一种水泥混凝土引气剂引气效果的评价方法.pdf

2 0 1 4年 第 9 期 (总 第 2 9 9 期 ) Nu mb e r 9 i n 2 0 1 4 ( T o t a l No 2 9 9 ) 混 凝 土 Co n c r e t e 实用技术 PRACTI CAL TE CHNOLOGY 一 种水泥混凝土引气剂引气效果的评价方法 柯国炬 ( 交通运输部公路科学研究所 ，北京 1 0 0 0 8 8 ) 摘要 ： 利用氢氧化钙饱和溶液模拟水泥碱液的离子环境 ， 测定不断稀释下引气剂饱和氢氧化钙溶液的表面张力 ， 找到表面张力 出现拐点的引气剂浓度， 对引气剂的引气作用效果进行定性和定量判断， 提出了一种水泥混凝土引气剂引气效果的评价方法。 测得 ： A、 B 、 C、 D四种引气剂的饱和碱液表面张力拐点时对应的浓度分别为 0 2 x 1 0 4 , 0 6 4 x 1 0 4 , 0 1 2 8 x 1 0 , 0 4 x 1 0 4 。 引气混凝土试验中， 固 定配合 比下 ， 混凝土达到 7 的含气量 ， 有效固含量 4 的引气剂 A 、 B、 C 、 D的掺量分别为水泥用量的0 0 3 0 、 0 6 0 、 1 o 、 0 0 6 0 。 关键词： 饱和碱液 ；表面张力 ；拐点浓度值 ；引气效果 ；水泥混凝土 中图分类号： T U 5 2 8 0 4 2 4 文献标志码 ： A 文章编号 ： 1 0 0 2 3 5 5 0 ( 2 0 1 4 ) 0 9 0 1 2 4 0 3 E v a l u a t i o n me t h o d a bO u t a i r e n t r a i n i n g e ffe c t o f t h e c e m e n t c o n c r e t e a i r e n t r a i n i n g a g e n t K E G u o j u ( R e s e a r c hI n s ti t u t e o f H i g h wa y Mi n i s t r yo f C o mm u n i c a t i o n ， B e ij i n g 1 0 0 0 8 8 ， C h i n a ) Abs t r a c t ： S i mu l a t e c e me nt a l k a l i i o n e n v i r o n me n t t h r o u g h c a l c i u m h y d r o x i d e s a t u r a t e d s o l u t i o n me a s u r e s u r f a c e t e ns i o n o f c o n t i n u o u s 。 l y di l u t i o n a i r e n t r a i n i n g a g e n t s a tur a t e d c a l c i u m hy dro x i d e s o l u t i o n， a nd t he n fin d the i nfle c t i o n po i n t c o n c e n tra t i o n v a l ue o f the s ur f a c e t e n s i o n A f t e r th e q u a l i t at i v e and q u a n t i t a t i v e j u d g r n e n t s o f a i r e n t r a i n i n g a g e n t e n t r a i n i n g e f f e c t s ， a c o n c r e t e a i r e n t r a i n i n g a g e n t e v a l u a t i o n me t h o d i s p r o p o s e dThe c o r r e s po n d i ng c on c e n t r a t i o n s i n fle c t i o n s a t u r a t e d l y e s u r f a c e t e ns i o n v a l u e o fA， B， C， Dr e s p e c t i v e l y a r e O 2 x1 0 ， 06 4x1 0 ， 0 1 28 x1 0 ， 04x1 0 I n e ntr a i n i ng c o n c r e t e t r i a l s ， u n de r fi xe d p r o p or t i o ns ， i n o r d e r t o ma ke the a i r c o n t e n t o fc o nc r e t e aro u n d 7 ， n e e d e d 4 s o l i d c o n t e n t e n tr a i n i n