“先消后引”工藝控制聚羧酸減水劑氣泡質量的試驗研究

摘　要:依次使用消泡劑和引氣劑對聚羧酸減水劑進行處理,使所生產(chǎn)的混凝土的孔結構質量得以提高,含氣量得到控制,達到了預期效果。

關鍵詞:高性能混凝土;孔結構;消泡劑;引氣劑

中圖分類號: TU 528. 042　　　文獻標識碼:A

引言

　　人們通過多年來的試驗研究,發(fā)現(xiàn)適當控制混凝土的含氣量和孔結構對混凝土性能具有顯著的改善作用,例如能提高混凝土的抗凍性、抗?jié)B性、均質性,改善混凝土的流變性以及增強混凝土的體積穩(wěn)定性等。對混凝土的含氣量和孔結構進行質量控制,已經(jīng)成為配制高性能混凝土的一項重要技術。

　　在混凝土結構中,并非所有的氣泡都是有益的,一般認為泡徑小( 10～100 μm) 、分布均勻、構造穩(wěn)定的氣泡是有益的氣泡;反之,泡徑大且尺寸不一、不均勻、不穩(wěn)定的氣泡就是有害氣泡。消、引氣技術就是通過調(diào)節(jié)混凝土內(nèi)部的孔結構(即氣泡)數(shù)量和質量,從而達到改善混凝土某些性能的一項施工技術。我們在參考國內(nèi)外一些常用做法的基礎上,采用“先消后引”技術對聚羧酸減水劑進行處理,取得了明顯的效果。

1　消引氣技術的工作機理

　　對于常用的聚羧酸減水劑來講,由于其組成的復雜性(為族產(chǎn)品) ,其自身含氣量并不是固定值,而是一個變動范圍很大的不定值。例如我們通過對國內(nèi)外5種聚羧酸減水劑樣品在標準狀態(tài)下所進行的含氣量測定,其最大值為7. 2 %,最小值為2. 3 %。很顯然,如此大的一個變動范圍對于一些重要的工程是無法接受的。例如水利工程要求混凝土含氣量為4. 0 % ～6. 0 %,高速鐵路要求混凝土含氣量為4. 5 %～6. 5 %,建筑工程要求混凝土的含氣量為3. 0 %～4. 5 %等。這時,只有采用消氣和引氣相結合的技術來控制混凝土的含氣量和氣泡質量,才能達到預期的目的。所謂“先消后引”,就是依次使用消泡劑和引氣劑對聚羧酸減水劑進行預處理,消除混凝土中泡徑偏大、泡型不良的劣質氣泡,并引入泡徑較小、數(shù)量較多、分布均勻的氣泡,以使混凝土氣泡質量達到某種最佳狀態(tài),強度與工作性能獲得改善。

2　試驗過程

2. 1　試驗方法

　　設計了3種不同組分的混凝土,第1 組(試樣A)僅使用普通的聚羧酸減水劑,不復配任何引(消)氣組分;第2組(試樣B)在聚羧酸減水劑中直接摻加消氣組分組成新的產(chǎn)品;第3組(試樣C)先在聚羧酸減水劑中摻加消氣組分,再摻加引氣組分組成新的產(chǎn)品。對于這3種不同組分的混凝土,分別按照鐵道部《鐵路客運專線高性能混凝土技術條件》(科技基[ 2005 ]101號)檢驗其性能,并分析比較了加入消氣劑及引氣劑后的效果。同時分別制作7d水泥凈漿切片的100倍數(shù)碼電鏡圖像,從微觀結構方面分析了混凝土內(nèi)的氣泡情況。

2. 2　試驗材料

　　(1)水泥: 試驗所用水泥的物理力學性能見表1。

表1　試驗用水泥的物理力學性能

　　(2)細骨料:采用山西忻州河砂,細度模數(shù)2. 7,Ⅱ區(qū),含泥量< 1. 7 %,泥塊含量< 0. 6 %。

　　(3)粗骨料:采用太原北郊碎石, 2級顆粒級配組成,其中粒徑5～10 mm的占40 % , 10～20 mm的占60 % ,表觀密度2 550 kg/m3 ,含泥量< 0. 4 %,泥塊含量< 0. 1 %。

　　(4)聚羧酸減水劑:采用山西某化工有限公司生產(chǎn)的聚羧酸高性能減水劑,摻量為0. 80 % ,其主要技術指標見表2。

表2　聚羧酸減水劑的性能指標

　　(5)消泡劑:采用日本觸媒株式會社生產(chǎn)的醚類消泡劑。

2. 3　試驗結果

　　試驗采用GB 1076—1997《混凝土外加劑》和鐵道部《鐵路客運專線高性能混凝土技術條件》(科技基[ 2005 ]101號) ,對3種試樣的含氣量、減水率、泌水率比、抗壓強度比、相對耐久性等5項指標進行了檢測,結果見表3。

