一种新型引气剂的研制“解密”!

　　摘要：通过将不同组成的引气剂应用于普通混凝土中，测定其对混凝土含气量和泌水率的影响，从而证明本研究所研制的新型引气剂在混凝土中的适用性，再针对最佳引气剂进行强度和抗冻性的测试。结果表明：通过表面张力、气泡容量和泡沫稳定性以及液膜强度的测定来确定引气剂的最佳组分的合成方法切实可行；当10号引气剂的掺量为0.036%，可使混凝土含气量达到5.1%，混凝土的强度损失小于10%，且经过100次冻融循环后，相对动弹模量为97.14%。综合评价本文所合成的引气剂是一种性能较优值得推广应用的新型引气剂。关键词：引气剂；含气量；强度损失；抗冻融性

　　引气剂是混凝土外加剂中的一种重要品种，它对混凝土的和易性与耐久性都具有重要的影响。但目前，引气剂的研究仍有很大的局限性,主要是受品种的局限，国内现有的品种主要有松香皂、松香热聚物类和皂苷类物质。因此，研究开发性能优异、使用方便、技术经济效果显著的新品种引气剂具有极其重要的意义。本文所合成的引气剂属于表面活性剂-聚合物体系，引入的气泡细小且较为均匀，对混凝土强度损失较小，且可较大程度地提高混凝土的抗冻性，可以说是一种价廉且性能较优的新型混凝土引气剂。本研究分两部分讨论了引气剂的研制。—为组成的研究：从表面张力、气泡稳定性和液膜强度等方面，初步确定了引气剂的组成，探讨了多组分引气剂的一种合成途径。然而引气剂主要应用于混凝土介质中，这种研究方法是否能切实可行还须对其在混凝土中的性能作以分析比较。因此第二部分在合成理论研究的基础上，主要研究了掺加引气剂后混凝土后各种性能的变化。

　　1试验

　　1.1原材料试验所用原材料为：水泥：海螺牌R42.5硅酸盐水泥；细骨料：密度为2.65 g/cm3，细度模数为2.66的中砂；粗集料：密度为2.79 g/cm3，粒径为5~25 mm的碎石；引气剂：自行研制的8#、9#、10#、11#四种编号引气剂。1.2混凝土配合比设计按照GB 8076－1997规定的混凝土外加剂试验方法进行设计，试验配合比如表1所示。

　　1.3试验方法

　　新拌混凝土拌合物和易性用混凝土泌水率来评定；新拌混凝土测定按照GBJ 80—1985用气压式含气量测定仪（7L直读式精密混凝土含气量测定仪）测定。混凝土强度试件尺寸为100 mm×100 mm×100 mm，试件按常规方法搅拌振动成型，空气中静养l d后拆模，进入标准养护室水中养护至各个龄期，进行抗压强度测定并转换为标准试件强度。混凝土抗冻性试验按GBJ 82—1985《普通混凝土长期性能和耐久性能试验方法》中快冻法的标准来测定，即试件尺寸为100 mm×100 mm×400 mm，每组3块，试件经标准养护24 d后，再在水中浸泡4 d，然后进行抗冻试验。混凝土中心冻结温度为-15~-19℃，融化温度4~8℃，每个冻融周期为3~4 h，每隔25次冻融循环测定一次混凝土重量变化与动弹性模量。混凝土动弹性模量采用共振法测定，试验共进行100次冻融循环。2试验结果与分析2.1掺加不同引气剂后混凝土的性能变化通过表面张力、气泡稳定性和液膜强度的测定初选10#引气剂为最佳组成，但其测定环境为25℃的水溶液，与混凝土介质环境下差别迥异。为了验证此合成方法的可行性，选定8#、9#、10#、11#四种编号的引气剂溶液，掺加于混凝土介质中，测其含气量及新拌混凝土性能的变化。2.1.1不同引气剂对混凝土含气量的影响表2中列出了掺加不同引气剂后混凝土含气量的变化情况。从表2中可看出，在相同引气剂掺量下，10#引气剂引入的含气量最大，在掺量为0.036%时，含气量达到5.1%；9#引气剂仅次之。这与本文在第一部分中所研究的结果基本相符。

　　表2掺加不同引气剂后含气量的变化2.1.2不同引气剂对新拌混凝土性能的影响引气剂可引入大量密封的球形气泡，在混凝土拌合物中起到滚珠的作用，并且大量气泡的存在增加了浆体体积、浆体黏度和屈服应力。在试验过程中发现，掺有引气剂的新拌混凝土的和易性、塑性和粘聚性得到显著提高，离析和泌水现象显著降低，降低程度因引气剂种类而异。如表3所示，掺加不同引气剂后泌水率的变化。由表3可知，10#引气剂对降低混凝土泌水率作用最显著。

