烷基酯硫酸钠引气剂用量对水泥净浆、砂浆和混凝土性能的影响研究

2021-08-28何必平邓其林刘兴龙宋海洋

商品混凝土 2021年8期

何必平，邓其林，刘兴龙，宋海洋

（科之杰新材料集团有限公司，江西南昌 330000）

0 绪论

众所周知，我国是一个基建大国，混凝土在基建中的作用不言而喻。随着现代建筑业的发展，各种复杂的现场情况对于现代混凝土行业有着越来越严峻的挑战，混凝土外加剂的出现及发展，可谓是缓解了当前混凝土行业各种棘手的疑难杂症。环境的艰难，则对于外加剂提出了更高的要求，引气剂在解决混凝土和易性、抗冻性、抗渗性等耐久性方面发挥着至关重要的作用，也是延长混凝土寿命、解决耐久性等严峻问题的必备外加剂[1]。本文通过采用引气剂梯度变化试验，来探究引气剂适应性的影响规律，为今后混凝土行业中引气剂的用量选择方面提供一定的理论指导。

江西、湖北地域的区域跨度大，河砂、海砂供求不足，机制砂占比高，品种波动幅度较大，且砂石粒径粗，级配不佳，在实际生产中易出现泌水、离析等问题。因此对于外加剂行业也提出了更高的标准，出于对当下混凝土市场材料纷繁复杂的情况的忧虑，为更好应对材料导致的一些情况，特研究引气剂的适应性，尤其是在混凝土中。

1 引气剂的引气特性

根据研究，混凝土引气剂引气特性的表现形式，主要分为三个方面：（1）水溶性；（2）起泡性；（3）稳泡性。

1.1 水溶性

引气剂是一种表面活性剂，其中引气剂水溶性的高低起着非常关键的作用。当混凝土中加入引气剂后，在混凝土空气体系中，引气剂分子很快吸附在相界面上。引气剂分子由憎水基和亲水基组成，当其引入水泥混凝土中时，憎水基指向空气，亲水基指向气泡液面，并且形成定向排列，发生作用。如果引气剂的水溶性较好，由于吸附作用，引气剂加入后能大大降低整个体系的自由能，使得在搅拌过程中，容易引入较小的气泡[2]。

1.2 起泡性

混凝土中引入的气泡属于溶胶性气泡，这与纯净水起泡作用不同。一般来说，纯净水是不会起泡的，当人为地快速搅动或振荡作用下，使水中卷入很多小气泡，但是静置后，气泡立即上浮而破灭。但是当混凝土或水中加入引气剂后，经过搅拌，便引入大量气泡，而且这些气泡不会随即上浮破灭（图 1 为混凝土内部气泡）。这是因为液体表面具有自动缩小的趋势，而起泡是一种界面面积大量增加的过程，在表面张力不变的情况下，必然导致体系自由能大大增加，这是热力学不稳定的系统，会导致气泡缩小、破灭[3]。但在引气剂存在的情况下，由于它的吸附作用，降低了系统界面能，即降低了其表面张力，因而改善了其起泡性，使起泡较容易。

图1 混凝土内部气泡

1.3 稳泡性

引气剂的稳泡性是引气剂同样重要的特征之一，通过研究发现，稳泡性差的引气剂加入混凝土中，在搅拌过程中也能引入大量微小气泡，但是当混凝土静置一定时间，或经过运输或浇注过程中，混凝土的含气量却大大下降，大部分气泡都溢出消失了，这就涉及到引气剂稳泡性能的重要性。而稳泡性较好的引气剂则不同，掺入后，不但能使混凝土在搅拌过程中引入大量微小气泡，而且这些气泡能较稳定地存在，这是使硬化混凝土中存在一定结构的气孔的重要保证，也是对改善混凝土抗冻性、耐久性等性能的关键[4]。

2 试验原材料

2.1 引气剂

代号为 Y，上海某公司生产，其性质如表1 所示。

表1 引气剂的相关性质

2.2 聚羧酸减水剂

聚羧酸系减水剂，代号为 Ad：试验采用福建某公司生产的母液 A（含固量 49.17%，醚类常温工艺保坍母液）、母液 B（含固量 48.81%，醚类常温工艺减水母液）。试验用母液配制成品减水剂，配制成品减水剂过程只采用葡萄糖酸钠（含固量 98.52%）作为缓凝剂，并以水稀释成高效减水剂。引气剂按照外加剂配方总量的 0、0.3‰、0.6‰、0.9‰、1.2‰、1.5‰ 梯度添加，编号为 A～F 组，即 A 组为空白组，其余为试验组。如表2 所示。

