CA100引氣高效減水劑在水庫砼中的應用與研究

1、 ca-100 引氣高效減水劑在水庫砼中的應用與研究air entraining admixture and superplasticizer一、ca-100系引氣高效減水劑用途及特點 摻加ca-100系高效引氣減水劑可以提高混凝土的流動性和可塑性，減少泌水和離析，提高抗折強度10%20%。摻加本劑的混凝土熱擴散、熱傳導系數(shù)降低，混凝土的體積穩(wěn)定性和各種戶外結構的耐候性得以提高。道路混凝土廣泛使用引氣劑，有利延長道路的使用壽命。泵送砼摻用引氣劑可提高流動性和泵送壓力。引氣混凝土最顯著的優(yōu)勢是大大提高抗凍性和抗鹽凍性，對有抗凍性要求的混凝土適宜的含氣量為3%6%。1、可用于對抗凍融性能要求高的混

2、凝土、防滲混凝土、抗硫酸鹽混凝土、泌水嚴重的混凝土、貧混凝土、輕骨料混凝土、人工骨料配制的混凝土、普通混凝土以及對飾面有要求的混凝土。2、耐久性（特別是抗凍性）要求高的混凝土結構，如大壩、機場跑道、高等級混凝土公路路面、冷卻塔、水池、港工和海工結構等。3、北方地區(qū)撒除冰鹽的混凝土公路與橋梁。4、對施工和工作性要求高的混凝土工程。5、與其它外加劑復配生產(chǎn)復合外加劑。6、不宜用于蒸養(yǎng)混凝土及預應力混凝土。二、執(zhí)行標準：gb80761997三、摻量與用法1、摻量代號品 名型號狀態(tài)摻量c×%減水率，%1000引氣減水劑ca-100固體0.3101001引氣高效減水劑ca-100固體1182、

3、摻本劑的混凝土必須采用機械攪拌，攪拌時間3min。摻本劑混凝土拌和物出料至澆注的停放時間不宜過長，采用插入式振搗器振搗時，振搗時間20s。3、ca-100引氣減水劑：可顯著提高混凝土的耐久性，特別適用于對抗凍、抗?jié)B、防水和耐久性要求高的混凝土。主要技術指標減水率 10%抗壓強度比3d 115%含氣量3.55.5%7d 110%泌水率比 80%28d 110%混凝土凝結時間差初凝 60 +12090d 100%終凝 60 +120相對耐久性凍融 200 次，動彈模保留率 80%收縮率比 120%鋼筋銹蝕對鋼筋無銹蝕使用說明：與集料同時加入，但要適當延長攪拌時間。與其它外加劑復合時，必須根據(jù)試驗確

4、定其摻量及適應性。配制混凝土所用原材料應符合jgj52-92和jgj53-92的標準。4、摻引氣劑及引氣減水劑混凝土的含氣量，不宜超過下表： 粗骨料最大粒徑（ mm ）20 （ 19 ）25 （ 22.4 ）40 （ 37.5 ）50 （ 45 ）80 （ 75 ）混凝土含氣量（ % ）5.55.04.54.03.5注：括號內(nèi)數(shù)值為建筑用卵石、碎石 gb/t14685 中標準篩的尺寸。5、檢驗摻引氣劑及引氣減水劑混凝土的含氣量，應在攪拌機出料口進行取樣，并應考慮混凝土在運輸和振搗過程中含氣量的損失。對含氣量有設計要求的混凝土，施工中應每間隔一定時間進行現(xiàn)場檢驗。四、包裝、運輸、貯存及注意事項用

5、有塑料襯里的編織袋包裝，每袋凈含量25kg40kg。搬運嚴禁用鉤；防止破袋發(fā)生。貯存注意防潮。貯存期為3年。嚴禁多摻或少摻。五、重點工程應用實例 引氣劑及引氣減水劑混凝土的含氣量，不宜超過表的規(guī)定；對抗凍融性要求高的混凝土，宜采用表規(guī)定的含氣量數(shù)值。 摻引氣劑及引氣減水劑混凝土的含氣量粗骨料最大粒徑（ mm ）混凝土含氣量（ % ）101520254050801507.06.05.55.04.54.03.53.0ca-100系引氣減水劑在水庫砼中的應用主要用來改善塑性砂漿和混凝土的和易性稠度，減少泌水和離析，同時大幅度的提高硬化砂漿和混凝土的耐久性。 ca-100系引氣劑由相當少量的表面活性物

