比试样A的45.2%还高，C5的坍落度损失虽然小于试样A，但却高于试样B的。只有试样C1坍落度及其损失都与试样B一样，这可能是由于三萜与聚羧酸盐减水剂及消泡剂的化学相容性较好。这说明在选择引气剂时，要考虑不同外加剂之间的相容性问题，使用化学相容性较好的引气剂。
表2 混凝土相关性能试验结果
| 试验编号 |
掺量（%） |
初始坍落度（mm） |
1小时坍落度（mm） |
1h坍落度损失率（%） |
含气量（%） |
和易性改善 |
泌水现象 |
抗压强度（MPa） |
| 8H |
FK-6 |
消泡剂 |
7d |
28d |
| A |
1 |
0 |
0 |
210 |
115 |
45.2 |
7 |
较差 |
少泌 |
45.1 |
77.3 |
| B |
1 |
0. 01 |
0 |
200 |
130 |
35 |
2 |
较差 |
微泌 |
55.2 |
95.4 |
| C1 |
1 |
0.01 |
0.0002 |
200 |
130 |
35 |
2.3 |
较好 |
不泌 |
57.5 |
99.2 |
| C2 |
1 |
0.01 |
0.0002 |
200 |
100 |
50 |
3.1 |
较好 |
微泌 |
47.1 |
79.4 |
| C3 |
1 |
0.01 |
0.0002 |
215 |
90 |
58.14 |
2.1 |
较好 |
微泌 |
48.5 |
84.6 |
| C4 |
1 |
0.01 |
0.0002 |
220 |
65 |
70.45 |
3.4 |
较好 |
微泌 |
43.5 |
79.2 |
| C5 |
1 |
0.01 |
0.0002 |
220 |
130 |
40.91 |
2.5 |
较好 |
不泌 |
51.6 |
90.5 |
由表2试验结果分析，在仅使用聚羧酸盐减水剂的混凝土中加入消泡剂(试样B)，混凝土含气量由7% 降低至2 %，泌水现象有所改善，7d和28d的抗压强度都提高了，这表明消泡剂具有明显的消气作用。而在加入消泡剂后再加入引气剂(试样C)，混凝土的含气量比试样B有所增加，但都小于试样A的7％，和易性明显改善，7d和28d 的抗压强度相对于试样A都有所增强。尤其是掺加三萜引气剂的试样C1，混凝土的含气量相对于试样B增加15%，和易性较好，不泌水，7d 和28d 的抗压强度分别比试样B的抗压强度增加了2.3MPa、3.8MPa。这可能是由于引气剂引入了适量微小、均匀的气泡，使得混凝土内部结构致密化，从而增加了混凝土的抗压强度和抗渗性[6]。这表明采用“先消后引”工艺处理聚羧酸减水剂，在提高混凝土的综合性能方面发挥了显著作用。
4 结论
1、聚羧酸盐减水剂（原液）应用于混凝土时，自然含气量较高、气泡质量不良。“先消后引”技术可消除这种影响并在混凝土内部引入尺寸微小，封闭独立且分布均匀的气泡。该技术可应用于要求含气量恒定重要结构、对混凝土抗冻性要求较高的工程等，它可以使混凝土的含气量得到有效的控制，有利于全面提高混凝土的质量。
2、消泡剂掺入后可降低混凝土坍落度损失，增加混凝土抗压强度。
3、不同引气剂引起的“先消后引”技术效果不同，但对混凝土的性能都能得到一定的提高。
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