“先消后引”工艺控制聚羧酸减水剂气泡质量的试验研究

摘　要:依次使用消泡剂和引气剂对聚羧酸减水剂进行处理,使所生产的混凝土的孔结构质量得以提高,含气量得到控制,达到了预期效果。

关键词:高性能混凝土;孔结构;消泡剂;引气剂

中图分类号: TU 528. 042　　　文献标识码:A

引言

　　人们通过多年来的试验研究,发现适当控制混凝土的含气量和孔结构对混凝土性能具有显著的改善作用,例如能提高混凝土的抗冻性、抗渗性、均质性,改善混凝土的流变性以及增强混凝土的体积稳定性等。对混凝土的含气量和孔结构进行质量控制,已经成为配制高性能混凝土的一项重要技术。

　　在混凝土结构中,并非所有的气泡都是有益的,一般认为泡径小( 10～100 μm) 、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。消、引气技术就是通过调节混凝土内部的孔结构(即气泡)数量和质量,从而达到改善混凝土某些性能的一项施工技术。我们在参考国内外一些常用做法的基础上,采用“先消后引”技术对聚羧酸减水剂进行处理,取得了明显的效果。

1　消引气技术的工作机理

　　对于常用的聚羧酸减水剂来讲,由于其组成的复杂性(为族产品) ,其自身含气量并不是固定值,而是一个变动范围很大的不定值。例如我们通过对国内外5种聚羧酸减水剂样品在标准状态下所进行的含气量测定,其最大值为7. 2 %,最小值为2. 3 %。很显然,如此大的一个变动范围对于一些重要的工程是无法接受的。例如水利工程要求混凝土含气量为4. 0 % ～6. 0 %,高速铁路要求混凝土含气量为4. 5 %～6. 5 %,建筑工程要求混凝土的含气量为3. 0 %～4. 5 %等。这时,只有采用消气和引气相结合的技术来控制混凝土的含气量和气泡质量,才能达到预期的目的。所谓“先消后引”,就是依次使用消泡剂和引气剂对聚羧酸减水剂进行预处理,消除混凝土中泡径偏大、泡型不良的劣质气泡,并引入泡径较小、数量较多、分布均匀的气泡,以使混凝土气泡质量达到某种最佳状态,强度与工作性能获得改善。

2　试验过程

2. 1　试验方法

　　设计了3种不同组分的混凝土,第1 组(试样A)仅使用普通的聚羧酸减水剂,不复配任何引(消)气组分;第2组(试样B)在聚羧酸减水剂中直接掺加消气组分组成新的产品;第3组(试样C)先在聚羧酸减水剂中掺加消气组分,再掺加引气组分组成新的产品。对于这3种不同组分的混凝土,分别按照铁道部《铁路客运专线高性能混凝土技术条件》(科技基[ 2005 ]101号)检验其性能,并分析比较了加入消气剂及引气剂后的效果。同时分别制作7d水泥净浆切片的100倍数码电镜图像,从微观结构方面分析了混凝土内的气泡情况。

2. 2　试验材料

　　(1)水泥: 试验所用水泥的物理力学性能见表1。

表1　试验用水泥的物理力学性能

　　(2)细骨料:采用山西忻州河砂,细度模数2. 7,Ⅱ区,含泥量< 1. 7 %,泥块含量< 0. 6 %。

　　(3)粗骨料:采用太原北郊碎石, 2级颗粒级配组成,其中粒径5～10 mm的占40 % , 10～20 mm的占60 % ,表观密度2 550 kg/m3 ,含泥量< 0. 4 %,泥块含量< 0. 1 %。

　　(4)聚羧酸减水剂:采用山西某化工有限公司生产的聚羧酸高性能减水剂,掺量为0. 80 % ,其主要技术指标见表2。

表2　聚羧酸减水剂的性能指标

　　(5)消泡剂:采用日本触媒株式会社生产的醚类消泡剂。

2. 3　试验结果

　　试验采用GB 1076—1997《混凝土外加剂》和铁道部《铁路客运专线高性能混凝土技术条件》(科技基[ 2005 ]101号) ,对3种试样的含气量、减水率、泌水率比、抗压强度比、相对耐久性等5项指标进行了检测,结果见表3。