　　表3掺加不同引气剂后泌水率的变化综上所述，10#引气剂相对于其它引气剂而言，性能确实较优，与本文在第一部分所研究的结果相符。因此，最终确定10#溶液为引气剂最佳组分，并且得出本文第一部分所描述的研究方法切实可行。2.2 10#引气剂对混凝土强度的影响气泡的产生使得浆体的有效面积减少，因而造成了混凝土的抗压强度降低，降低程度与含气量的多少以及气泡分布情况密切相关。小而均匀的密封气泡对混凝土强度损失较低，反之则较大。因此，强度损失可以作为引气剂品种的优劣的一个评价标准。图2为同水灰比条件下，含气量对抗压强度的影响关系曲线。由图2可知，无论是养护7天还是28天的混凝土强度均随着含气量的升高而逐渐降低；当引气剂掺量为0.036%时，含气量达到5.1%，强度损失小于10%。按GB 8076—1997的标准，其在强度要求方面达到了一等品的标准。图2同水灰比条件下含气量对混凝土抗压强度的影响2.3 10#引气剂对混凝土的抗冻融性的影响表4混凝土抗冻性试验试件的相对动弹模量表4列出了含气量在1.1%和5.1%时，混凝土抗冻试验试件的相对动弹模量。由表4可知，掺加10#引气剂后混凝土的抗冻性明显提高，100次冻融循环后相对弹性模量为97.14%，冻融破坏对其影响较小；而不掺加引气剂的混凝土相对动弹模量仅为67.50%，几乎被破坏。主要由于引气剂引入微气孔在冰冻过程中能释放毛细管内的冰晶膨胀压力，避免生成破坏压力，减少和防止冻融的破坏作用，从而提高混凝土的抗冻性。

　　3结论(1)测定8#、9#、10#、11#四种引气剂在混凝土中的含气量及泌水率的变化，再次证明10#溶液为引气剂最佳组分，其结果与本文第一部分中的试验结论一致。

　　(2)当10#引气剂掺量为0.036%时，可使新拌混凝土的含气量达到5.1%，此时混凝土强度损失小于10%。按GB 8076—1997的标准，其在强度要求方面达到了一等品的标准。

　　(3)10#引气剂能显著提高混凝土的抗冻融性，基准混凝土(不掺加引气剂的混凝土）经过100次冻融循环后相对动弹模量为67.50%，而含气量为5.1%的引气混凝土经过100次冻融循环后相对动弹模量为97.14%，耐久性损失较小。在不同掺量下水泥颗粒的ζ电位，结果见表4。为了便于比较，在相同实验条件下，测定了未掺加超塑化剂的水泥颗粒的ζ电位，为-7.6 mV。由表4可知，与不加超塑化剂的水泥颗粒的ζ电位相比，掺加了超塑化剂后，水泥颗粒ζ电位绝对值增加，且随着超塑化剂掺量的增加而增大，由掺量0.3%的-10 mV左右增加到0.8%的-16 mV左右。其中混合侧链(n18∶n29=1∶1)的超塑化剂在较低掺量下有较高的ζ电位。从0.5%到0.8%，ζ电位变化趋于平缓。作者认为，由于所合成的超塑化剂对碱性环境稳定，在水泥水化过程中不会发生因化学反应而使分子结构变化，它们对水泥颗粒分散作用应是静电斥力作用及空间位阻作用的综合结果。水泥颗粒表面吸附了带负电基团的超塑化剂分子后，颗粒表面ζ电位绝对值升高(ζ电位下降)；增加超塑化剂掺量，水泥颗粒表面吸附的超塑化剂量增大，其表面所带的负电荷增多。当达到水泥颗粒表面的饱和吸附量时，水泥颗粒表面所带负电荷不再增加，ζ电位变化趋于平缓，其绝对值也趋于稳定。但ζ电位数值稳定时的掺量与超塑化剂在水泥中掺量的饱和点是否直接相关？掺量0.3%与0.4%时ζ电位相差3 mV左右，却造成净浆流动度很大的差异，静电斥力作用及空间位阻作用对超塑化剂的分散性究竟各有多大贡献，作者将进一步研究，以便对聚羧酸超塑化剂的低掺量高分散性有更合理的解释，也为超塑化剂的分子设计提供理论依据。2.5红外谱图分析用KBr晶片涂膜制样，测定侧链MAPEG(n18∶n29=1∶1)样品的IR(见图1)。