引气剂对溶液及混凝土性能的影响

引气剂对溶液及混凝土性能的影响张小冬;高南箫;乔敏;陈健;冉千平【摘要】对比了自制引气剂PYQ与常用引气剂K12、AES、AOS的溶液性能、新拌混凝土性能及硬化混凝土性能.结果表明:起泡能力从优到差依次为K12>PYQ>AES>AOS,泡沫稳定性从优到差依次为PYQ>AOS>AES>K12;保持混凝土初始含气量相同,气泡间距系数从小到大依次为PYQ<AOS<AES<K12,直径20～200μm有效气泡个数从多到少依次为PYQ>AOS>AES>K12,1 h含气量-硬化含气量-气泡间距系数-孔径分布-稳泡能力间存在关联性规律,1 h含气量越大,硬化含气量越大,气泡间距系数越小,20～200μm有效气泡个数越多,稳泡性越优,气泡间距系数可准确反映出引气剂引入的气泡稳定性;PYQ的引气及稳泡性能佳,对混凝土强度影响低,能有效改善混凝土的抗冻性.%The solution properties,fresh concrete properties and hardened concrete properties of homemade compound air-en-training agent PYQ and common air-entraining agents K12,AOS,AES are compared. The results show that the bubble ability isK12>PYQ>AES>AOS,and the bubble stability is PYQ>AOS>AES>K12. Keep the same of initial air content, the bubble spacing co-efficient from mall to large is PYQ<AOS<AES<K12,and the number of 20～200μm effective bubbles from more to less is PYQ>AOS>AES>K12. An associated law is existent among air content, bubble spacing coefficient, pore distribution and bubble stability. The higher the air content of fresh concrete is given,the higher the air content of hardened concrete is obtained, the smaller the air-void spacing factor and the more air voids at the size of 20～200μm are also obtained,which indicates higher foam stability of thesample. The bubble spacing coefficient can accurately reflect the bubble stability of air-entraining agent. PYQ is a high per-formance air entraining agent with excellent entraining performance and foam stability,which can effectively improve the freezing resistance and slightly effect the strength of concrete.【期刊名称】《新型建筑材料》【年(卷),期】2018(045)005【总页数】5页(P36-40)【关键词】引气剂;溶液性能;抗压强度;抗冻性;气孔参数【作者】张小冬;高南箫;乔敏;陈健;冉千平【作者单位】江苏苏博特新材料股份有限公司,高性能土木工程国家重点实验室,江苏南京 211103;江苏苏博特新材料股份有限公司,高性能土木工程国家重点实验室,江苏南京 211103;江苏苏博特新材料股份有限公司,高性能土木工程国家重点实验室,江苏南京 211103;江苏苏博特新材料股份有限公司,高性能土木工程国家重点实验室,江苏南京 211103;江苏苏博特新材料股份有限公司,高性能土木工程国家重点实验室,江苏南京 211103【正文语种】中文【中图分类】TU528.042+.40 前言混凝土在搅拌过程中能引入空气形成“气泡”，所谓的“气泡”实际上是由液体薄膜包围着的气体。

但是这种气体既不均匀又不稳定，在混凝土搅拌与振捣过程中很容易移动、合并、由小变大而破裂并逸出。

而要形成稳定、细小的气泡则要借助于引气剂[1]。

混凝土引气剂就是指能使混凝土在搅拌过程中引入大量均匀、稳定、封闭的微小气泡，以改善混凝土拌合物的和易性，并在硬化后仍然能保留微小气泡以改善混凝土抗冻耐久性的外加剂[2]。

引气剂已成为现代水泥基材料中越来越普遍应用的外加剂，尤其是北美、欧洲和日本，70%以上的混凝土都掺引气剂，特别在水工、港工、道桥等重要工程更是明确规定了必须掺引气剂，应用技术比较完善，质量也比较稳定。

然而我国的引气剂尚处于推广应用阶段，究其原因，除担心引气剂会过多降低混凝土的强度，还主要与我国引气剂种类和牌号众多，质量良莠不齐，应用中经常出现质量问题有关[3-4]。

随着混凝土技术的不断发展与成熟，集优异的工作性、力学性和耐久性于一体的高性能混凝土已成为混凝土技术的主要方向，如何将引气剂的应用拓展到高性能混凝土领域，使其在改善混凝土耐久性和工作性的同时，不至于对其强度造成很大的负效应，是新型高性能引气剂的开发应关注的主要问题[5]。

本文对比了自制复合型引气剂PYQ与常用引气剂十二烷基硫酸钠（K12）、十二烷基聚氧乙烯醚硫酸钠（AES），α-烯基磺酸钠（AOS）对溶液性能、混凝土新拌性、硬化混凝土气孔参数的影响，归纳出溶液性能（起泡、稳泡）－混凝土初始及1 h含气量－硬化混凝土气孔参数（硬化含气量、气泡间距系数、气孔分布）间的一些关联性规律，试验结果表明，PYQ的引气及稳泡性能佳，对混凝土强度影响小，能有效改善混凝土的抗冻性。

