丙烯酸环氧酯树脂合成混凝土引气剂性能及应用

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摘要:针对水工混凝土抗冻耐久性需要，采用丙烯酸、环氧树脂为主要原料合成一种新型混凝土引气剂:丙烯酸环氧酯树脂合成型混凝土引气剂，通过对其结构性能分析、混凝土性能指标及抗冻耐久性等性能指标检验，丙烯酸环氧酯树脂合成型混凝土引气剂的各项指标均达到GB8076 - 1997 中的各项标准要求。

关键词:引气剂；丙烯酸环氧脂；抗冻耐久性；混凝土性能

1 　合成

丙烯酸环氧树脂合成型混凝土引气剂简称SB - G混凝土引气剂采用丙烯酸、环氧树脂为原料合成丙烯酸环氧酯树脂，然后辅以其它化工原料通过化学、物理方法改性，以满足其分散性、引气性、气泡稳定性等性能需要，最后得到棕褐色SB - G混凝土引气剂的液体产品，其工艺流程简图如下：

2 　SB - G混凝土引气剂的结构性能分析

引气剂是一类表面活性物质，引气剂按分子结构可分为离子和非离子型，引气剂的作用是当引气剂形成吸附层后，相当于形成一个膜层，由于引气剂分子间的引力使膜层有一定的强度，再加上引气剂分子的水化作用，使形成膜层更为加厚，使气泡的合并变难，起到了稳固保护泡膜的作用；一般说来，加有引气剂的水溶液表面张力降低越多，其气泡性越大， 但表面张力的降低与引气剂性能之间并完全是平行关系，其原因可能是由于表面张力测定是在静止状态下进行的，而起泡过程(包括混凝土拌合过程) 则是在搅动扩张、蒸发等过程中发生，两者的状态是不同的，溶解度低的引气剂，其起泡速度慢而持久，泡沫结构致密，泡径较小较粘，这与难溶引气剂气非极性部分分子量比较大有关，因它在气～液界面形成的吸附层的单层厚度大，定向排列时分子间作用力大，致使泡沫韧性大、寿命长。

根据SB - G混凝土引气剂的物化指标和红外光谱分析比较结果，SB - G混凝土引气剂中主要组份仍保持着原有的丙烯酸环氧脂的长链结构，经改性处理后分子主链上的部分憎水基团改变为亲水基团，因基团性能的改变，使得其溶于水后降低了溶液的界面张力，用外力搅动溶液就会产生大量起泡(泡沫) ，而SB - G混凝土引气剂分子仍保持这长链大分子结构，有助于提高气泡的弹性和强度，有利于气泡保持相对稳定而不破坏，进而使其发挥着即引气又能增加起泡稳定性的双重作用。

2.1 　SB - G混凝土引气剂混凝土性能试验

2.1.1 　SB - G混凝土性能指标检验

SB - G混凝土引气剂在混凝土中的掺量为水泥重量的0.04 %～0.08 %(以固体含计) ，0.05 %为推荐用量，委托黑龙江省建筑材料产品质量监督检验二站，按GB8076 - 1997 ，对SB - G混凝土引气剂混凝土进行料减水率、泌水率、含气量、凝结时间、强度比、收缩率比、相对耐久性指标等性能检验，检验结果表明(见表2) ，混凝土引气剂的各项指标符合GB8076 - 1997 中的各项标准要求，并满足一等品要求。

