三种引气剂对混凝土的抗渗性能影响

2020-10-27

四川水泥 2020年10期

（安阳职业技术学院，河南安阳 455000）

0 引言

混凝土的耐久性关系到建筑物的实际体验，关系到建筑成本投入的实际利用率，是一项关系到国计民生的工程。混凝土的耐久性是指混凝土结构抵抗其所处环境介质对自身的作用，并且长期保持混凝土结构的良好使用性能和其外观的完整性。在水压力存在下，水分通过混凝土内部的毛细孔道从压力大的一面向压力小的一面移动。所以毛细孔道的结构和数量是影响混凝土渗透性能力的重要因素。引气剂是一种混凝土外加剂，属于表面活性剂的一种。他的作用机理是在混凝土搅拌过程中产生大量结构稳定、可以持续存在的气泡。这些气泡的稳定存在可以改善混凝土的工作性、耐久性、抗冻融循环能力。

1 引气剂的选用

引气剂在混凝土搅拌过程中可以引入大量可以稳定存在的均匀微小的气泡，这些气泡由于自身的憎水与亲水基团改善了混凝土内部的毛细孔道网，减小了水灰比，而对新拌混凝土性质和硬化混凝土性质产生了影响。本文选用了三种具有代表性的常见引气剂来研究引气剂对混凝土的抗渗性能影响。

三种引气剂分别为松香酸钠引气剂、月桂酰肌氨酸钠类引气剂、木质素磺酸盐类引气剂。松香酸钠引气剂，表观为棕褐色液体，PH 值10.0，月桂酰肌氨酸钠类引气剂表观为浅黄色液体，PH 值为8.0，木质素磺酸盐类引气剂表观为棕黄色粉末，PH 值为5.0

制备工艺如下：

1.1 松香酸钠引气剂的制备。

在水中加入氢氧化钠，边搅拌边升温至80 度，在搅拌的过程中缓慢加入松香粉，等到松香粉全部加入完毕后再升温至80 度～100 度，保温1.5h 后可以得到液态的松香酸钠引气剂。这种松香酸钠引气剂对于粉煤灰为骨料的引气剂具有较好的引气效果，可以将含气量控制在适宜的范围内。

1.2 月桂酰肌氨酸钠引气剂的制备。

在封闭容器内加入月桂酸，通入氮气，加热到160 度，随后加入肌氨酸钠，使得月桂酸与肌氨酸钠的摩尔比为1:1，加入肌氨酸为催化剂，使得在氮气的环境下加入反应得到月桂酰肌氨酸钠96%的转化物。本次实验所采用的引气剂成分为月桂酰肌氨酸钠、椰油酸二乙醇酰胺、聚乙二醇、骨胶的混合水溶液，质量比为100:10:8:7。

1.3 木质素磺酸盐引气剂的制备。

木质素磺酸盐溶于水后边搅拌边加热，在反应温度为60℃的环境下，加入氧化剂、催化剂后反应30min，随后加入醛类物和胺类物，进行氨化反应，随后加入甲醛进行缩合反应。反应后所得产物加入脂肪醇硫酸钠、，甲基纤维素，冷却后及得到本品的液体溶液。

2 实验设计

2.1 原材料

水泥选用安徽海螺集团有限公司生产的P.042.5 ，水泥用量为330kg/m3。

粗集料选用北京产 5～40mm 连续配级石灰岩碎石，表观密度为2.68g/cm3，含泥量为0.7%，细集料选用中粗砂，细度模数为3.3，表观密度为2.66g/cm3,含泥量为0.7%。

符合国家标准的生活用水，拌合用水所含物质不会对钢筋造成腐蚀，不会影响混凝土的发展强度，不影响混凝土的和易性。

表3.1 拌合水的成分表

2.2 试验方法

测定混凝土的抗水渗透性能。采用《GB/T50082-2009 普通混凝土长期性和耐久性能试验方法标准》中的渗水高度法，混凝土渗透仪符合现行行业标准《混凝土渗透仪》JG/T249 的规定。本试验选用HP-40 型渗透仪。