g a g e n t A ， B， C， D r e s p e c ti v e l y we r e t h e a mo u n t o f c e me n t c o n t e n t 0 0 3 0 ， 0 6 0 ， 1 o ， O 0 6 0 Ke y w or ds ： s a t u r a t e d l ye ； s ur f a c e t e ns i o n； c a l i br a t i o n o ft u r n i n g p o i n t ； a i r e ntra i n i ng e ffe c t ； c e me n t c o nc r e t e 0 引 言 鉴于改善 混凝土 的抗渗性 、 抗 冻性 和工作性 ， 现代混 凝土的高性能化离不开引气剂， 公路水泥混凝土施工技 术规范 _ lJ 规定滑模摊铺混凝土必须掺入引气剂。 目前没有统一的引气剂评价方法和评价指标 ， 最为普 遍的引气剂检测方法是新拌水泥混凝土的含气量 ( 气压法 ) ， 另外还有水泥胶砂含气量测定法 ( 密度法 ) 。 但是水泥混凝 土含气 量法 与环境气压关系很大 ， 同样的配合 比下 ， 低气 压环境 中的引气剂作用效果降低 ， 作为一种评价引气剂的 方法失去客观性。 水泥胶砂含气量( 密度法) 中， 因为影响 砂浆密度的因素众多 ， 仅仅从密度来判断含气量进而判断 引气剂作用效果显得证据不足。 结合引气剂 引气 的本质和其他因素对 引气剂 引气 的 影响机理 ， 提出一种简单易行、 合理的引气效果评价方法 具有非常重要 的意义 。 利用饱和的氢氧化钙溶 液替代水泥 浆液 的离子环境 ， 不断稀释饱 和碱液中的引气剂浓度进行 表面张力的测定 ， 通过表面张力变化拐点的饱和碱液引气 剂浓度 ， 判断引气剂的引气效果 。 收稿 日期 ： 2 O l 4 _ J 0 3 _ 2 6 基金项目：自然科学基金资助项目( 5 1 3 0 8 2 6 4 ) - 1 2 4 通常在剧烈搅动或振荡 的外力作用下 ， 水 中会卷入空 气形成小气泡 ， 但是静置后 ， 气泡很快上浮破灭 。 而当水 中 加入引气剂后 ， 经过振荡或搅动 ， 会引入大量气泡。 其原 因 是 ： 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 ， 是热力 学不稳定 的系统 ， 会 导致气 泡缩小 、 破灭。 在引气剂存在的情况下 ， 由于它能吸附到气一 液界面上 ， 降低了界面能 ， 即降低了表面张力 ， 因而使起泡 较容易。 因此引气剂引气的本质和核心是降低了体系的表 面张力 。 另外研究表明 2 - 5 电解质和某些金属离子将对引气剂 主要成分 ( 表 面活性剂 ) 的作用过程产生影响 。 首先 ， 电解 质离子会改变表面活性剂的临界胶束浓度， 改变表面活性 剂的使 用效率。 另外 ， 某些 常见 的游离态金属离子会与表 面活性剂螯合， 从而降低其活性。 而水泥水化过程中将会 产生大量 的钙离子 ，始终处于一种饱和浓度碱液离子状 态。 因此通过饱和氢氧化钙溶液模拟水泥浆液的液体环境 具有一定 的合理性。 1 试 验 1 1 原材料 ( 1 ) 水泥 选用金 隅牌 P 0 4 2 5 级水泥 ， 其化学分析如表 1 ； 表 1 水泥化学成分 Fe 2 03 Si O2 Ca O A1 2 03 M g O S O3 K2 0 Na 2 0 Lo s s 4 4 6 2 5 77 5 5 5 5 6 1 S 3 7 2 3 0 9 0 76 0 21 1 49 ( 2 ) 砂 、 石集料 细砂产 自内蒙天然河砂 ， 细度模数 2 2 8 ， 表观密度 2 6 9 0 k g m3 , 黏土含量 0 7 ； 5 2 5 mm连续级配石灰岩碎石 ； ( 3 ) 引气剂 引气剂种类 有 ： 未 知引气剂 、 皂苷 引气 剂 、 松香 热聚 物、 烷基硫酸盐。 使用前均稀释成( 4 0 3 ) 有效浓度液体 溶液 ， 推荐掺量在 0 3 0 8 ， 各项技术指标如表 2 。 表 2引气剂的技术指标 ( 4 ) 氢氧化钙 分析纯 ， 分子式 C a ( O H) ： ， 分子量 7 4 。 1 2试 验 方 法 通过饱和碱液表面张力 的改变规律来 比较引气剂的 引气效果 。 其具体步骤如下 ： 首先 配制一定 的氢氧化钙饱 和溶液备用 ， 然后配制一定浓度 A引气剂 的氢氧化钙饱和 溶液 ， 测定其表面张力 ， 作为第 1 次测定值 ； 之后通过兑入 氢氧化钙饱和溶液将 引气饱 和碱液 中引气组分 的浓度减 半， 测定其表面张力 ， 作为第 2 次测定值； 重复操作直至引 气饱 和溶液的表面张力接近非 引气氢氧化钙饱 和溶液 的 表面张力作为第 n 次测定值。 将取得的 n 个测定值绘成表 面张力一 引气饱和溶液浓度 的二维 曲线 ， 取得 曲线 出现拐 点的浓度值 。 同样 的方法可 以取得 B引气剂饱和碱液的表 面张力 出现拐 点的浓 度值 。 