表3　不同混凝土試樣的微觀狀態(tài)及性能對比

2. 4　試驗結果分析

　　由表3試驗結果分析,在僅使用減水劑的混凝土中加入消泡劑(試樣B) ,混凝土含氣量降低61 %,減水率降低4. 0 %,泌水率增大67 % ,抗壓強度平均增加5. 0 % , 200次快速凍融動彈模下降1. 2 % ,說明消氣劑具有明顯的消氣作用。但由于動彈模下降4. 9 % ,說明消氣劑在消除劣質氣泡的同時,可能也消除了部分正常氣泡,這與我們理論上的分析基本是一致的。而在加入消泡劑后再加入引氣劑(試樣C) ,混凝土的含氣量增加96 %,減水率提高21 %,泌水率降至零,抗壓強度平均提高14. 7 %, 200次快速凍融動彈模提高15. 6 %,說明采用“先引后消”工藝處理聚羧酸減水劑,在提高混凝土的綜合性能方面發(fā)揮了顯著作用。減水率和動彈模兩項指標的提高,說明對氣泡的總體質量有所改善;而泌水降低至零,則說明均勻的氣孔結構對提高保水性具有一定作用。

3　氣泡顯微分析

　　分別制作A、B、C共3個水泥凈漿試樣,對應空白聚羧酸減水劑、摻入消泡劑、摻入消泡劑后再摻引氣劑3種情況,在7 d齡期進行切片拋光,用100倍數(shù)碼顯微鏡進行電鏡圖像采集。3種試樣的圖像對比如圖1所示。圖像上出現(xiàn)的斜痕是拋光所致。

圖1　水泥凈漿試樣的電鏡圖像對比

　　由圖1可以看出,試樣A孔結構的典型尺寸為200μm左右,呈不規(guī)則形狀,分布不均勻,孔結構之間多有連通;試樣B孔結構的典型尺寸為20μm左右,基本呈規(guī)則圓形,分布基本均勻,孔結構之間沒有連通;試樣C孔結構的典型尺寸為100μm左右,基本呈規(guī)則圓形或橢圓形(圖像圓孔因拋光導致有所變形) ,分布基本均勻,孔結構之間沒有連通。

　　以上現(xiàn)象可以這樣認為: ①未添加消泡劑、引氣劑的試樣A的孔結構基本上可以視為劣質氣泡,在宏觀上表現(xiàn)為泌水量大、含氣量大、抗壓強度較低;②經(jīng)過消氣的試樣B大尺寸氣泡基本被消除,但含氣量明顯不足,減水率下降,特別是快速凍融動彈模明顯降低; ③先消氣、后引氣的試樣C含氣量比較適中,減水率較高,沒有泌水,抗壓強度最高,特別是相對耐久性指標明顯提高。由此可以說明,采用“先消后引”工藝后水泥凈漿試樣的綜合性能達到了比較高的水平。

4　結論

　　4. 1　“先消后引”工藝適用于聚羧酸減水劑(原液)自然含氣量比較高、氣泡質量不良,以及重要結構要求含氣量恒定的情況、對混凝土抗凍性要求較高的情況等,它可以使混凝土的含氣量得到比較有效的控制,有利于全面提高混凝土的質量。

　　4. 2　使用消泡劑和引氣劑對聚羧酸減水劑進行處理后,應先做含氣量試驗,待符合預期要求后再投入實際使用,嚴禁不做任何試驗就將產(chǎn)品直接投入使用。

　　4. 3　當混凝土對含氣量控制的要求特別高時,應將消氣和引氣過程分開進行,即先將消泡劑加入聚羧酸減水劑中組成固定產(chǎn)品,到現(xiàn)場后投入攪拌機攪拌約10～20 s,然后再加入引氣劑繼續(xù)攪拌,這樣其使用效果更好。

　　4. 4　對于重要工程,必要時可在引氣后再加入穩(wěn)泡劑,其使用效果更佳,尤其適用于運輸距離較遠或存放時間較長的情況。

　　4. 5　“先消后引”工藝對施工組織要求比較嚴格,測試要求高,所以,應制訂嚴格的施工及檢測措施,嚴格按預定工藝組織生產(chǎn),以使“先消后引”工藝達到最佳的應用效果。

Pilot Research on the“Remov ing - and -add ing ”Technolog ica l Con trol over the

Qua lity of the A ir - cells in the PolycarboxylAc idWa ter - reducer

HAO Gang

　　(Construction & Installation Co. L td. , The RailwayConstruction Group of The Third Railway Bureau ofChina, Taiyuan, Shanxi, 030006, China)Abstract:By using antifoam agent and air - entrainingagent in turn to dispose polycarboxyl acid water -reducer, the quality of the aperture structure of concreteis imp roved, its air amount contained is controlled andthe expected effect is p roduced.

　　Key words: high performance concrete; aperturestructure; antifoam agent; air - entraining agent