消泡劑對清水混凝土性能影響的研究

李 遠(yuǎn)，劉 棟，卞周宏，蔡 祥，黃紹龍

(1.武漢地產(chǎn)開發(fā)投資集團有限公司，武漢 430022；2.湖北綠緣新型材料科技有限公司，黃岡 438000；3.湖北大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院，武漢 430062)

近年來，我國在基本建設(shè)方面取得了矚目成就，其中橋梁的建設(shè)尤其受到好評。不同以往，現(xiàn)在的橋梁建設(shè)既要滿足服役性能等質(zhì)量要求，還要兼顧與橋梁周邊整體風(fēng)貌的相輔相成。清水混凝土以其獨有的原始質(zhì)感和兼具外觀平整、色澤均勻等優(yōu)點，受到越來越多工程建設(shè)尤其是橋梁建設(shè)的青睞。

但普通的清水混凝土由于配制不科學(xué)等原因，易產(chǎn)生表面宏觀缺陷，如：表面氣泡、色澤不均等。為解決此問題，可采用在清水混凝土中引入消泡劑的辦法，消泡劑是一種能防止混凝土拌合物中氣泡產(chǎn)生或使原有氣泡減少的外加劑[1]。但消泡劑摻量過高時，含氣量降低，混凝土工作性能開始下降[2]。因此可采用“先消后引”的方案，即再在清水混凝土中引入引氣劑，達(dá)到消除混凝土中大氣泡的同時引入小氣泡的目的，以此得到工作性能優(yōu)良的清水混凝土。

1 試 驗

1.1 原材料

1)水泥

試驗選用武漢媧石股份有限公司生產(chǎn)的媧石水泥P·O42.5，，其技術(shù)指標(biāo)見表1。

表1 水泥的化學(xué)成分及礦物組成 /%

2)外加劑

試驗選用自制聚羧酸系減水劑作為母液，市售PAC型消泡劑，市售LP.HW10型引氣劑。將外加劑的固含量稀釋為25%，以減小試驗誤差。

3)細(xì)集料

試驗選用細(xì)度模數(shù)為2.6，含泥量0.5%的河砂。

4)粗集料

試驗選用粒徑5～25 mm，連續(xù)級配的碎石。

5)粉煤灰

試驗采用細(xì)度為17.2%，需水量比98%的Ⅱ級粉煤灰。

6)水

選用普通自來水。

1.2 方法

試驗根據(jù)工程應(yīng)用中橋梁不同部位的施工要求，將C30、C40和C50高性能清水混凝土設(shè)為研究對象，通過實驗，確定各標(biāo)號混凝土的最佳外加劑復(fù)配比例。三種不同標(biāo)號混凝土的配合比見表2。

表2 三種標(biāo)號清水混凝土的配合比

2 結(jié)果及分析

2.1 橋墩橋柱用C30、C40清水混凝土最佳外加劑復(fù)配

工程中針對不同橋梁的不同部位，其設(shè)計的鋼筋密度也是不同的，故對混凝土的工作性能要求也不同。橋墩橋柱的鋼筋用量相對較少，一般來說，滿足施工要求的混凝土坍落度在140～180 mm之間，此時清水混凝土中可以只摻入消泡劑，這樣既能滿足對混凝土工作性能的要求，又符合經(jīng)濟效益。

采用C40配合比單摻PAC型消泡劑進行復(fù)配試驗，得到消泡劑單摻時對清水混凝土的性能影響如表3所示。

表3 消泡劑單摻對混凝土性能的影響

試驗結(jié)果表明：隨著消泡劑摻量的增多，混凝土含氣量持續(xù)降低，坍落度與擴展度逐漸減小。當(dāng)消泡劑的摻量在6×10-4～8×10-4時，清水混凝土中的含氣量在2.0%以下，此時清水混凝土的流動性好，工作性能比較完美；當(dāng)消泡劑摻量增大到10×10-4時，混凝土含氣量下降為1.1%，由于混凝土的含氣量較低，拌合物的包裹性明顯變差，在其四周出現(xiàn)了輕微的泌漿現(xiàn)象[3]，不足以支撐起飽滿的漿體，和易性差，不滿足泵送性能[4]，此時混凝土的工作性能無法勝任工程要求。通過對比成型后的試驗樣塊，可以發(fā)現(xiàn)隨著消泡劑摻量的增加，清水混凝土的表面會從平整光滑的鏡面效果變得粗糙多孔。這是由于混凝土中的氣泡無法全部通過消泡劑來消除，需要通過振搗工藝來消除一部分氣泡，而混凝土在振搗時，其流動狀態(tài)至關(guān)重要，消泡劑摻量較高時，混凝土含氣量較低，流動性差，振搗時氣泡難以排除，因而會在成型后的混凝土表面形成孔洞。綜合考慮，消泡劑的摻量應(yīng)在8×10-4為宜。選取摻量為8×10-4的消泡劑分別摻入C30、C40清水混凝土中，并與普通C30、C40清水混凝土做對比，得到試驗結(jié)果如表4所示。