6、質(zhì)所組成，其分類如下：（ 1 ）松香鹽 松香鹽是國內(nèi)最廣泛使用的引氣劑，松香的化學結構復雜，其中含有樹脂酸類，脂肪酸和中性物質(zhì)等，樹酯酸的結構式所示。樹脂酸結構式由于樹脂酸中具有 cooh ，加堿后會發(fā)生反應生成皂類。 將松香與石碳酸 ( 苯酚 ) 、硫酸按一定比例投入反應釜，在一定溫度和合適條件下反應，該反應過程相當復雜，經(jīng)過縮合、聚合反應，變成一種分子比較大的物質(zhì)，再用過氫化鈉處理成為鈉鹽的縮合熱聚物。（ 2 ）烷芳基磺酸鹽 烷芳基磺酸鹽是最普遍的合成洗滌劑，是普通的表面活性性質(zhì)，烷基是與苯縮合的復雜石油殘余物，這種產(chǎn)物經(jīng)磺化、中和得到可溶性的鈉鹽，烷基物的碳大約為 12 。(3) 磺化木

7、質(zhì)素鹽 磺化木質(zhì)素鹽是造紙工業(yè)的副產(chǎn)品，它在混凝土中引入空氣泡的性能較差，是一種較差的引氣劑。1、作用基理 混凝土中的氣泡是由攪拌作用產(chǎn)生的，各種引氣劑的作用是使所產(chǎn)生的氣泡穩(wěn)定。在混凝土攪拌時，有兩種明顯的作用： 第一種作用是夾帶空氣，特別是渦流的作用，正如任何液體攪拌時所見到的那樣，空氣被吸入渦流，然后由于剪切作用破裂成更小的氣泡，在盤式攪拌機中，渦流由物料攪拌機葉片推動產(chǎn)生的。在鼓式攪拌機中，渦流主要存在于物料滾落下來的攪拌葉末端，為了產(chǎn)生渦流，混凝土應有一定程度的流動性，但對較干的拌合料，具有非常相似效果的一種捏合作用，使空氣被夾帶到混凝土中。 第二種作用與骨料有關，它起到所謂的三維幕

8、的作用。在攪拌過程中，當物料相互之間逐級下落，以便在粒狀物料網(wǎng)狀系統(tǒng)中引入和保持氣泡，骨料對引氣起了不可否認的作用。 在攪拌過程中，該過程對塑性混凝土帶人空氣起了作用。摻與不摻引氣劑，操作是一致的，在這兩種情況下，夾帶空氣的作用是一樣的，其主要區(qū)別在于未摻引氣劑的混凝土在攪拌過程中空氣被漿體包裹形成氣泡。當氣泡互相靠近時，會合并增大以至破裂和消失。因此，未摻引氣劑的混凝土夾帶的空氣量少，氣泡較大，摻入引氣劑的混凝土夾帶空氣量多而氣泡尺寸小。引氣劑的作用是使小氣泡穩(wěn)定并保留在混凝土中。引氣劑穩(wěn)定氣泡的第一種作用是吸附在氣泡表面，形成吸附的分子膜，在水中由極性端作用形成定向排列，如果分子帶有電荷，

9、氣泡在表面上就會獲得這種電荷，這樣在攪拌時當兩個氣泡互相靠近時，它會受到靜電的相斥作用，使其分開。 引氣劑穩(wěn)定氣泡的第二種作用是使氣泡周圍的定向排列的水層，可能達到幾個分子的厚度，這種所謂的水合膜也可起分隔氣泡的作用，并使其穩(wěn)定和散凝。在不改變氣泡勢能的非離子引氣劑吸附層的情況下，也有這種作用，與離子型引氣劑相比，非離子型的引氣劑的夾帶的空 氣量較少，而且氣泡較大。 引氣劑吸附在氣泡表面上和降低表面張力的另一作用是使氣泡合并和破裂的可能性減小。氣泡穩(wěn)定性增大。 吸附膜和表面張力必然降低，也使氣泡穩(wěn)定，防止由馬蘭各尼效應 ( 因界面張力梯度引起的液體流動 ) 引起的機械變形的斷裂，這種效應使氣泡

