不同類型的引氣劑對(duì)摻粉煤灰混凝土性能的影響

李洪濤，丁繼英，王家豐，宋永良

（浙江五龍化工股份有限公司，浙江 313201）

粉煤灰的特點(diǎn)在于其粒子呈現(xiàn)球形，它能改善混凝土的工作性并且通過火山灰反應(yīng)提高長(zhǎng)期強(qiáng)度,能夠降低水泥摻量從而減少因水化反應(yīng)產(chǎn)生的熱量等實(shí)用價(jià)值。而另一方面，其缺點(diǎn)在于粉煤灰含有未燃燒的碳粒對(duì)引氣劑有很強(qiáng)的吸附作用，從而造成在引氣劑使用過程當(dāng)中摻量增加或含氣量經(jīng)時(shí)損失的增大[1]。

近年來隨著各種高強(qiáng)度以及高流動(dòng)性混凝土不斷得到研究開發(fā)，在混凝土中摻入一定量的粉煤灰作為膠凝材料代替部分水泥越來越普遍。正是這種發(fā)展使得外加劑也在不斷的改進(jìn)和研發(fā)出性能更好、適應(yīng)性更為廣泛的外加劑以滿足市場(chǎng)的需要。特別是近年來，為改善坍落度的經(jīng)時(shí)損失和混凝土的耐久性等，以聚羧酸為主要成分的減水劑逐漸成為引氣減水劑、高效引氣減水劑的主流。大家知道聚羧酸系的減水劑對(duì)改善混凝土的工作性以及耐久性有著突出的表現(xiàn)，同時(shí)聚羧酸減水劑不像萘系減水劑在溫度較低的情況下施工需增加減水劑的摻量，聚羧酸的摻量變化受溫度影響較小。但是聚羧酸與萘系減水劑相比引氣量較高，在有些情況下還會(huì)造成引氣量的經(jīng)時(shí)增加，因此調(diào)整含氣量的技術(shù)就越發(fā)顯得重要。

1 原材料

水泥：銅陵海螺P.O42.5水泥；

粉煤灰：太倉捷杰，具體規(guī)格如表1所示；

表1 粉煤灰規(guī)格

砂：贛江砂，細(xì)度模數(shù)為2.7;

石子：新開元石子;

所選的四種不同類別的引氣劑分別為：

（1）松香酸及其鹽中的一種，在文中的編號(hào)為AEA-1;

（2）高級(jí)脂肪醇硫酸鹽中的一種，在文中的編號(hào)為AEA-2；

（3）高級(jí)烷基磺酸鹽中的一種，在文中的編號(hào)為AEA-3;

（4）由幾種不同類型的引氣劑和一種或幾種纖維素復(fù)合而成的一種新型復(fù)合引氣劑，該引氣劑在文中的編號(hào)為AEA-4。

2 試驗(yàn)

2.1 引氣能力的比較

本節(jié)主要討論幾種不同種類引氣劑的引氣能力的比較，試驗(yàn)遵照GB8076-2008《混凝土外加劑》和GB/T50080中的相關(guān)規(guī)定。試驗(yàn)所用配合比如表2所示。

表2 含氣量測(cè)定所用配合比 kg/m3

由于影響引氣量的因素頗多，如引氣劑的摻量、水泥品種和用量、摻合料品種和用量、集料、攪拌方式和時(shí)間、停放時(shí)間、環(huán)境溫度、振搗方法和振搗時(shí)間等等[2]。為避免上述多種因素的影響，試驗(yàn)中我們除了引氣劑品種改變外，其它條件固定不變，具體結(jié)果如下圖1所示。

從圖1顯示的結(jié)果來看，四種不同類別的引氣劑在該體系中的引氣能力有著明顯的差別，其中AEA-4在低摻量的情況下引氣能力比較突出，而AEA-2則在大摻量的情況下含氣量增加的比較明顯。從上述情況來看，在現(xiàn)實(shí)的應(yīng)用當(dāng)中對(duì)引氣劑的使用，我們可以在含氣量不高的混凝土采用AEA-4這種復(fù)合型引氣劑，而在大含氣量的混凝土當(dāng)中我們可以選擇AEA-2這樣的引氣劑。

2.2 氣泡穩(wěn)定性方面的比較

對(duì)于一種引氣劑品質(zhì)的判定，除了引氣能力之外，所引氣泡的穩(wěn)定性也是其品質(zhì)好壞的一個(gè)重要指標(biāo)。研究表明，氣泡的穩(wěn)定與靜表面張力并非簡(jiǎn)單的關(guān)系，還取決一些其它的條件，包括氣泡周圍形成有一定機(jī)械強(qiáng)度和彈性的膜、要有適當(dāng)?shù)哪け砻鎻?qiáng)度、適當(dāng)?shù)囊合嘟橘|(zhì)粘度、使泡膜不易流失、泡膜的動(dòng)電電位提高等，對(duì)于混凝土這樣的多項(xiàng)系統(tǒng)，情況就更復(fù)雜了。在本節(jié)中為了避免其它條件的干擾，試驗(yàn)采用統(tǒng)一配合比，試驗(yàn)采用同一材料。試驗(yàn)遵照GB8076-2008《混凝土外加劑》和GB/T50080中的相關(guān)規(guī)定。試驗(yàn)所用配合比如表3所示。