表4 橋墩橋柱用C30、C40清水混凝土性能指標(biāo)

綜上所述，采用自制聚羧酸減水劑與PAC型消泡劑進行復(fù)配，在PAC型消泡劑的摻量為8×10-4時，所制備的混凝土完全符合橋墩橋柱用C30、C40清水混凝土的設(shè)計要求。

2.2 C50梁高性能清水混凝土專用外加劑制備

由于橋梁設(shè)計的鋼筋密度相對較大，且結(jié)構(gòu)較為特殊，致使其在振搗工序時有一定的操作難度，因此需要清水混凝土有較好的工作性能，一般要求其坍落度在180 mm以上，這要求混凝土中有充足的含氣量，以保證其流動性，所以單純的摻入消泡劑已經(jīng)很難滿足施工要求，為此，需要加入合適比例的引氣劑，在清水混凝土引入適量的小氣泡，這些小氣泡在混凝土中形成“滾珠”效應(yīng)，可以顯著改善混凝土的工作性能。

采用1.2中C50清水混凝土的配合比進行實驗，探討不同摻量的消泡劑和引氣劑復(fù)配時對清水混凝土工作性能的影響，實驗結(jié)果如表5所示。

表5 消泡劑和引氣劑對清水混凝土工作性能的影響

由表5可知，引氣劑在清水混凝土中引入小氣泡，改善了混凝土的工作性能，在消泡劑摻量不變時，摻入適量的引氣劑可以明顯改善混凝土的坍落度和擴展度，但是當(dāng)引氣劑摻量過低時，清水混凝土中含氣量較低，流動性差，混凝土工作性能變差，無法達(dá)到施工要求；當(dāng)引氣劑摻量較高時，雖然混凝土的流動性變好，但其成型脫模后的鏡面效果非常不理想，說明引氣劑的摻量較大時，會使混凝土的含氣量過高，小氣泡融合成大氣泡，混凝土可能出現(xiàn)蜂窩麻面的現(xiàn)象[5],無法做到表面平整美觀，違背了清水混凝土的設(shè)計要求。綜合考慮，引氣劑的摻量應(yīng)在5×10-5為宜。

由表5中數(shù)據(jù)得知，在消泡劑摻量為8×10-4，引氣劑摻量為5×10-5時，C50清水混凝土中的含氣量為2.6%，仍處于一個較多的量。因此可將引氣劑的摻量固定為5×10-5，繼續(xù)嘗試增加消泡劑的摻量，以求達(dá)到降低混凝土含氣量的效果，操作時，將引氣劑加入自制聚羧酸減水劑中，通過計算，應(yīng)摻入母液外加劑的比例為1.6%，此時嘗試?yán)^續(xù)增加消泡劑的摻量，得到試驗結(jié)果見表6。

表6 消泡劑摻量對C50清水混凝土性能的影響

通過表6可知，以自制聚羧酸型減水劑作為母液，引氣劑摻量為5×10-5不變的情況下，隨著消泡劑摻量的增加，清水混凝土中的含氣量持續(xù)降低。當(dāng)消泡劑摻量為0.12%時，混凝土中含氣量為2.4%；當(dāng)消泡劑摻量為0.14%時，混凝土中含氣量為1.9%，此時清水混凝土的各項性能指標(biāo)比較優(yōu)秀，含氣量較為合適，混凝土工作性能較好，易于施工作業(yè)；而當(dāng)消泡劑摻量增加至0.16%時，混凝土中含氣量降低幅度放緩，此時坍落度和擴展度等指標(biāo)不太理想，混凝土的工作性能變差，因此確定消泡劑的最佳摻量為0.14%。采用自制聚羧酸減水劑，摻入14×10-4的消泡劑和5×10-5的引氣劑，配置成C50高性能清水混凝土外加劑，制備出的清水混凝土基本性能如表7所示，成型后的效果圖如圖1所示。

表7 橋梁用C60清水混凝土的基本性能

3 結(jié) 論

a.以自制聚羧酸減水劑為母液，摻入適量的消泡劑和引氣劑可顯著改善清水混凝土的工作性能，制備出符合設(shè)計目標(biāo)的清水混凝土樣品。

b.制備橋梁橋柱用C30、C40清水混凝土，綜合設(shè)計要求和經(jīng)濟效益，只需在自制聚羧酸減水劑母液中摻入8×10-4的消泡劑，就可得到工作性能良好的清水混凝土。

c.針對橋梁用C50清水混凝土，由于其結(jié)構(gòu)較為特殊，因此需要引入引氣劑。在聚羧酸減水劑母液中摻入14×10-4的消泡劑和5×10-5的引氣劑，可以得到性能優(yōu)良的C50清水混凝土。