10、局部恢復到原來形狀，因為變形使吸附層濃度降低，結果局部表面張力增大，可抵消機械變形，同樣使氣泡穩(wěn)定。 陰離子引氣作用的第二種方式似乎與混凝土液相組成產(chǎn)生的沉淀有關，從應用的目的講，這是指其鈣鹽不可溶的程度，由于溶液中鈣離子濃度迅速地隨水泥水化進展而很快增大，幾分鐘后就為 ca(oh) 2 所飽和。這樣一來，如引氣劑的鈣鹽比 ca(oh) ：更難溶，就會由溶液中沉淀，如果陰離子吸附和集中在氣泡的表面，這種沉淀會大量地在氣泡表面上形成。這種薄膜在氣泡表面上形成，并具有足夠的厚度和強度，有助于使氣泡穩(wěn)定和阻止凝聚。 這些沉淀膜作用方式可能對于保護膠體是必要的，由于空間效應阻止氣泡互相接近，保持分散和

11、防止凝聚，這種作用在許多系統(tǒng)中是常有效的。 如果全部引氣劑與水泥水化產(chǎn)物反應沉淀出來，假定沒有一點使表面張力降低。有關這方面為數(shù)不多的試驗結果是不一致的。有的認為，由于全部引氣劑從溶液中沉淀出來，而沒有足夠的殘留下來形成氣泡和降低表面張力，就可獲得引氣，而另外一些研究者指出，在溶液中殘留的引氣劑對得到滿意的引氣量是重要的。 眾所周知，許多引氣劑是復雜的混合物，其中一部分生成不溶性的沉淀，溶液中留下其他的組分吸附在氣泡表面上，并降低表面張力，已知陽離子和非離子的表面活性劑在混凝土中不能形成不溶性的沉淀，可以引氣。此外，像磺酸鹽一類可溶性鈣鹽的陰離子引氣劑也可作為好的引氣劑，這似乎表明，不可溶薄膜

12、作用不是必需的，但對這一過程有明顯的重要性。 引氣劑穩(wěn)定氣泡體系的另一方式是由于吸附在水泥顆粒上。當水泥顆粒與水接觸時，它們迅速地被細分散的水化硅酸鈣的水化產(chǎn)物所覆蓋，這層薄膜不透水可達到使水化迅速停止的程度，并且這種所謂的誘導初期持續(xù)一段時間，大約一直到初凝，在此期間，此后氣泡體系被固定下來。 由于有可能吸附鈣離子的細分散的水化產(chǎn)物帶有正的表面電荷，可以假定：以后引氣劑吸附是由于正電性表面與陰離子表面活性劑的負離子之間靜電力吸附在該表面上，非離子非極性部分突出在顆粒周圍的水中，據(jù)稱這種作用提供了粒子的疏水性，結果使水泥顆粒吸附到氣泡上，由于粒子的平均大小比氣泡小得多，結果是水泥顆粒覆蓋在氣泡

13、上，有助于氣泡固定在物料中，阻止氣泡上升和凝聚。 一旦氣泡形成，并能防止損失而穩(wěn)定，進一步的作用是考慮在硬化混凝土中的最后形成的影響。這種作用是氣泡中空氣的溶解和從一個氣泡至另一氣泡的擴散轉移。 氣泡內(nèi)的壓力較外部高，此差值叫做毛細管壓力，毛細管壓力的數(shù)值為 2t/ ，式中 t 為液體的表面張力； 為氣泡中的半徑。小氣泡內(nèi)部的壓力可能是大的，由于氣體在溶液中的溶解度正比于氣體壓力，小氣泡的空氣會溶解掉，在其形成較大氣泡周圍更濃的溶液，因此，這種轉變將沿著濃度梯度的擴散而產(chǎn)生，最后的結果使空氣由較小的氣泡轉變成較大的氣泡和相應大的氣泡分布，實際上這種作用的結構是最小氣泡趨于消失，根據(jù) henry

