引气剂与消泡剂对清水混凝土性能与表观形貌的影响.pdf

2 0 1 4 年 第 1期 (总 第 2 9 1 期 ) Nu mb e r 1 i n 2 0 1 4 ( T o t a l No ． 2 9 1 ) 混 凝 土 Co n c r e t e 预拌混凝土 READY M I ) ( ED CONCRETE d o i ： 1 0 ． 3 9 6 9 ~ ． i s s n ． 1 0 0 2 - 3 5 5 0 ． 2 0 1 4 ． 0 1 ． 0 3 1 引气剂与消泡剂对清水混凝土性能与表观形貌的影响 黄快忠，龚明子，陈茜。刘尊玉，李式龙，连亚明 ( 厦门市建筑科学研究院集团股份有限公司，福建 厦门 3 6 1 1 0 0 ) 摘要： 引气剂与消泡剂对清水混凝土的性能 与表观形貌有重要的影响。 论述了不同引气 和消泡比例的聚羧酸高效减水剂对 清水混凝土流动性、 含气量、 强度与硬化后表观形貌的影响。 为使清水混凝土表现出更好的性能和美观的表面形貌， 两者存在一 个最佳比例。 结果表明： 当引气剂掺量为 2 ％o o 、 消泡剂掺量为 1 ％o o 时 ， 清水混凝土的表观形貌最佳 。 关键词： 引气剂 ；消泡剂；清水混凝土；表观形貌 中图分类号： T U 5 2 8 ．0 4 2 文献标志码 ： A 文章编号： 1 0 0 2 — 3 5 5 0 ( 2 0 1 4 ) 0 1 — 0 1 i I - 0 3 St u d y o n e ffe c t s o f a i r — e n t r a i n i n g a nd a n t i - f o a m i n g o n p e r f o r ma n c e a n d a p p a r e n t mor p h o l o g y o f f a i r - f a c e d c o n c r e t e HUANGKu a i z h o n g， GONGM i n g z i ， CHENXi ， LI U Zt myu， LIS h i l o n g， LI AN Ya r n i n g ( Xi a me nA c a d e m yo f B u i l d i n g R e s e a r c hG r o u p C o ． ， L t d ． ， X i a m e n 3 6 1 1 0 0 ， C h i n a ) Ab s t r a c t ： T h e r e a r e i mp o r t a n t e ff e c t s o f a i r ． e n t r a i n i n g a d mi x t u r e a n d a n t i ． f o a mi n g a d mi x t u r e o n p e r f o r man c e o f c o n c r e t e ． I t d i s c u s s e d t h e i nflu e n c e o f t he d i ffe r e n t a i r - e n t r a ini n g an d a n t i — f o a mi ng r a t i o i n p o l y c a r b o x yl a t e s u pe r p l a s t i c i z e r o n c o nc r e t e flui d i t y， a i r c o n t e n t an d s t r e n g t h．The o p t i ma l r a t i o be t we e n the tw o ma d e pl a i n f a i ~f a c e d c o n c r e t e s h o we d be t t e r pe r f o r ma n c e a n d a p p a r e m mo r p ho l o g y．