“先消后引”工藝控制聚羧酸減水劑氣泡質(zhì)量的試驗(yàn)研究

摘　要:依次使用消泡劑和引氣劑對(duì)聚羧酸減水劑進(jìn)行處理,使所生產(chǎn)的混凝土的孔結(jié)構(gòu)質(zhì)量得以提高,含氣量得到控制,達(dá)到了預(yù)期效果。

關(guān)鍵詞:高性能混凝土;孔結(jié)構(gòu);消泡劑;引氣劑

中圖分類(lèi)號(hào): TU 528. 042　　　文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼:A

引言

　　人們通過(guò)多年來(lái)的試驗(yàn)研究,發(fā)現(xiàn)適當(dāng)控制混凝土的含氣量和孔結(jié)構(gòu)對(duì)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(zhì)性,改善混凝土的流變性以及增強(qiáng)混凝土的體積穩(wěn)定性等。對(duì)混凝土的含氣量和孔結(jié)構(gòu)進(jìn)行質(zhì)量控制,已經(jīng)成為配制高性能混凝土的一項(xiàng)重要技術(shù)。

　　在混凝土結(jié)構(gòu)中,并非所有的氣泡都是有益的,一般認(rèn)為泡徑小( 10～100 μm) 、分布均勻、構(gòu)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(shù)就是通過(guò)調(diào)節(jié)混凝土內(nèi)部的孔結(jié)構(gòu)(即氣泡)數(shù)量和質(zhì)量,從而達(dá)到改善混凝土某些性能的一項(xiàng)施工技術(shù)。我們?cè)趨⒖紘?guó)內(nèi)外一些常用做法的基礎(chǔ)上,采用“先消后引”技術(shù)對(duì)聚羧酸減水劑進(jìn)行處理,取得了明顯的效果。

1　消引氣技術(shù)的工作機(jī)理

　　對(duì)于常用的聚羧酸減水劑來(lái)講,由于其組成的復(fù)雜性(為族產(chǎn)品) ,其自身含氣量并不是固定值,而是一個(gè)變動(dòng)范圍很大的不定值。例如我們通過(guò)對(duì)國(guó)內(nèi)外5種聚羧酸減水劑樣品在標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下所進(jìn)行的含氣量測(cè)定,其最大值為7. 2 %,最小值為2. 3 %。很顯然,如此大的一個(gè)變動(dòng)范圍對(duì)于一些重要的工程是無(wú)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(shí),只有采用消氣和引氣相結(jié)合的技術(shù)來(lái)控制混凝土的含氣量和氣泡質(zhì)量,才能達(dá)到預(yù)期的目的。所謂“先消后引”,就是依次使用消泡劑和引氣劑對(duì)聚羧酸減水劑進(jìn)行預(yù)處理,消除混凝土中泡徑偏大、泡型不良的劣質(zhì)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(zhì)量達(dá)到某種最佳狀態(tài),強(qiáng)度與工作性能獲得改善。

2　試驗(yàn)過(guò)程

2. 1　試驗(yàn)方法

　　設(shè)計(jì)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(fù)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(duì)于這3種不同組分的混凝土,分別按照鐵道部《鐵路客運(yùn)專(zhuān)線高性能混凝土技術(shù)條件》(科技基[ 2005 ]101號(hào))檢驗(yàn)其性能,并分析比較了加入消氣劑及引氣劑后的效果。同時(shí)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(jié)構(gòu)方面分析了混凝土內(nèi)的氣泡情況。

2. 2　試驗(yàn)材料

　　(1)水泥: 試驗(yàn)所用水泥的物理力學(xué)性能見(jiàn)表1。

表1　試驗(yàn)用水泥的物理力學(xué)性能

　　(2)細(xì)骨料:采用山西忻州河砂,細(xì)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(jí)顆粒級(jí)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(shù)指標(biāo)見(jiàn)表2。

表2　聚羧酸減水劑的性能指標(biāo)