14、 定律的粗略的計算，空氣在水中的系數(shù)表明：直徑小于約 4m 的氣泡實際消失，硬化混凝土的顯微觀測也表明不存在最小的氣泡。但這方面也有一些不一致的例證。2、ca-100系對塑性混凝土性能的影響(1) 坍落度與和易性 在用水量相同時，引氣混凝土的坍落度高于非引氣混凝土，但這種變化與其說僅僅改善了坍落度，倒不如說改善了和易性之一，和易性是指混凝土在運輸澆注、搗實和抹面時無嚴重離析的流動性。 氣泡產(chǎn)生及和易性增大，一般歸因于氣泡“類似球形軸承”作用，氣泡數(shù)量很多，每立方厘米的水泥漿體大約含有 25 萬個，氣泡在混凝土澆注作業(yè)時與其他組成不同，在力的作用下它們是可壓縮的，較容易產(chǎn)生變形，結果提高了和易性

15、。 各種混凝土均需要增大和易性，但本身是粗糙和難以使用的混凝土，如輕骨料混凝土，采用引氣是特別有利的。(2) 泌水和離析 引氣混凝土的泌水和離析低于非引氣混凝土。泌水所帶來的最重要問題之一是使混凝土內(nèi)部泌出的水再進入混凝土的表面層，形成多孔和弱的表面區(qū)。從各方面考慮，泌水對混凝土是不好的，引入適量空氣直接消除泌水是非常有效的。 離析是指固體物料的不均勻沉降，足以大到破壞混凝土的均勻性，已成為技術上的難題，離析既可在凝固過程中發(fā)生，也可以在混凝土運輸、溜槽、泵送和其他作業(yè)時發(fā)生。引氣混凝土的離析比非引氣混凝土小，但引氣不能解決骨料級配不好，過貧混凝土和混凝土處理不恰當?shù)人械膯栴}。(3) 抹面性

16、能 有經(jīng)驗的飾面工有時感到，引氣混凝土有大量泌水，更難施工。有一些引氣混凝土更黏，附著在抹面工具上，但如果使用合適的工具 ( 一般用鎂質(zhì)或鋁質(zhì)工具 ) ，并且適當延遲開始作業(yè)時間，引氣混凝土就沒這些問題。實際上，由于沒有泌水性，引氣混凝土的裝飾是方便的，而且能保證表面的耐久性。3、ca-100系對硬化混凝土的影響引氣劑明顯地影響混凝土的密度，混凝土的密度與含氣量成反比。(1) 混凝土的抗凍作用 摻有引氣劑的混凝土，大大延長了其在受凍融循環(huán)反復作用條件下的使用壽命，這種改善不是百分之幾十，而是幾倍，甚至十幾倍地提高。 當混凝土表面處于冰點以下時，靠近表面孔隙中的非結晶水和滲進的水分凍結，產(chǎn)生約

17、9 的體積膨脹，產(chǎn)生膨脹壓，使沒有凍結的自由水不得不遷移，當遷移約束時就形成靜水壓，混凝土的薄弱部分由此造成微裂縫。當遭受反復凍融循環(huán)時，裂縫發(fā)展，逐步造成剝落，混凝土中摻人引氣劑后，由于引入微細氣泡均勻分布在混凝土體內(nèi)，就可以容納自由水的遷移，從而大大緩和了靜水壓力，因此顯著地提高了混凝土承受反復凍融循環(huán)的能力。前蘇聯(lián)斯莫赫科奇則用下列因素的共同影響來解釋：由于水灰比降低，提高了水泥石的密實度。由于減少了拌合物的體積含水量，使沉淀形成的毛細管體積減少。由于毛細管被氣泡堵塞，毛細管的表面疏水層及開孔變閉孔，使毛細管吸力降低。氣泡對水分凍結的局部壓力增大起緩沖作用。(2) 強 度 引氣劑對混凝土

18、不利影響是降低強度，是一個嚴重的缺點。一般用經(jīng)驗法則來預測結果，空氣含量增加 1 ，強度下降 5 左右，這僅是近似的，在正常含氣量的范圍內(nèi)是有效的，由引氣造成抗壓強度的下降，在一定程度上可用降低用水量來抵消一部分。(3) 彈性模量 引氣混凝土的彈性模量下降與抗壓強度下降相同，即在引氣情況下，一般不改變強度和彈性模量之間的關系。(4) 徐變和收縮 引氣劑對收縮和徐變沒有明顯的影響，但有些研究已指出引氣混凝土有較大的收縮，其原因是將由于引氣造成的設計配比改變混為一談。 neville 已經(jīng)指出，引氣劑對混凝土的徐變沒有重要的影響。(5) 對滲透性的影響 引氣劑對混凝土滲透性能的影響是，由于在混凝土

