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混凝土外加劑技術大全

  1引言


  20世紀30年代,引氣劑的偶然發現是最重要的技術進步之一。引氣劑是混凝土中使用得最早的外加劑,它能使混凝土或砂漿攪拌過程中引入大量均勻分布並且封閉微小的氣泡。美國於1937年開始研究引氣劑,首創了鬆香樹脂酸類引氣劑——“文沙”(Vinsol)樹脂,它是製作木鬆香過程中的副產品。日本於20世紀40年代引進加氣混凝土技術,並於1966—1975年期間製定了引氣劑的標準規範。我國是從50年代開始引氣劑的研究,生產鬆香熱聚物和鬆香皂。隨著混凝土技術發展的需要,特別是引進國外施工設備和國外工程公司進入我國施工市場,引氣劑得到廣泛重視。除了改善混凝土凍融耐久性,加入引氣劑還可以提高其工作性,增加了混凝土的泵送性。在倡導綠色建築的今天,高性能混凝土(HPC)是混凝土的發展方向,因此需要優質引氣劑來改善混凝土的性能和耐久性。


  2引氣劑的種類及作用機理


  2.1引氣劑的種類


  引氣劑是一種表麵活性劑,圖1是典型的引氣劑化學式。表麵活性劑由長鏈分子組成,一端是對水有很強吸引力的親水基,另一端是對水沒有吸引力的疏水基。基於親水分子的性質,表麵活性劑可分為陰離子、陽離子、非離子型和兩性分子等類型。工程中應用的引氣劑大部分屬於陰離子型,如鬆香皂、十二烷基硫酸鹽類、烷基磺酸鹽、三萜皂甙、鬆香熱聚物、JDU多功能引氣劑等等。在混凝土領域中,根據生產原料,引氣劑可分為以下幾種:


  (1)鬆香類引氣劑


  通過各種不同工藝對鬆香進行改性得到的鬆香衍生物,根據不同的改性方法可分為鬆香皂類和鬆香熱聚物類引氣劑。


  (2)烷基苯磺酸鹽類引氣劑


  一般是烷基苯用濃硫酸、發煙硫酸或液體三氧化硫作為磺化劑而製得的產品,主要有烷基苯磺酸鈉和烷基硫酸鈉。


  (3)皂普類引氣劑


  最初是從多年生喬木皂莢樹的果實皂角或皂莢中提取出來的,辛辣刺鼻的物質,其主要成分為三萜皂甙,引氣性能較佳。


  (4)脂肪醇磺酸鹽類引氣劑


  主要有脂肪醇聚氧乙烯醚、脂肪醇聚氧乙烯磺酸鈉和脂肪醇硫酸鈉等。其中脂肪醇聚氧乙烯醚簡稱醇醚,是非離子型表麵活性劑中發展較快、用量較大的品種。


  (5)其他


  主要有蛋白質添加劑、使用過的機油、石油磺酸鹽和一些具有較強引氣功能的減水劑等。其中引氣減水劑主要有改性木質素磺酸鹽和聚烷基芳基磺酸鹽。


  2.2引氣劑的作用機理


  Leara解釋了引氣劑引入氣泡的機理:在水-空氣界麵上,親水基指向水中;在水泥-水界麵上,親水基吸附在水泥或其水化粒子表麵,而憎水基指向水中,導致水泥界麵憎水,形成憎水性的吸附層。引氣劑在水-空氣界麵上的吸附作用,降低了水的表麵張力,促進了氣泡的形成。


  不同引氣劑的分子結構不同,其起泡性和穩泡性存在差異,影響起泡性能的主要因素主要有表麵張力、表麵電荷、表麵粘度以及氣體的透過性。大部分引氣劑均為陰離子表麵活性劑,存在憎水基團和親水基團,在混凝土水泥-水-氣組成的界麵上,憎水基向空氣一麵定向吸附,親水基與水泥顆粒和水化粒子相吸附,在水泥顆粒及其水化粒子表麵上形成憎水化吸附層,這種吸附層在憎水基的作用下力圖靠近空氣表麵,引氣劑在這種多重界麵上的吸附作用顯著降低了水的表麵張力,使在攪拌過程中混凝土能引入大量的氣泡,且這些氣泡帶有相同的電荷、相互排斥,因此這些氣泡能均勻分布。


