为什么叫混凝土"引气剂"

引气剂

但凡能在混凝土搅拌全过程中引入大量的匀称分散的细小气泡的外加剂称为引气剂。引气剂属于表面活性剂,且常用的多属憎水性脂肪酸皂类表面活性剂。引气剂按其分子结构分为阴离子型、阳离子型、非离子型与两性离子型几种。阴离子型引气剂有脂肪酸盐、烷基苯磺酸盐等,阴离子型引气剂是使用最广泛的引气剂[2-6]。

在水工混凝土中应用较多的两种类型的引气剂是松脂皂引气剂和松香热聚物引气剂。

(1)松脂皂引气剂。它是以主要成分为松香酸的松香,在加热条件下,用碱中和皂化后生成松香酸脂,即松脂皂。它是一种透明的棕色膏状物,pH值为8~10.表面张力为2.9×10-2~3.1×10-2N/m[2-6]。

(2)松香热聚物引气剂。它是将松香、苯酚(又称石炭酸)、硫酸和氢氧化钠,按一定比例加热聚合而得。它是一种透明的、深黄色的膏状物,使用时需加热水溶化,稀释成一定浓度的水溶液。

引气剂掺加混凝土降低减小用水量,提升拌和物的稠度,抑止泌水,改进混凝土的和易性,进而获得匀称的混凝土。在维持混凝土的和易性和水灰比不变的拌和下,可节省水泥使用量。尤其是混凝土中大量的匀称分散的细小气泡可明显提升混凝土的抗冻性。细小气泡分散在混凝土内部,还可降低混凝土的弹性模量,有利于提升混凝土的抗裂性。在维持水灰比不变时,掺引气剂后混凝土含气量每提升1%,强度下降3%~5%,所以掺引气剂的混凝土含气量要加以控制。

引气剂具备亲水基团和憎水基团。憎水基团吸咐在水泥粒子表面上,亲水基团吸咐在水—气界面上,使水的表面张力显著降低,1%的松脂皂类引气剂水溶液能使水溶液表面张力降低为2.9×10-2N/m,约为水的表面张力的40%,所以能在混凝土搅拌过程中引入大量的微小气泡,1m3混凝土大约有数以亿计的小气泡。引气剂分子定向排列在气泡壁上,由氢氧化钙与引气剂作用生成的钙皂吸附在气泡壁上增强了气泡的稳定性,这些微小气泡均匀分布在混凝土拌合物中,形成类似于滚珠的作用,减小骨料颗粒间的摩阻力,减少用水量,增加稠度,改善混凝土的和易性。微小均匀分布的小气泡还会使混凝土内部孔结构由开孔变为闭孔,隔断与外界连通的通道,阻止外部水分及其他有害物质进入混凝土内部使混凝土结构受到破坏。比如,当混凝土遭受冻融时,在冻结中混凝土表面首先处在冰点以下,表面附近孔隙中自由水结冰,体积增大9%,产生冻胀压力,使未冻结的自由水向附近孔隙迁移,迁移的水分受阻,就产生静水压力,一旦静水压力超过混凝土强度就会使内部产生裂纹最后导致破坏。引气剂掺入混凝土后,大量的微小气泡均匀分布在混凝土内部,能够吸纳从附近孔隙中迁移的自由水,大大降低了因混凝土内部自由水结冰所产生的静水压力。引气剂引入的气泡越多,泡径和气泡间距系数越小,就越有利于提高混凝土的抗冻耐久性。优质引气剂气泡平均直径小于20μm,气泡间距系数为0.1~0.2mm[2-6]。

混凝土中掺入引气剂而引入的大量微小、均匀、稳定的空气对提高混凝土抗冻耐久性有非常显著的效果。这是引气剂独特的功能。但在混凝土中掺入引气剂还有其他重要功能[2-1]:

(1)引气剂能够改善混凝土的和易性。尤其当使用人工粗骨料和人工细骨料时,由于颗粒形状粗糙,混凝土和易性差,就必须提高砂率和增加水泥用量。因此对于使用人工骨料或天然砂料颗粒较粗、级配较差的情况下,以及在贫水泥用量混凝土中使用引气剂可得到显著效果。

(2)可显著改善混凝土泌水和离析。有些减水剂可以减少大量拌合水,但在不引气的情况下,仍有较多泌水。如果引入空气,细小气泡就能显著减少泌水现象。泌水的严重恶果就在于使水灰比不均匀,使上层混凝土的强度低于下层混凝土的强度。当采用大坍落度或大水灰比的混凝土时,不均匀现象就更为严重。

试验发现,在坍落度较大的混凝土中粗骨料底面泌水集中,使强度和与钢筋的握裹能力显著降低。掺引气型外加剂可使这种现象明显减少。因此有些国家,即使气候温暖的地区也常用引气混凝土。

由于气泡的存在,使混凝土结构体系的表面积增大。这些气泡分布在骨料颗粒之间,特别是砂粒之间。每个气泡牢固地附着在固体颗粒上,在固体颗粒之间产生黏合力。拌合物具有较大的粘合力,能显著减少混凝土在运输过程中的分层离析现象。

由于气泡为球形而且容易变形,因此,抵抗它们位移的反力将是极小的,也就是说引入的气泡可以显著降低内摩擦系数,且具有良好的触变性,使拌合物容易从搅拌机中倒出和容易振捣,能有效地保持混凝土拌合物的均匀性。

(3)引气能减小混凝土的吸水率和渗透性,可提高抵抗各种盐类和其他可能的破坏作用的能力,如对硫酸盐侵蚀的抵抗能力。

在混凝土中掺入引气剂时,关键是要控制含气量。含气量的确定应从耐久性的增加、强度的降低和单位体积重量的降低几个方面综合考虑。由于原料、温度、搅拌、运输、振捣等对含气量都有影响,因此有效含气量应是浇筑振捣后混凝土中的含气量。含气量的测定要在浇筑地点进行,并得出室内、搅拌机口及浇筑地点之间混凝土含气量的关系,在机口控制。

综上所述,掺引气剂不仅能显著提高混凝土抗冻性,而且还能改善混凝土和易性、泌水与离析,以及减小混凝土吸水率和渗透性等。因此,建议水工混凝土都能适量掺加引气剂。

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