表2 外加剂试验配方 g

2.3 水

水为饮用自来水，代号为 W，符合 JGJ 63—2006《混凝土用水标准》中规定的拌合用水。

2.4 碎石

代号为 G，5～25mm 连续级配，各性能指标如表3 所示。

表3 碎石的性能指标

2.5 砂

江西赣江河砂，代号为 S，细度模数 2.4，含泥量 0.3%，松散堆积密度 1470 kg/m3。

2.6 粉煤灰

Ⅱ级粉煤灰，代号为 FA，细度 18.3%，需水量比 101%，烧失量 3.6%。

2.7 水泥

水泥共有 3 种，分别为洋房 P·O42.5 水泥、南丰 P·O42.5 水泥和万年青 P·O42.5 水泥。其各种性能指标如表4 所示。

表4 水泥性能指标

3 试验方法

水泥净浆和胶砂试验按照 GB/T 8077—2012《混凝土外加剂匀质性试验方法》规定进行，混凝土拌合物性能试验按照 GB/T 50080—2016《普通混凝土拌合物性能试验方法标准》规定进行，混凝土立方体抗压强度试验按照 GB/T 50081—2019《混凝土物理力学性能试验方法标准》规定进行试验。

4 试验数据处理及分析

4.1 净浆试验分析

净浆试验配合比如表5 所示。不同外加剂配方下水泥净浆试验结果如表6 和图 2 所示。

图2 不同水泥净浆流动度与引气剂掺量的关系

表5 水泥净浆配合比 g

表6 不同外加剂配方下水泥净浆流动度 mm

如图 2 所示，随着引气剂掺量的提高，三种水泥基本上初始净浆流动度都是减小的，呈现出缓慢下降的趋势。三种水泥，1h 净浆流动度均比初始净浆流动度大。总体上，随着引气剂掺量的增加，初始净浆流动度和 1h 净浆流动度均逐渐减小。

4.2 水泥砂浆试验分析

砂浆试验配合比如表7 所示。砂浆试验结果数据如表8 所示。

表7 水泥砂浆配合比 g

表8 砂浆测试分析

对于砂浆而言，各水泥初始均无较大幅度波动，损失也在正常范围以内，引气剂含量增加，砂浆表面起泡越明显，蓬松感越强烈，其容重也都是随着引气含量的增加而逐渐递减。

4.3 混凝土试验分析

4.3.1 C30 混凝土性能试验

C30 混凝土配合比如表9 所示。依次选择 A～F 组减水剂，按照相同掺量进行 C30 混凝土试验，对比初始坍落度、扩展度、1h 经时损失变化及强度。其性能对比数据如表10 所示。

表9 C30 混凝土试验配合比 kg/m3

表10 C30 配合比混凝土性能

通过表10 可以明显看出，随着外加剂配方中引气成分的增高，含气量逐渐递增，容重越来越小。

由图 3 及表10 可知，除去不同水泥适应性不同的影响外，C30 混凝土的初始坍落度和扩展度及 1h 坍落度和扩展度均呈现随着引气含量的提高先增大后减小的现象。由此可见，适当的引气剂在低强度等级混凝土中能够有效提高混凝土的和易性，减少离析和泌水的发生。引气含量过高，浆体孔隙间的填充水被吸附在气泡表面，使胶材颗粒间的水分减少，骨料间填充的浆体变得干稠，导致混凝土的和易性降低。

由图 4 可以看出，低强度等级混凝土强度变化较为平缓，整体变化趋势与混凝土坍落扩展度的变化较为一致。这种情况的产生，主要是气泡带有一定的“滚珠效应”，引气剂的增加，减小了骨料之间的摩擦力，很大程度上增加了浆体的润滑作用，提高了混凝土自身的流动性，增强了混凝土的密实程度，从而导致混凝土强度的稍有提高，但随着引气剂掺量的进一步提高，混凝土各龄期强度稍有降低。

4.3.2 C50 混凝土性能试验

C50 混凝土配合比如表11 所示。依次选择 A～F 组减水剂，按照相同掺量进行 C50 混凝土试验，对比初始坍落度、扩展度、1h 经时损失变化及强度。其性能对比数据如表12 所示。

表12 C50 配合比混凝土性能

由表12 可以明显看出，在高强混凝土中，依旧呈现出和低强混凝土相同的情况，即随着外加剂中引气组分的提高，混凝土含气量逐渐递增，容重逐渐递减。但相比较而言可以发现，高强混凝土比低强混凝土较易引气，但由于胶凝材料高的原因，容重的变化又略显缓慢。

由图 5 及表12 可以看出，高强混凝土与低强混凝土相比，随着引气剂掺量增大，混凝土初始坍落度、扩展度变化小，但混凝土 1h 坍落度、扩展度逐渐减小，这是因为高强混凝土本身就处于自流平状态，黏稠性及包裹性更佳，坍落度较平稳，扩展度损失也没有低强混凝土那么大，保水性较强。

图5 C50 混凝土扩展度

由图 6 可以明显看出，高强混凝土强度受引气组分烷基酯硫酸钠的掺量变化的影响较大，表现为强度先提高后下降，呈现类似抛物线的轨迹，增加的原因和低强混凝土类似，高强混凝土本身就很黏稠，适当引气剂提高其流动性后，使得它更加密实，导致强度提高较为明显，这是引气剂对于混凝土的“正作用”。引气剂的“负作用”，是引气越高强度越低，是由于过量引气剂的增加，产生了大量的气泡，导致混凝土的孔隙率增大，而混凝土的抗压强度与其孔结构密切相关，最终使得混凝土的抗压强度降低。