高效引气减水剂对混凝土性能的影响

宋刚  颜海

        摘要：大量工程实践证明，在混凝土的生产过程中，适当合理的掺配高效引气减水剂，能够在混凝土的内部引入大量微小、
    均匀、稳定的气泡从而有效的提高新拌混凝土的工作性能、显著降低混凝土离析、泌水现象，与此同时在一定程度上提高混凝土
    构造物的耐久性能，延长混凝土构造物的使用寿命。

        关键词：高效引气减水剂  混凝土  强度  耐久性

        1 前言

        随着我国公路交通事业的发展，近年来优质高效外加剂在我国水泥混凝土路面建设中已经得到了十分广泛的应用。在当前的
    公路水泥混凝土配合比设计中，越来越多的专业人士强调，为了使混凝土达到特定的性能要求，各种不同的外加剂已成为除水泥、
    水、砂、石之外混凝土中必不可少的第五组分。我国幅员辽阔，各区域间气候条件差异大，在公路建设项目中针对不同的区域气
    候特点正确选择水泥混凝土外加剂是很有必要的。我国寒冷地区水泥混凝土路面遭受冰冻破坏较为严重。有资料表明在东北大部
    分地区年平均气温差达到60℃以上，冬季最低气温在零下30℃以下。该区域修筑的水泥混凝土路面由于长期暴露在严酷的自然条
    件之下，导致路面强度下降快，路面破损严重，往往很难达到设计使用年限，严重的影响了水泥混凝土路面在东北寒冷地区的推
    广。为了提高寒冷地区水泥混凝土路面抵抗冰冻破坏的能力，从材料的选取、优化水泥混凝土配合比设计这一角度入手是行之有
    效的途径之一，而在合理的选取一种能够提高水泥混凝士耐久性能的外加剂就显得尤为重要了，本文通过在水泥混凝土配合比设
    计中引入高效引气减水剂，在分析其作用机理的前提下并通过结合室内力学、耐久性试验，证明了该外加剂能够有效的提高水泥
    混凝土的耐久性能。

        2高效引气减水剂作用及相应机理

        2.1作用

    水泥混凝土配合比设计中引入高效引气减水剂，它能够在发挥减水功效的同时在新拌水泥混凝土引入均匀分布的微细气泡。
    其主要作用如下：

        (1)能够有效的分散水泥颗粒，从而增大水泥水化面积，提高水泥的功效，促进水化反应。

        (2)在保持水泥混凝土工作性和强度不变的情况下，节约水泥用量。 

    (3)在保持混凝土水泥用量和工作性相近的情况下，减少用水量提高混凝土强度。

        (4)在保持混凝土用水量和水泥用量不变的情况下，大幅度的提高新拌水泥混凝土的工作性能。

        (5)在新拌水泥混凝土内部引入分布均匀、稳定的微细气泡，提高混凝土构造物的耐久性(抗冻性、抗渗性)延长混凝土构造
    的使用寿命。

        2.2 机理

        2.2.1 引气机理

        引气型减水剂是一种表面活性剂。由于表面的活性作用，降低了水的表面张力及表面能，使水溶液形成众多表面时所需的功
    减少。同时由于表面活性剂定向吸附在气泡表面，形成了单分子吸附膜，使液面坚固而不易破裂。

        加入混凝土中的引气剂能够产生均匀、稳定、封闭、互不连通的微细气泡，尺寸通常在O.05mm～1.25mm之间。

        这些微细的气泡充实了硬化后混凝土内部的孔隙，隔断了内部的毛细管通道，阻碍了混凝土的吸水性和渗水作用，与此同时
    微细的气泡能够缓解自由水受冻结所产生的膨胀应力，改善了混凝土的耐久性能。

        2.2.2 减水机理

        高效引气减水剂发挥其减水功效类似于普通混凝土减水剂，高效引气减水剂中的减水组分分子在新拌混凝土中其亲水基团定
    向地吸附在水泥颗粒表面，亲水基团朝向水溶液，形成单分子或多分子的吸附膜，正是由于这种定向的排列使水泥颗粒表面带上
    了相同的电荷，从而避免了水泥颗粒之间的直接接触，微观上达到了分散、润滑、湿润水泥颗粒的作用进而在宏观上实现了其减
    水的功效。