The r e — s ui t s s ho we d t h a t ， wh e n a i r — e n t r a i n i ng a dm i x t ur e d o s a g e wa s t wo o v e r t e n t ho us a n d a nd an t i — f o a ming d o s a g e wa s on e o v e r t e n t ho us a nd， the a p pare nt mo rph ol o gy of f a i r — f a c e d c o nc r e t e wa s the b e s t ． K e y wor d s ： air — e n tra i n i n g a dm i x t u r e ； a n t i - f o am i n g a dm i x t u r e ； f a i r f a c e d c o n c r e t e ； a p p a r e n t mo rph o l o g y 0 引 言 近年来 ， 我国的清水混凝土随着混凝土技术的发展 得到不断进步， 其工程应用不再局限于道桥和机场， 越来 越多的工业和民用建筑也开始使用清水} 昆 凝土。 与普通 混凝 土相 比 ， 清水混凝 土要求外 观色泽均匀 、 平 整美 观 、 无蜂 窝麻 面的现象 ， 这 对混凝土 配制和施工 管理是个 很 大的挑战。 目前对于清水混凝土的研究多集中于清水混 凝土 的施工方 面 ， 而从 清水 混凝 土 自身本质的研 究很少。 为使清水混凝土的工作性 、 力学性能和美观程度达到较高 的水平 ， 混凝土 中应引入适 当量的引气剂和消泡剂变得尤 为重要 。 1 试验原材料 1 ． 1 水 泥 清水混凝土宜使用同一厂家、 同一批次、 同一等级色 泽均匀 的普通硅酸盐水 泥[ 1 ] 。 清水混凝 土表 面颜 色受水 泥 颜色的影响， 普通硅酸盐水泥的明度值较高， 颜色较亮。 本 试验均采用同一批次的润丰 P O 4 2 ． 5 级水泥， 水泥各项物 理化学指标见表 1 。 1 ． 2 粉煤灰 在清水混凝土中， 为了避免矿物掺合料对混凝土引起 收稿 日期：2 0 1 3 - 0 7 - - 0 9 表 1 水泥各项物理化学指标 3 45 2 ． 31 1 ． 9 O O ． 01 2．9 7 20 2 25 2 2 8 ． 4 2 45 ． 1 2 的表面色差， 一般选择不用或少用矿物掺合料。 当粉煤灰作 为矿物掺合料使用时， 应控制其含碳量在较低水平 。 本试 验均采用华阳电业漳州后石电厂生产的 F 类 I I 级粉煤灰。 其各项性能指标见表 2 。 表 2 粉煤灰各项性能指标 ％ 1 ． 3 骨料 砂 ： 细骨料 的颜色 、 级配和含泥量对清水混凝土表观 颜色和气孔有较大的影响。 砂子的颜色越深， 配制的混凝土 表 面颜色也越深 ； 砂子细度模数越小 ， 对表面颜色影响越 大； 砂子的含泥量越高， 混凝土表面色会偏向泥土的颜色。 本试验均采用 同一批 次的河砂 ， 细度模数为 2 ． 6 ， 级配范 围 为 Ⅱ区， 筛分曲线如图 1 所示。 石：粗骨料的级配对混凝土拌合物的流动眭影响较大。 好的级配范 围能使硬化后混凝土的外观和内部结构更好 ， 如 果无连续级配的石子 ， 可以将两种单粒级配混合成连续级 配圈 。 本试验将 5 ～ 3 1 ．5 1 1 1 1 1 1 的普通碎石与粒形较好 5 - 2 0 1 T I 1 T I 毒 褂 暇 水泥 粉煤灰 ~ ．q -e P 小石子 大石子 水 ／ ％ 比 ／ ( k g ／ m 3 ) 3 2 4 3 6 76 4 4 2 2 6 3 3 1 7 0 2． 2 0．47 4 2 2 3 5 0 2 ． 2 引气剂与消泡剂复配比例设计 引气剂能显著改善新拌混凝土的工作性。 