1 试验1.1 原材料聚羧酸减水剂PCA：江苏苏博特新材料股份有限公司；十二烷基硫酸钠（K12/粉体）：上海顺琪国际贸易有限公司；十二烷基聚氧乙烯醚硫酸钠（AES/70%）：南京卡尼尔科技有限公司；α-烯基磺酸钠（AOS/35%）：山东临沂市兰山区绿森化工有限公司；复合型引气剂PYQ（20%）：自制，由十二烷基磺酸盐型双子表面活性剂（a），十二烷基酰胺丙基羟丙基甜菜碱（b），椰油二乙醇酰胺（c）按质量比10∶5∶1 复合而成，其中 a、b的结构式见图1。

图1 部分引气组分的化学结构式水泥：P·Ⅱ52.5，符合 GB 175—2007，南京江南小野田公司，其化学和矿物组成见表1。

表1 水泥的化学组成和矿物组成 %化学组成矿物组成SiO2Al2O3CaO Loss C3S C2S C3A C4AF 21.10 6.16 64.80 2.59 52.50 21.40 6.40 13.10 MgO 1.94Fe2O3 4.41 SO3 2.52 Na2Oeq 0.481.2 引气剂溶液性能表征方法1.2.1 起泡高度将引气剂样品用硬水（标准硬水，Ca2++Mg2+=1500 mg/L，Ca2+∶Mg2+=2.4∶1，下同）稀释，配制成活性物含量为 0.5%的溶液400 g。

采用德国Sita公司的R-2000泡沫仪测试泡沫高度。

Sita 泡沫仪参数设置：V （Sample）250 ml；N（Rotor）900 r/min；t（Stir）20次，间隔10 s/次。

1.2.2 泡沫大小将引气剂样品用硬水稀释，配制成活性物含量为0.5%的溶液400 g，往50 mL比色管中加入25 mL溶液至刻线，按紧旋塞，上下振摇10 s，比较各样品泡沫大小和均匀性。

1.2.3 泡沫稳定性将引气剂样品用硬水稀释，配制成活性物含量为0.5%的溶液100 g，将溶液倒入高速搅拌机中，9000 r/min，搅拌1 min后迅速倒入500 mL量筒中，计时（t1），至液面到达50 mL刻线时停止计时（t2）。

利用半衰期t=t2-t1表征引气剂的泡沫稳定性。

1.3 混凝土性能测试方法1.3.1 新拌混凝土测试方法基准混凝土配合比参照GB/T 8076—2008《混凝土外加剂》进行设计，具体见表2。

引气剂按水泥的质量百分比掺加，保持掺引气剂的混凝土初始含气量为（5.0±0.5）%。

参照GB/T 8076—2008分别测试混凝土的坍落度、减水率、含气量。

混凝土抗压强度参照GB/T 50081—2002《普通混凝土力学性能试验方法标准》进行测试；冻性参照GB/T 50082—2009《普通混凝土长期性能和耐久性能试验方法标准》进行测试，冻融设备采用CDR5-9型分体式混凝土快速冻融试验机。

表2 混凝土的配合比 kg/m3水泥砂 5～10 mm石子 10～25 mm石子330 729 476 7141.3.2 硬化混凝土气孔参数测试方法混凝土试件为10 cm×10 cm×10 cm的立方体，标准养护28 d，切割成厚度为1～2 cm试件，经打磨、抛光、清洁并喷涂荧光剂，待干燥后放入日本MIC-840-01型硬化混凝土孔隙结构分析仪测试硬化混凝土气孔参数（含气量、气泡间距系数、平均气泡直径、孔径级配）。

在测试软件中，输入水泥浆体含量、测试范围、阈值等参数，并用模板标定尺寸后，自动采集数据并自动计算得到结果。

2 结果与讨论2.1 不同引气剂性能对比引气剂的主要作用在于掺加后使混凝土在拌合时产生大量气泡并能以较稳定的形式存在，又能使这些气泡的直径较小且均匀。

溶液性能试验就是要了解引气剂的起泡及稳泡性能。

图2为不同品种引气剂溶液的泡沫高度。

图2 不同引气剂溶液的泡沫高度由图2可见，相同溶液浓度下，AOS最大泡沫高度最小，约为390 mL，AES最大泡沫高度约为625 mL，K12最大泡沫高度最大，约为710 mL，PYQ最大泡沫高度约为676 mL，略小于K12。

最大泡沫高度从大到小依次为K12＞PYQ＞AES ＞AOS。

表3为掺加不同品种引气剂溶液的泡沫大小及稳定性。

表3 不同引气剂溶液泡沫大小及稳定性（半衰期）引气剂半衰期泡沫形态K12 6'08''73 粗，较均匀AES 7'22''48 较细，较均匀AOS 9'07''48 较细，较均匀PYQ 10'35''25 细，均匀结合图2数据表明，起泡性从优到差依次为K12＞PYQ＞AES＞AOS，泡沫稳定性从优到差依次为 PYQ＞AOS＞AES＞K12，PYQ起泡性较优，泡沫细密且稳定性优。