        3 室内试验

        3.1 试验原材料

        (1)水  泥：42.5Mpa普通硅酸盐水泥，吉林亚泰水泥有限公司生产

        (2)细集料：河砂，经检验为中砂，细度模数2.8

      (3)粗集料：采用石灰岩，强度等级为3级，压碎值5.2％

        (4)高效引气减水剂：SY型引气减水剂，中国建筑科学研究院生产

        3.2 配合比设计

        在研究中制备了抗折强度为5.0Mpa的混凝士，配合比数据及工作性含气量数据见表1

                    表l  配合比数据表

        3.3 不同配合比混凝土性能测试

        在混凝土中掺配高效引气减水剂，成型的试件经过28天标准养生后进行力学、耐久性试验，其具体参数指标与未掺配的普通
    混凝土相比都有不同的差异，试验结果见表2、表3、表4。

                    表2 28天强度试验结果

                续表2   28天强度试验结果

        通过表2可以看出：

        (1)使用了SY型高效引气减水剂的混凝土较未使用该引气减水剂的混凝土在抗折强度(最大提高13.8％)、抗压强度(最大提高
    6.6％)上均有所提高。可以看出在保持工作性和水泥用量一致的情况下，掺入SY型高效引气减水剂能够适当的降低水灰比，促进
    水泥的水化反应，提高混凝土的力学强度。

        (2)在掺配了SY型高效引气减水剂的混凝土中，随含气量的不同，抗折强度呈现出先增后减的趋势。分析其原因是由于当含气
    量在3-5％以内时，形成气泡占用了本来聚集在界面的水分，使界面孔减少，界面结构改善，增强了界面抗拉能力。同时有资料证
    明当含气量在4-5％时混凝土浆体内部气泡间距系数最佳(0.24～0.26mm)，浆体的抗拉强度改善，提高了混凝土抗折强度。相反当
    含气量过大时(6.O％)，混凝土内部气体含量增多，气泡在界面区富积，削弱了界面结构的抗拉能力，同时大量的气泡也降低了混
    凝土的密实性，导致强度有所下降。

        表3     抗冻试验结果

                表4     抗渗试验结果

        通过表3、表4的耐久性试验结果能够反应出：

        (1)使用了SY型高效引气减水剂的混凝土在经历了300次冻融循环后，其相对动弹模均能保持在80％以上，较未掺的混凝土的
    抗冻性能有了较大幅度的提高。

        由于使用了SY型高效引气减水剂，在混凝土内部引入了大量互不连通的微细气泡，截断了渗水通道，使水份不易渗入内部。
    同时气泡具有一定的适应变形能力，对冰冻的破坏起到了缓冲作用，从而有效的提高了混凝土的抗冻性能。

        (2)掺配了SY型高效引气减水剂的混凝土较未掺配的混凝土而言其抗渗性能有了大幅度的提高(渗水高度平均降低2.8cm)。

        在混凝土中掺入SY型高效引气减水剂所引入的大量均匀、微细气泡充实了水泥硬化后混凝土内部的孔隙，隔断了毛细通道，
    阻碍了混凝土的吸水、渗水作用，进而提高了混凝土的抗渗能力。

        4 结论

        在当前公路工程建设项目中，合理的应用高效引气减水剂对于改善混凝土物理、力学性能，提高混凝土构造物耐久性，延长
    混凝土构造物使用寿命是十分有利的。

        (1)在保证相同工作性和水泥用量的前提下，高效引气减水剂能够降低水灰比，提高混凝土强度。

        (2)高效引气减水剂引入的适量微细气泡对于提高混凝土构造物耐久性能是十分有利的。

        参考文献

    [1]严家及，《道路建筑材料》，人民交通出版社

    [2]李书英、周文华，引气剂在混凝土中的应用

        [3]申爱琴，《水泥与水泥混凝土》，人民交通出版社