2.2 　SB - G引气剂硬化混凝土气孔结构分析

混凝土的抗冻性主要决定于其气泡结构。混凝土的孔大致可以分为凝胶孔、毛细孔和气泡。凝胶孔是水泥水化形成的水泥凝胶内部的孔隙，孔径小，凝胶水的冰点很低，一般低温下不冻结。因此可以认为凝胶孔对抗冻性影响很小。毛细孔是没有被水化物充填的有害孔，毛细孔水的冻害的主要根源。气泡是指在拌合混凝土时混入的空气，成型过程中不能完全排出，引气剂是表面活性物质，搅拌时能引入大量的气泡，所引的气泡结构，即气泡直径及其分布状态的不同将对混凝土强度、抗冻性和耐久性产生程度不同的影响。为此，对掺SB - G混凝土和空白混凝土的气孔结构进行了分析研究，试验结果(见表3) 表明SB - G引气剂气孔分布均匀，引入的气泡是微细、独立的球形泡，其直径90 %以上在10～50um 之间，气泡稳定，泡膜厚度较大，掺入混凝土中能缓和冻害，起“蓄水池”和“卸压阀”的作用，能显著提高混凝土的抗冻耐久性。

表中：Ab 为新拌混凝土含水含气量；Ar 为硬化混凝土含气量；N 为全导线所切割的气泡总个数； ∑I 为全导线所切割的气泡弦长总和(mm) ；工为气泡平均弦长(mm) ；a 为气泡比表面积(cm2 / cm3 ) ；y 为气泡平均半径(mm) ；Hy 为1cm 混凝土中的气泡个数；L 为气泡间距系数(mm) ；J - 0 为未掺SB - G 空白混凝土；H - 1 为SB - G掺量2/ 万；H - 2 为SB - G掺量5/ 万。

3 　应用实例

3.1 　在渠道桥剥蚀处理上的应用

富裕灌区建筑队物都处于寒区，运行30a 来受到冻融剥蚀破坏，很多建筑物难以发挥其工程效能，如果不进行维修将危胁工程的运行安全。SB - G混凝土引气剂能够有效降低混凝土的水灰比，加入以后形成气泡稳定泡膜厚度较大，显著提高混凝土的抗冻耐久性。富裕灌区50 及64km 桥，处于冻胀范围内的桥桩表面受冻融破坏，表面20cm 厚度已被破坏，钢筋裸露，采用SB - G混凝土引气剂为外加剂的混凝土进行剥蚀处理，引气剂掺入量为水泥量的0105 %。首先在桥桩剥蚀部位外侧置挂钢丝网，内部填充加入引气剂的细粒混凝土。钢丝网外侧用加入引气剂的混凝土砂浆抹面。桥桩剥蚀处理于2002 年完成，已经历4 次冻融循环，至今仍表面光滑平整， 用回弹仪测试，强度没有显著变化，证明引气剂大幅度提高了混凝土的强度，所以SB - G混凝土引气剂有广泛的应用前景。

4 　结论

(1) SB - G引气剂是采用纯净的化工原料合成的产品，能够保证引气剂的本身性能(如起泡性、泡膜厚度、韧性、稳定性以及有效组分或官能团的比例等) 的稳定，保证了引气剂的质量。

(2) 通过对该产品进行混凝土物理力学及抗冻耐久性等性能试验研究，表明该引气剂产品的各项指标均能达到GB - 8076 - 1997《混凝土外加剂》标准的各项指标要求。

(3) SB - G引气剂气孔分布均匀，引入的气泡是微细、独立的球形泡，其直径90 %以上在10～250μm 之间，气泡稳定， 分布比较均匀，泡膜厚度较大，掺入混凝土中能显著提高混凝土的抗冻耐久性。

(4) 应用表明，较之普通混凝土抗冻融破坏能力显著提高。

参考文献:

[1 ] 　吴绍章，胡玉初1 水工混凝土外加剂选择与应用[M]1 北京:水利电力出版社，1990

[2 ] 　张冠伦1 混凝土外加剂原理与应用[M]1 北京:中国建筑工业出版社，1989

[3 ] 　姜淑芳，邢伯均1 有机化学反应机理[M]1 哈尔滨:黑龙江省科学技术出版社，1994

[作者简介]王忠义(1965 - ) ，男，黑龙江富裕人，助理工程师；王巍(1963 - ) ，女，黑龙江齐齐哈尔人，工程师。