表3 氣泡損失測(cè)定所用配合比 kg/m3

具體試驗(yàn)結(jié)果的對(duì)比如下圖2所示

從圖2的結(jié)果對(duì)比來看，AEA-4復(fù)合型引氣劑的氣泡損失較小，也就是說氣泡相對(duì)較為穩(wěn)定，而AEA-2引氣劑引氣能力雖然優(yōu)于AEA-1、AEA-3兩種引氣劑，但在氣泡的穩(wěn)定性方面，AEA-2效果最差。

2.3 抗凍融方面

研究引氣劑我們不得不考慮它對(duì)混凝土抗凍能力的改善，提高混凝土的抗凍性也是我們使用引氣劑的目的之一。想必大家在實(shí)驗(yàn)中或工程使用當(dāng)中也經(jīng)常遇到過這樣的情況，同樣的強(qiáng)度等級(jí)、同樣的配合比、同樣的含氣量大小，但是卻有著不一樣的抗凍能力。我們知道在混凝土的抗凍方面，除了含氣量大小的影響之外，還有一個(gè)重要的因素就是混凝土中所引的氣泡的品質(zhì)，比如氣泡粒徑的大小、氣泡的間距系數(shù)等等。影響這些的因素很多，比如水泥的品種和摻量、礦物摻合料的品種和摻量大小、集料的不同、引氣劑品種的不同、引氣劑與其它減水劑成分的協(xié)同效應(yīng)等等，在本節(jié)試驗(yàn)中主要對(duì)比一下幾種不同類別的引氣劑對(duì)抗凍融的影響。試驗(yàn)遵照GB8076-2008《混凝土外加劑》、GB/T50080以及《普通混凝土長(zhǎng)期性能和耐久性能試驗(yàn)方法》GBJ82—85中的相關(guān)規(guī)定。試驗(yàn)所用配合比同表2。

試驗(yàn)中為了排除含氣量大小的不同對(duì)抗凍融方面的影響，我們對(duì)每一種引氣劑都做了摻量上的調(diào)整，使得混凝土的含氣量大小都嚴(yán)格控制在4.5±0.2%的范圍之內(nèi)，具體試驗(yàn)結(jié)果如表4所示。

表4 四種引氣劑的抗凍融方面的比較

從表4的數(shù)據(jù)中顯示，四種不同類型的引氣劑在抗凍融方面有著明顯的不同，其中我們上文中提到的氣泡最為穩(wěn)定的AEA-4在抗凍方面也有著良好的表現(xiàn)，而氣泡最不穩(wěn)定的AEA-2的抗凍融方面也相對(duì)差一些。

2.4 抗硫酸鹽侵蝕性能方面的比較

首先我們先討論一下硫酸鹽侵蝕的機(jī)理， 硫酸鹽侵蝕可分為化學(xué)硫酸鹽侵蝕和物理硫酸鹽侵蝕兩類。化學(xué)硫酸鹽侵蝕要有硫酸根離子參與化學(xué)反應(yīng)，物理硫酸鹽侵蝕一般指硫酸鹽結(jié)晶[3]。不管是化學(xué)腐蝕還是物理腐蝕，它們都有一個(gè)先決條件就是鹽水對(duì)混凝土的滲透，而引氣劑的摻入可以在混凝土中形成一些封閉的氣泡從而阻斷了混凝土中的一些毛細(xì)孔，從而提高了混凝土的抗?jié)B性。當(dāng)然引氣劑并不是抗硫酸鹽侵蝕的主要助劑，但是我們也不能忽略它在這方面所起到的作用。在本節(jié)中，筆者就這四種不同類別引氣劑的抗腐蝕性做了一個(gè)簡(jiǎn)單的對(duì)比，為了避免含氣量大小的影響因素，我們把混凝土的含氣量嚴(yán)格控制在4.5±0.2%的范圍之內(nèi)。試驗(yàn)方法參照GB 2420—1981和《混凝土抗硫酸鹽類侵蝕防腐劑》JC/T1011-2006中的相關(guān)規(guī)定進(jìn)行。具體測(cè)試結(jié)果如表5所示。

表5 抗蝕系數(shù)對(duì)比

從表5中的數(shù)據(jù)顯示來看，不同類型的引氣劑在混凝土中所起的抗腐蝕也存在著一定的差異。

3 工程應(yīng)用方面

在外加劑應(yīng)用方面，國內(nèi)外很少是單一成分用在混凝土當(dāng)中的。尤其在中國，由于幅員遼闊，各地的材料差異較大，外加劑的調(diào)整與復(fù)配就更顯得越發(fā)重要。目前，對(duì)于超塑化劑在普通硅酸鹽水泥混凝土、灰泥以及凈漿中的影響已有了廣泛的研究[4,5]。