①首先将试件拆模后，用钢丝刷去表面水泥浆膜，标准养护条件养护28d，将试件表面水分擦拭干净。可以选用石蜡或者水泥加黄油密封，本文实验选用石蜡密封。在石蜡中加入少量的松香涂裹在试件表面，将试模预热后利用螺旋加压器将试件压入直至试模冷却后撤去压力。

②启动抗渗仪，水压在24h 内控制在1.2MPa，稳定压力后记录时间，当试件某一面出现渗水时停止实验并记录好时间试件未出现渗水现象应在24h后停止实验。若水从试件周边渗出应停止实验重新密封。本次实验结果以渗水时间做为参照，每种外加剂制作试件6 组，有3 组试件出现渗水现象即可停止实验。

将试件放置在压力机上，开动压力机，将试件沿纵断面劈裂为两半，在劈裂面上绘制水痕曲线，在水痕曲线上等间距测量选取10 个检测点，衡量检测点的高度。

试件渗水高度可以取10 个检测点的算术平均值，一种引气剂的渗水高度应取6 个试件的渗水高度算术平均值。

式中：A——相对渗透系数，cm/s

H——平均渗水高度，cm

T——加压试件，s

H——水压力，12240cm

2.3 对抗水渗透性的影响

混凝土材料是由水泥、砂、石等组成的非匀质性复合材料，多组分、多孔是它的特点。这样的多孔材质势必会造成内部空隙密布，这些孔隙的分布造成了材料具有渗透性。气体、液体、化学物质都可以通过这些孔道在混凝土中渗透、移动或者迁移。环境中的各类侵蚀性物质只有通过渗透才能破坏混凝土的内部结构。所以，渗透性可以用来衡量混凝土抵抗外界侵蚀的一种能力。

添加引气剂后，材料的孔隙率、平均孔径、临界孔径均会增大，引气剂添加后气泡直径＜1000nm，这些气泡是封闭不联通的。混凝土拌合物通常水灰比要大于理论水灰比，混凝土水灰比达到0.6 时，混凝土的抗渗性能急剧下降，影响混凝土孔隙率的主要是是水灰比。水灰比越大，孔隙率越大。混凝土硬化过程中，大量水分蒸发造成混凝土内部形成了毛细孔道，另外水泥的水化作用也会加剧这种毛细孔道的产生，这些孔道就是水分渗透的途径，但是混凝土在掺入引气剂后，大量的微小气泡存在于混凝土的空隙中，大多汇集于毛细孔道上，由于大量微小的气泡对这些毛细孔道造成阻塞，引气剂表面的天然憎水基团对水分形成的包裹作用，都使得水分不能通过毛细孔道渗透。起到了切断的作用。从而提高了混凝土的抗渗性。但是当引入过多这些微小气泡时反而会使混凝土内的毛细孔道管网增大，既起不到阻塞的作用，还会使材料的孔隙率增大。这是由于气泡总数的增多，气泡间距减小，小气泡被迫融合为大气泡后溢出混凝土表面，留下了较大的孔隙在混凝土内部。适当的添加引气剂可以减少水灰比，改善和易性，防止沁水和沉降。从根本上减少毛细孔道的产生。当引气剂掺量为0.05%时，抗渗性可以达到最好的效果。

本次试验中，三种引气剂的对混凝土的抗渗性的影响见下图：

图2.1 引气剂对混凝土抗渗时间的影响

图2.2 引气剂对混凝土抗渗高度的影响。

引气剂的抗渗性能与抗渗时间与时间正比，与抗渗高度成反比。引气剂添加后，随着含气量的增大，抗渗时间延长，渗水平均高度减低。三种引气剂相对于不添加引气剂的混凝土来说，抗水渗透性能都得到了提高。相对而言，木质素磺酸盐引气剂对于混凝土的抗渗影响效果更为明显，渗水高度降低60%以上。月桂酰肌氨酸钠引气剂的深水高度降低40%以上。