由于引入气 泡可以增加浆体与骨料间的润滑作用 ， 以及增加浆体的黏 度和屈服应力 ， 因此引气混凝土的工作性 、 塑性 和 内聚性 得到显著提高， 相比非引气混凝土性能更好嗍 。 此外， 引气 剂对硬化混凝土性能也有积极 的作用。 当引入适当量细小 均匀的气孔时， 混凝土力学性能和各项耐久性能显著提高同 。 然而， 当引气量不当时， 混凝土强度会降低 ， 表面也会产生 许多细而密的小气孔 ， 特别是引气量大于4 ．0 ％时， 强度下 降更明显， 混凝土可能出现蜂窝麻面的现象。 11 2 消泡剂有利于混凝 土大气泡的排除 。 由于聚羧酸母液 本身含气量大 ， 再加上引气剂引入的空气 ， 易导致混凝土 外观气泡多的现象， 然而消泡剂能够降低液体的表面张力[6 1 ， 使混凝土中的气泡破裂开来，形成直径更小的微气泡， 或 经过浆体界面排出到空气中。 如果调整混凝土中的含气量 到合适的量， 就可增强混凝土的强度并使混凝土的表面更 为平整。 经过综合分析所选引气剂和消泡剂的性能， 设计了 1 2 组 配合 比， 引气剂和消泡剂的比例如图 2中所示， 减水剂的 量( 5 0 0 0 g ) 固定不变 ， 引气剂的掺量在 l ％o 一6 ％o o 之间 ， 消 泡剂 的掺量在 1 ％o o ~ 4 ％o o 之间。 引气剂悖 图2 引气剂与消泡剂的复配 E 例 3 试验结果与分析 3 ． 1 混 凝 土 工 作 性 在不同的引气剂与消泡剂比例下， 相同混凝土配合 比 试拌出的混凝土工作性不同， 各组混凝土坍落度数据如图 3 所示。 由图3 可知， 在相同消泡剂掺量下， 随着引气剂的逐 渐增大， 混凝土坍落度整体上呈增大趋势 ， 如图中 l ～ 3组 和4 - 6 组。 这是主要是因为， 在相同外加剂和消泡剂掺量下， 更高引气剂引入的微小气泡更多， 这些气泡在混凝土拌合 物中起到滚珠作用， 以及大量气泡可增加浆体的体积、 浆体 黏度和屈服应力 。 序号 图 3 不 同引气剂与消泡剂比例的坍落度 尽管引气剂的增大一定程度上提高了混凝土的坍落 度和和易性， 但是当消泡剂增加到一定程度上却会明显降 低混凝土的流动性。 各组混凝土工作性能如表 4所示。 由 表可知， 混凝土流动性大体趋势是先提高后降低的过程 ， 这是因为消泡剂在较低范围内( 1 ％o 一2 ％o o ) 混凝土工作性 主要是由引气剂起主导作用 ， 即引气量增大 ， 混凝土的流 动性提高， 然而当消泡剂提高至较高的量( 4 ％o o ) 时 ， 起主 导作用的变为消泡剂。 对比第 8 与第 1 0 组、 第 9 与第 1 1 组 ∞ 舳 加 ∞ 如 ∞ 如 加 m 可知， 在相同引气剂掺量下， 消泡剂含量更高， 混凝土的工 作性相对更差。 这时的消泡剂处于高掺量状态下，带有表 面活性的消泡剂 ， 可降低液相的表面张力 ， 使液相与气相 之间的润湿角减小嗍 。 当润湿角减小到一定程度 时， 气泡即 会脱离固体表面的吸附而破裂，一部分气体形成微小气 泡，另一部分气体逃逸至空气中。 过多的微小气泡会锁住 混凝土自由水， 使混凝土黏度提高， 但是工作性会有所下降。 因此第 1 O 和第 l 2 组会出现工作性变差的现象。 表 4 各组混凝土试拌工作性 序号 引气剂 。 。消泡剂 。 。坍落度 ／ m m 扩展度 ／ mm 流动性 3 ． 2混凝土含 气量 不同引气剂与消泡剂比例下的混凝土含气量如图 4 所示 ， 将含气量曲线按不 同消泡剂 的掺量分为 I 、 I I 、 I I I 、 Ⅳ 四个 区 ， 相 同消泡剂掺量在同一个 区。 由图可知 ， 在相同消 泡剂掺量下 ， 混凝土含气量呈现逐渐增大 的趋势 ， 然而在 区与区之 间混凝土含气 量却呈现规律稍有不 同， 如 I 区和 I I 区之间、 I I I 区与 Ⅳ 区之间。 