隨著重點(diǎn)工程對(duì)混凝土耐久性要求的提高，引氣劑在外加劑中所扮演的角色也越來越重要。對(duì)于不同的配合比、不同的材料、不同的減水劑類型，不同種類的引氣劑所起的作用也不盡相同。所以在外加劑的復(fù)配中，引氣劑的應(yīng)用技術(shù)也就更加講究了。筆者挑選了兩個(gè)比較典型的工程實(shí)例，在這兩個(gè)工程實(shí)例中分別用了聚羧酸和萘系減水劑。

3.1 工程應(yīng)用實(shí)例一

這個(gè)工程是京滬高速常州至上海段的某一工區(qū)的樁基，該部位的混凝土強(qiáng)度等級(jí)為C35，具體配合比如表6所示。

表6 C35樁基配合比 kg/m3

該混凝土中采用聚羧酸系減水劑，在前期的復(fù)配調(diào)整中，在聚酸酸減水劑的母料分別加入不同比例的上述四種引氣劑來調(diào)整混凝土的含氣量以達(dá)到施工的要求。上述四種引氣成分的摻入都能達(dá)到引氣能力的要求，但是四種不同類型的引氣劑所引的氣泡的穩(wěn)定性以及其對(duì)混凝土坍落度損失的影響卻不盡相同。具體如圖3和圖4中所示。

從圖3中可以看出，AEA-4這種復(fù)合型引氣劑在含氣量的損失方面較小，而其它三種單一摻入的引氣劑的氣泡穩(wěn)定性就顯得略差了一些。

從圖4中可以看出，混凝土的坍落度損失與其含氣量的損失比較一致，AEA-4這種復(fù)合型引氣劑的摻入有著良好的保坍效果。

綜合上述塑化混凝土的性能比較再結(jié)合混凝土后期的各項(xiàng)指標(biāo)，在該部位的混凝土中，我們最終選擇了AEA-4這種復(fù)合引氣劑來作為聚羧酸減水劑的一種助劑來調(diào)整其含氣量的大小。

3.2 工程應(yīng)用實(shí)例二

這個(gè)工程是錢塘江九橋的一個(gè)梁體部位，該部位混凝土強(qiáng)度等級(jí)為C50，其具體配合比如表7所示。

表7 C50梁體配合比 kg/m3

該混凝土中采用萘系減水劑，在前期的適應(yīng)性調(diào)整中，仍然用了上述四種不同類型的引氣成份來作為助劑來調(diào)整混凝土的含氣量和坍落度損失，其具體結(jié)果如圖5和圖6中所示。

從圖5中可以看出，摻入AEA-2的混凝土的氣泡較為穩(wěn)定。

結(jié)合圖5和圖6中的數(shù)據(jù)可以看出，在該體系中，AEA-2這種引氣劑的摻入使得混凝土的氣泡更為穩(wěn)定，坍落度損失更小。

4 結(jié)論

綜合以上實(shí)驗(yàn)和工程應(yīng)用的情況，我們總結(jié)出以下幾條結(jié)論：

（1）不同引氣劑所產(chǎn)生氣泡的品質(zhì)（氣泡參數(shù)）不同，對(duì)混凝土所帶來的性能也不盡相同。

（2）氣泡的穩(wěn)定性和混凝土的坍落度損失有著一定的對(duì)應(yīng)關(guān)系。

（3）不同類型的引氣劑，對(duì)于同一個(gè)標(biāo)號(hào)的混凝土，即使含氣量調(diào)整的完全一樣，其抗凍性能也未必一樣。

（4）不同的引氣劑復(fù)合使用比單一使用有著更好的適應(yīng)性。

（5）不同的引氣劑與不同的減水劑復(fù)合使用時(shí)也存在著適應(yīng)性和協(xié)同效應(yīng)。

[1]綠川雅之等.各種引氣劑及抑泡劑對(duì)混凝土經(jīng)時(shí)變化狀態(tài)等的影響[J].混凝土.2009（3）：70-72

[2]施惠生 孫振平 鄧愷等.混凝土外加劑實(shí)用技術(shù)大全[M].中國建材工業(yè)出版社, 2008.

[3]罩立香,混凝土的硫酸鹽侵蝕機(jī)理及其影響因素[D]湖北：武漢工業(yè)大學(xué)，1998．

[4]N.S. Berke, M.P. Dallaire, M.C. Hicks, A. Kerkar, New developments in shr- inkage-reducing admixtures, CANMET/ACI 5th International Conference on Super- plasticizers and Other Chemical Admixtures in Concrete. Supplementary Papers, Malhotra, 1997, pp. 971–998.

[5]S. Chandra, J. Bjfrnstrfm, Influence of cement and superplasticizers type and dosage on the fluidity of cement mortars—Part I[J], Cem. Concr.Res. 2002,32 (10):1605–1611.