表3　不同混凝土试样的微观状态及性能对比

2. 4　试验结果分析

　　由表3试验结果分析,在仅使用减水剂的混凝土中加入消泡剂(试样B) ,混凝土含气量降低61 %,减水率降低4. 0 %,泌水率增大67 % ,抗压强度平均增加5. 0 % , 200次快速冻融动弹模下降1. 2 % ,说明消气剂具有明显的消气作用。但由于动弹模下降4. 9 % ,说明消气剂在消除劣质气泡的同时,可能也消除了部分正常气泡,这与我们理论上的分析基本是一致的。而在加入消泡剂后再加入引气剂(试样C) ,混凝土的含气量增加96 %,减水率提高21 %,泌水率降至零,抗压强度平均提高14. 7 %, 200次快速冻融动弹模提高15. 6 %,说明采用“先引后消”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。减水率和动弹模两项指标的提高,说明对气泡的总体质量有所改善;而泌水降低至零,则说明均匀的气孔结构对提高保水性具有一定作用。

3　气泡显微分析

　　分别制作A、B、C共3个水泥净浆试样,对应空白聚羧酸减水剂、掺入消泡剂、掺入消泡剂后再掺引气剂3种情况,在7 d龄期进行切片抛光,用100倍数码显微镜进行电镜图像采集。3种试样的图像对比如图1所示。图像上出现的斜痕是抛光所致。

图1　水泥净浆试样的电镜图像对比

　　由图1可以看出,试样A孔结构的典型尺寸为200μm左右,呈不规则形状,分布不均匀,孔结构之间多有连通;试样B孔结构的典型尺寸为20μm左右,基本呈规则圆形,分布基本均匀,孔结构之间没有连通;试样C孔结构的典型尺寸为100μm左右,基本呈规则圆形或椭圆形(图像圆孔因抛光导致有所变形) ,分布基本均匀,孔结构之间没有连通。

　　以上现象可以这样认为: ①未添加消泡剂、引气剂的试样A的孔结构基本上可以视为劣质气泡,在宏观上表现为泌水量大、含气量大、抗压强度较低;②经过消气的试样B大尺寸气泡基本被消除,但含气量明显不足,减水率下降,特别是快速冻融动弹模明显降低; ③先消气、后引气的试样C含气量比较适中,减水率较高,没有泌水,抗压强度最高,特别是相对耐久性指标明显提高。由此可以说明,采用“先消后引”工艺后水泥净浆试样的综合性能达到了比较高的水平。

4　结论

　　4. 1　“先消后引”工艺适用于聚羧酸减水剂(原液)自然含气量比较高、气泡质量不良,以及重要结构要求含气量恒定的情况、对混凝土抗冻性要求较高的情况等,它可以使混凝土的含气量得到比较有效的控制,有利于全面提高混凝土的质量。

　　4. 2　使用消泡剂和引气剂对聚羧酸减水剂进行处理后,应先做含气量试验,待符合预期要求后再投入实际使用,严禁不做任何试验就将产品直接投入使用。

　　4. 3　当混凝土对含气量控制的要求特别高时,应将消气和引气过程分开进行,即先将消泡剂加入聚羧酸减水剂中组成固定产品,到现场后投入搅拌机搅拌约10～20 s,然后再加入引气剂继续搅拌,这样其使用效果更好。

　　4. 4　对于重要工程,必要时可在引气后再加入稳泡剂,其使用效果更佳,尤其适用于运输距离较远或存放时间较长的情况。

　　4. 5　“先消后引”工艺对施工组织要求比较严格,测试要求高,所以,应制订严格的施工及检测措施,严格按预定工艺组织生产,以使“先消后引”工艺达到最佳的应用效果。

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