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减水剂、引气剂作用机理及新拌混凝土“冒泡”现象分析

  聚羧酸系高效减水剂和引气剂是现代混凝土生产中最常用的两种外加剂,可以有效改善混凝土的物理力学性能、耐久性能及施工性能,但实际生产过程中,新拌混凝土有时会出现“冒泡”现象,如果气泡过多,则会影响混凝土性能。减水剂厂家就从混凝土原材料及配合比两方面对此问题进行原因分析。


  混凝土原材料为:P.O42.5普通硅酸盐水泥、粒径为5~31.5mm的石子、细度模数为2.7的中砂、Ⅱ级粉煤灰、S95级矿渣微粉、聚羧酸系高效减水剂。混凝土配合比如表1所示:


  按表1配合比拌制的混凝土,在出机后出现“冒泡”现象。为此,笔者分别从原材料和配合比两方面查找原因,并对有关问题进行了研究。


  1聚羧酸高效减水剂的作用机理


  (1)减水作用机理


  聚羧酸类聚合物对水泥的作用,主要是由羧基(—COOH)、羟基(—OH)、胺基(—NH)和聚氧烷基(—O—R)n等与水亲和力强的极性基团,通过吸附、分散、润湿、润滑等表面活性作用,对水泥颗粒提供分散和流动性能,并通过减少水泥颗粒间的摩擦阻力,降低水泥颗粒与水界面的自由能,来增加新拌混凝土的和易性。


  同时聚羧酸类物质吸附在水泥颗粒表面,羧酸根离子使水泥颗粒带上负电荷,致使水泥颗粒之间产生静电排斥作用并使之分散,从而抑制水泥浆体的凝聚倾向,增大水泥颗粒与水的接触面积,使水泥充分水化。在扩散水泥颗粒的过程中,放出凝聚体所包围的游离水,改善了和易性,减少了拌水量,从而达到减水效果。


  (2)引气作用机理


  聚羧酸类引气剂是具有烯丙醇聚乙二醇醚支链的梳形高分子聚合物。该类引气剂除具有一般引气剂的特性外,在低掺量时引气量高、引入混凝土中的气泡直径小,且具有空间位阻效应。主链上的阴离子吸附于水泥颗粒表面,支链的位阻使水泥颗粒分散,同时由于分子结构中还含有羧酸根离子、磺酸根离子等阴离子,因而ζ电位小于传统的阴离子减水剂,其表面活性作用更强,分散和分散保持性能优异,符合高性能混凝土和自密实混凝土对引气剂的性能要求。


  2新拌混凝土产生“冒泡”现象的成因分析


  (1)砂、石级配过程中,空隙中存在一定量的空气,在水泥水化过程中被水泥浆膜层包裹,产生气泡,这是混凝土拌合物产生气泡的主要原因。


  (2)粉煤灰的特点在于其粒子呈现球形,因此被公认为具有改善混凝土状态的功能、通过火山灰反应提高混凝土长期强度、降低水泥掺量从而减少因水化反应产生的热量等实用价值。其缺点在于引气剂更容易吸附在粉煤灰中的未燃炭等微粒子上,造成引气剂掺量增加或新拌混凝土含气量的经时损失。


  (3)外加剂的种类对产生气泡数量的多少有很大影响。现在市场上使用的外加剂基本上都是引气型的减水泵送剂,这种外加剂加入后,在搅拌混凝土过程中能引入大量均匀分布、稳定而封闭的微小气泡。有了这些微小的气泡,混凝土的保水性、和易性、可泵性等性能将会大大提高,同时对预拌混凝土的坍落度经时损失率将会大幅降低。但随着引气减水剂的类型和掺量的不同,所产生的气泡的数量和大小将会随之改变。


  (4)水泥用量过大。水泥与水接触会立刻发生水化反应,放出大量水化热,而有少量分散在水中的水泥颗粒未参加水化反应,夹杂着空气依附在水泥未水化内核边缘,随后在水泥颗粒表面形成水化物膜层,水化热反应减慢,气泡在胶凝体膜层围绕水泥颗粒成长。在膜层长大并互相凝结过程中,大量气泡排出,水化放热增加,水化物进一步发展填充毛细孔,气泡被水泥浆膜层包裹着浮在表面。


  经试验检测,现场水泥、骨料、掺和料各项指标均未发生大的波动,而每次“冒泡”现象均出现在外加剂掺量不变而其减水率变大的情况下,此时由于聚羧酸母液本身含气量大,使新拌的耐久性混凝土表面形成气泡。有的产品甚至在其掺量过大时,也会出现表面冒泡的现象。因此,“冒泡”现象初步推定为外加剂的原因,其解决方法是将外加剂的掺量减小0.1%。


  3试验验证


  对混凝土配合比做适当调整(见表2)。现场试拌以混凝土表面出现浮浆不再逸出气泡为准,证明该解决方法是否有效。试验结果表明,按表2提供的配合比拌制的混凝土,表面不再出现集中冒泡现象。


  4结论


  聚羧酸高效减水剂对原材料、温度等具有一定的敏感性,其减水率较高,掺量很低便能赋予混凝土良好的流动性。在减水剂合成过程中,即使单体出现细微量的变化,也会导致其实际作用效果(掺量)的变化。因此,不同批次的减水剂作用效果有所差别也就合情合理了。多次试验证明,当新拌混凝土表面出现气泡时,最有效的方法便是改变聚羧酸高效减水剂的掺量。

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