　　(5)消泡劑:采用日本觸媒株式會(huì)社生產(chǎn)的醚類(lèi)消泡劑。

2. 3　試驗(yàn)結(jié)果

　　試驗(yàn)采用GB 1076—1997《混凝土外加劑》和鐵道部《鐵路客運(yùn)專(zhuān)線高性能混凝土技術(shù)條件》(科技基[ 2005 ]101號(hào)) ,對(duì)3種試樣的含氣量、減水率、泌水率比、抗壓強(qiáng)度比、相對(duì)耐久性等5項(xiàng)指標(biāo)進(jìn)行了檢測(cè),結(jié)果見(jiàn)表3。

表3　不同混凝土試樣的微觀狀態(tài)及性能對(duì)比

2. 4　試驗(yàn)結(jié)果分析

　　由表3試驗(yàn)結(jié)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(qiáng)度平均增加5. 0 % , 200次快速凍融動(dòng)彈模下降1. 2 % ,說(shuō)明消氣劑具有明顯的消氣作用。但由于動(dòng)彈模下降4. 9 % ,說(shuō)明消氣劑在消除劣質(zhì)氣泡的同時(shí),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(qiáng)度平均提高14. 7 %, 200次快速凍融動(dòng)彈模提高15. 6 %,說(shuō)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(dòng)彈模兩項(xiàng)指標(biāo)的提高,說(shuō)明對(duì)氣泡的總體質(zhì)量有所改善;而泌水降低至零,則說(shuō)明均勻的氣孔結(jié)構(gòu)對(duì)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(gè)水泥凈漿試樣,對(duì)應(yīng)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(jìn)行切片拋光,用100倍數(shù)碼顯微鏡進(jìn)行電鏡圖像采集。3種試樣的圖像對(duì)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(duì)比

　　由圖1可以看出,試樣A孔結(jié)構(gòu)的典型尺寸為200μm左右,呈不規(guī)則形狀,分布不均勻,孔結(jié)構(gòu)之間多有連通;試樣B孔結(jié)構(gòu)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(jié)構(gòu)之間沒(méi)有連通;試樣C孔結(jié)構(gòu)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(dǎo)致有所變形) ,分布基本均勻,孔結(jié)構(gòu)之間沒(méi)有連通。

　　以上現(xiàn)象可以這樣認(rèn)為: ①未添加消泡劑、引氣劑的試樣A的孔結(jié)構(gòu)基本上可以視為劣質(zhì)氣泡,在宏觀上表現(xiàn)為泌水量大、含氣量大、抗壓強(qiáng)度較低;②經(jīng)過(guò)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(dòng)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(méi)有泌水,抗壓強(qiáng)度最高,特別是相對(duì)耐久性指標(biāo)明顯提高。由此可以說(shuō)明,采用“先消后引”工藝后水泥凈漿試樣的綜合性能達(dá)到了比較高的水平。

4　結(jié)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(zhì)量不良,以及重要結(jié)構(gòu)要求含氣量恒定的情況、對(duì)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(zhì)量。

　　4. 2　使用消泡劑和引氣劑對(duì)聚羧酸減水劑進(jìn)行處理后,應(yīng)先做含氣量試驗(yàn),待符合預(yù)期要求后再投入實(shí)際使用,嚴(yán)禁不做任何試驗(yàn)就將產(chǎn)品直接投入使用。

　　4. 3　當(dāng)混凝土對(duì)含氣量控制的要求特別高時(shí),應(yīng)將消氣和引氣過(guò)程分開(kāi)進(jìn)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(chǎng)后投入攪拌機(jī)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(duì)于重要工程,必要時(shí)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(yùn)輸距離較遠(yuǎn)或存放時(shí)間較長(zhǎng)的情況。

　　4. 5　“先消后引”工藝對(duì)施工組織要求比較嚴(yán)格,測(cè)試要求高,所以,應(yīng)制訂嚴(yán)格的施工及檢測(cè)措施,嚴(yán)格按預(yù)定工藝組織生產(chǎn),以使“先消后引”工藝達(dá)到最佳的應(yīng)用效果。

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