  研究發現,在混凝土中加入其他表麵活性劑也可以引入大量氣泡,然而,引入的氣泡必須要有足夠長的壽命周期,才能發揮作用。但是在運輸和澆築過程中,許多氣泡破裂,混凝土的含氣量下降。因此,提高混凝土中鈣鹽的含量,引氣劑會使鈣鹽產生沉澱並吸附在氣泡的液膜表麵,增加了氣泡膜的厚度,有效防止了氣泡的破滅,提高了氣泡的穩定性。


混凝土外加劑


  3引氣劑對混凝土性能的影響


  3.1引氣劑對混凝土工作性能的影響


  加入引氣劑後,在混凝土漿體中產生大量微小氣泡,混凝土的粘度降低。此外,這些氣泡減小了骨料顆粒之間的摩擦,使混凝土和易性得到較大程度的改善在保持水灰比不變的情況下,加入引氣劑可以增加混凝土的坍落度,一般認為,含氣量增加1%,混凝土的坍落度增加10mm。同時,引氣劑還有減水的作用,在用水懂不變的情況下,可以提高其流動性。在水泥用量低的大體積混凝土工程添加引氣劑,在混凝土中引入4%~8%的含氣量,以保證混凝土澆築所需的工作性。


  3.2引氣劑對混凝土力學性能的影響


  3.2.1引氣劑對混凝土抗壓強度的影響


  強度是混凝土結構設計的重要指標,一般認為,引氣劑的加入會降低混凝土的抗壓強度,含氣量每增加1%,抗壓強度降低4%~6%,製約著引氣劑在我國的使用。引氣導致的強度損失不僅取決於混凝土拌合物的水灰比,也取決於水泥用量。對於水泥用量高的高強混凝土,抗壓強度會隨著引氣量的增大而損失較大;然而,對於水泥用量較低的低強混凝土而言,抗壓強度隨著引氣量的增大而損失很小,當水泥用量低於某一值時,抗壓強度還有可能有所提高。


  除此之外,引氣劑的種類和摻入量對混凝土的抗壓強度也有很大的影響。高輝等對比研究了烷基磺酸鹽類引氣劑(用a表示)和sJ三萜皂甙引氣劑(用B表示)對混凝土抗壓強度的影響。結果表明,摻加B類引氣劑抗壓強度損失量較小。歐陽新平等研究了在引氣劑用量不同時,混凝土抗壓強度的變化。結果表明:當引氣劑用量從0增加到0.0024%時,抗壓強度提高;當引氣劑用量從0.0024%增加到0.0056%時,抗壓強度降低;當引氣劑用量大於0.0056%時,抗壓強度並沒有顯著變化。


  3.2.2引氣劑對混凝土抗折強度的影響


  加入引氣劑後,引入的氣泡黏結著固體顆粒可以減小其下沉的趨勢,從而降低了新拌混凝土的離析和泌水,改善混凝土的界麵特性,降低硬化混凝土內部的微裂紋數量,特別是對C70以上的高強度混凝土而言,能夠使混凝土的抗折強度的損失得以補償王稷良等研究表明,烷基苯磺酸鹽類和皂甙類引氣劑對混凝土抗折強度沒有明顯的影響,後者還略有增加。例如在道路混凝土中加入引氣劑,可以提高混凝土的抗折強度。


  4新型高性能引氣劑的研究與應用


  目前市場上常見的引氣劑存在溶解性差,工程推廣應用受到限製。隨著混凝土技術的發展,研究和開發性能優異及複配相容性好的高性能引氣劑具有極其重要的意義國內已經開發了多種新型引氣劑,如在上個世紀林永達研製出了RSF和CJ4兩種新型引氣劑,兩者均可使混凝土的抗凍融能力提高12倍以上。其中,CJ4引氣劑具有冷溶的特點,其性能指標均達到國內先進水平。CJ4引氣劑在湖北清江高壩洲水利工程中得到應用,取得了令人滿意的效果。


  5結論與展望


  引氣劑對混凝土的影響主要包括提高和易性、提高抗凍融耐久性、抗滲性能增強、抗碳化和氯離子滲透能力也有所提高。隨著高性能混凝土及超高性能混凝土的發展,引氣劑的應用會更加廣泛。高性能引氣劑正逐漸成為今後研究的熱點,重點解決引氣劑和其他外加劑相容的問題,並製定相應的標準規範。

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