可以看到的是 ， 第 8 组与第 1 0 组 的引气剂量相同但是消泡剂后者更高， 因此第 8 组的混凝 土含气量更高( 图中第 9 组与第 1 1 组与其相似) ， 然而第 2 组 与第 4 组的规律却 与之相反 ， 消泡剂的量更 高却表现含气 量异常偏高。 这是因为， 带有表面活性的引气剂的发泡能力 的大小， 不仅与其降低浆体表面张力的效益有关 ， 还与其 在混凝土拌合物中的渗透作用有关网 。 在 I 区中， 混凝土的 扩展度较小， 说明混凝土流动性低， 引气剂难以在浆体中 有效渗透开来。 然而在 I I 区中， 更多的消泡剂发挥其降低浆 体的表面势能的作用， 使浆体稠度更低， 引气剂更易在浆 体 中均匀地渗透。 最后 ， 在 I Ⅱ区与 Ⅳ 区中， 混凝 土的流动 性均比较好， 引气剂能在浆体中均匀的渗透 ， 因此， 含气量 曲线表现正常的规律性。 序号 图 4 不同引气剂与消泡剂 比例的混凝土含气量 3 ． 3 混凝土强度数据 混凝土的强度与其含气量是密不可分的。 虽然混凝土 引气技术已被业界广泛接受， 但是由引气不当带来的工程 质量问题和经济损失却屡见不鲜㈣。 混凝土的抗压强度随 其含气量的增加而线性降低的， 基本上含气量每增加 1 ％， 混凝土的抗压强度会下降 4 ％～ 5 ％t “ ] 。 不 同引气剂与消泡剂 比例下的混凝 土强度 如图 5 所示 。 图中 I I 区与 I v 区表现 出类似 的规律 ， 即在消泡剂 的掺量相 同的条件下 ， 混凝土 强度随着引气剂 的量的增大而逐渐降低 。 然而 ， I 区和 I I I 区 中的曲线规律异 常。 在 I 区中混凝 土的强 度相差不大 ， 这 是 因为引气剂在混凝土 中是有一个最低掺量 的。 在低于最 小掺量下， 浆体的表面张力并没有明显变化， 此时的强度 不仅和含气量有关， 还与其他因素有关， 例如气泡的分布 及形态[ 1 2 ] 。 从第 l 组 ( 第 2 组 和第 3 组 与其相似 ) 混凝土试 块表面壳观察到： 气泡分布不均匀， 孔径大小也相差较大， 因此 I 区的混凝土强度呈现出不规律性 ； 而第 1 0 组( 第 1 1 和 第 1 2 组与其相似) 中气泡孑 L 分布较均匀， 孑 L 径大小也较集 中， 因此 Ⅳ 区的混凝土强度呈现线性下降的趋势 。 在 I I I 区 中， 第 8 组强度异常是因为混凝土试拌完后停留时间过长， 混凝土坍落度损失大， 振捣不密实所致。 5 5 5 0 4 5 4 O 3 5 30 25 慧 2 0 1 5 1 0 5 0 序 号 图 5 不同引气剂与消泡剂比例下的混凝土强度 3 ． 4 清水混凝土表 观形貌 清水混凝土表面气孔 的形成是一个非常复杂 的过程 ， 与许多影响因素有关， 包括搅拌过程、 混凝土配合比参数、 外加剂性能、 脱模剂性能、 模板材质以及施工过程等。 正因 为气孔形成的复杂性 ， 任何定量分析清水混凝土表面气孔 的有效性均是值得怀疑的。 本研究将结合外加剂与} 昆 凝土 性能 ， 定性分析清水混凝土气孔形成机理。 P o w e r s 描述了气泡在混凝土中的形成过程 。 混凝土含 气系统的形成分为两个过程 ： 一个过程是气泡的形成 ， 空气 在涡流作用下被包裹住； 另一过程是气泡的稳定， 在搅拌 过程中， 当混凝土落在空气上时， 细集料会形成一个所谓 的三维空间的薄膜 [1 3 ] 。 当形成 的气泡能稳定地存在于混凝 土中时， 清水混凝土表面就易形成气孔多的现象。 一般而言 ， 新拌混凝土中的气孔是不稳定存 在的[ 。 然而 当混凝土流 动性较低时 ， 气泡在混凝土 中的移动受到阻碍 ， 降低了气 泡破裂 和排出的可能性 ， 因此气泡的尺寸较大 、 分布不均 匀 、 形 状也较不规则( 如图 6 所示 ) 。 当通过 提高含气量来 增加混凝土的流动性时 ， 虽然气泡能够较 自由的移动 ， 但是 混凝 土中的小气 泡太 多 ， 难 以在短 时间内迅速排 除 ， 因此 下转第 1 2 O页 1 1 3