若 K = ， 则 固定配合 比下达到相 同的混凝土含气量需要的 A和 B引气剂的有效掺量 比值 为 K。 K值大于 1 时 ，说 明 B引气剂引气效果好于 A引气 剂 。 值越 大 ， 对应 A引气剂引气效果越差 ， B引气剂 引气 效果越好 。 引气饱和碱液表面张力的测定方法为铂金环法 。 引气 饱和碱液表面张力与氢 氧化 钙饱 和溶液表面张力相差小 于 5 时 ， 则认 为二者 的表面张力接近 。 表 面张力仪 问位 测定点( 第 1 个点与第 3 个点之间) 的表面张力值相差大 于 1 0 时，则认为 引气饱和碱液的表面张力出现拐点 。 第 2 个点认定为是拐点 。 1 3试验 结果 选取 四种具有代 表性 的引气剂 ： 未知高效引气剂 A， 三萜 皂苷类 B、 松 香热聚物类 C和烷基磺 酸盐 D。 通过饱 和氢 氧化钙饱和溶液稀释至初始浓度 4 左右 ， 测定表 面 张力 ； 然后 降低浓度至一半 ， 测定表面张力 ， 重复进行直 至 接近饱和碱液的表面张力 。 结果如表 3 和图 1 ， 绘制饱 和碱 液浓度一 表面张力的曲线， 确定拐点值， 然后进行比较。 表 3引气饱和碱液浓度一 表面张力试验数据 图 1 根据之前提 出的表面张力值 出现拐点的标准可 以推 断出四种引气剂饱和碱液表面张力拐点的浓度值如表 4 。 表 4 不同引气剂表面张力试验的拐点浓度 从结果可以看 出饱和碱液的离子环境中， A引气剂的 拐点浓度 最低 ， D引气剂稍高于 A引气 剂 ， C引气剂 的拐 点浓度值最高。 1 4引气混凝 土试验验证 固定配合 比下进行混凝 土含气量试验 ， 引气剂配制成 固含量 4 的溶液， 通过引气剂掺量控制混凝土含气量在 7 左右。 研究有效 固态掺量 、 引气饱和碱液浓度张力 拐点 值与含气量之间的关系。 1 25 混凝土配合比： 水泥 4 0 0 ， 水 2 0 0 ， 砂率 3 6 ， 碎石比： 2 ： 8 。 表 5 引气剂在水泥混凝土中的效果比较 从试验结果可 以看 出， 四组引气混凝土的坍落度控制 在 1 0 c m左右 ， 含气量控制在 7 的情况下 ， 有效固态引气 剂掺量与引气剂饱和碱液浓度的表面张力拐点存在很好 的正向关系。 相同的含气量下， 饱和碱液张力拐点浓度值 越低的引气剂需要的掺量越低， 并且掺量和拐点浓度值存 在一定的比例关 系。 因此 ， 引气剂饱和碱液浓度的表面张力拐点值反应了 引气剂表面活性组分降低体系表面张力 的能力 ， 同时反映 了引气剂在饱和水泥碱液环境中的引气能力； 拐点值浓度 越低 ， 说明引气剂的引气 能力越强 ； 具有一定 的定性和定 量关 系。 因此可 以通过引气剂饱和碱液浓度稀释的方法找 到表面张力降低拐点 ， 进而判断引气剂的引气效果 。 2结论 量分析。 ( 2 ) 在不断稀释的情况下 ， 引气剂氢氧化钙饱和溶液 的表 面张力会 出现拐点值 ， 对应的浓度是引气剂充分发挥 作用的极限浓度， 对应了引气剂的作用效果与作用能力。 表面张力拐点浓度越低， 引气剂的引气能力越强 ， 其在水 泥混凝土达到相同含气量的有效掺量与拐点浓度存在一 定 的正比关系。 参考文献 ： 【 l 】J 1 1 G F 3 0 - - 2 0 0 3 ， 公路水泥混凝土路面施工技术规范【 s 】 人民交 通出版社 ， 2 0 0 3 2 郑忠， 胡纪华 表面活性剂的物理化学原理 M 广州： 华南理工 大学出版社 ， 1 9 9 5 【 3 吴耀国， 李建国， 等 溶液中表面活性剂临界胶束浓度降低措施 的研究进展 J 现代化工 ， 2 0 1 0 ( 1 ) ： 2 5 2 9 I 4 】MI YAG I S HI S ， OK AD A K， AS AKA WA T S a l t e f f e c t o n c ri t i c a l mi c e l l e c o n c e n t r a t i o n s o f n o ni o n i c s u r f a c t a n t s - a c y l -N- me t hy l g l u - c a m i d e s ( M E G A n ) J 1 J o u r n al o f C o l l o i d a n d I n t e r f a c e S c i e n c e ， 2 0 01， 23 8： 91 9 5 5 柯国炬， 田波 ， 王稷良路面混凝土引气剂评价方法的研究 J 建 筑材料学报， 2 0 1 4 ( 6 ) 作者简介 ( 1 ) 引气剂的氢氧化钙饱和溶液表面张力的稀释试 验 联系地址 通过模拟的水泥浆碱液离子环境 ， 判断引气剂的引气作用 效果 ， 对引气剂在水泥混凝土中的引气能力进行定性和定 联系电 话 柯国炬( 1 9 8 3 一 ) ， 男， 工程师。 北京市海淀 区西土城路 8 号 交通运输部公路 科学 研究所 ( 1 0 0 0 8 8 ) 1 5 8 01 28 05 7 6 1 26