19、的孔結構中夾有大量的氣孔隙和引氣所產(chǎn)生混凝土配比變化。 液體通過多孔固體的流速正比于氣孔的體積和孔大小的面積。因此，如果不考慮其他的變化，夾帶相當大空隙到混凝土就會提高其滲透性。但由于泡大和以后水侵入的毛細管壓力小，氣泡不會被更多吸附水充滿，吸附就會相對沒什么變化。 拌合水用量減少使?jié){體的體積變少，但是更重要的是水灰比降低，漿體滲透性的降低遠低于水灰比的下降，這是關鍵性的因素，因此，適當引氣混凝土的滲透性和毛細管吸附的速度低于非引氣混凝土。此外，引氣混凝土相當好的均勻性及和易性，這也促成了較高的水密性。(6) 對化學耐久性的影響 引氣劑改善了混凝土抗硫酸鹽侵蝕的破壞，這種作用似乎與降低水灰比直

20、接有關，因為降低了滲透性和侵蝕溶液的侵入。但這種影響是間接的，氣泡本身影響是不重要的，正如所預料的一樣。貧混凝土的耐久性改善最大。 引氣混凝土對堿骨料反應敏感性影響沒有專門的試驗，即使出現(xiàn)廣泛的反應，具有相當大量空間的砂漿不會產(chǎn)生膨脹。引氣劑是降低砂漿膨脹性的外加劑之中的一種，孔隙空間在一定程度限制了膨脹應力，大概是由于提供容納反應產(chǎn)物的空間的緣故。因為受影響的混凝土，有時在其孔隙中會發(fā)現(xiàn)反應產(chǎn)物。4、ca-100系影響引入空氣量的因素混凝土總的含氣量對防止其凍害不是最重要的因素，而且總含量只能用新拌混凝土測的參數(shù)。下面將討論對含氣量變化幾個顯著的影響因素，其中有些變化影響到混凝土氣泡間距因素

21、，這是氣泡體系中最重要的參數(shù)，混凝土中氣泡間距越小，其耐久性就越好。(1) 引氣劑摻量 含氣量對引氣劑和引氣減水劑來說，是一項重要指標。在一般情況下，混凝土含氣量隨摻量增加而增大，當摻量增至某一數(shù)值時，繼續(xù)增加但含氣量不再增多 ( 見圖 1) 。圖 1引氣劑摻量與含氣量之間的關系(2) 坍落度 坍落度對含氣量的影響列于表 1 。坍落度越大，含氣量就越高，一般坍落度增加約 7 10cm ，含氣量就會增加 1 。但在坍落度大至某一數(shù)值后，含氣量開始下降。增加水量，會產(chǎn)生更容易流動的拌合物，攪拌就更容易引入空氣，引氣在很干的混凝土中是困難的，加水和加大砂量能產(chǎn)生更多氣泡空間，坍落度較高時 ( 約在

22、17cm 以上 ) 提高拌合物的流動性。含氣量在運輸和澆注過程容易損失掉，含氣量會稍有下降。表1不同坍落度對含氣量的影響材料用量 / （ /m 3 ） ca-100系摻量 /%混凝土容重 / （ /m 3 ）坍落度 / 含氣量 /%水水泥砂石18030062013001.0022323.95.720030062012801.00229013.86.822030060012801.00223221.03.9(3) 粗骨料的影響 當水泥品種、坍落度和水泥用量或水灰比大致相同時，石子粒徑小的含氣量大，石子料徑大的含氣量小，因為混凝土中引入的空氣大部分是包含在砂漿當中，在確定混凝土配合比時，粗骨料粒徑大小與砂率的多少有密切關系。(4) 水泥用量的影響 用某水泥廠的同一水泥品種拌制的混凝土，水泥用量少的混凝土含氣量比高水泥用量混凝土的大。因此，在不同水泥用量情況下，為了得到所需的含氣量，必須對引氣劑摻量予以調(diào)整。否則，含氣量過大會降低強度，含氣量過小又不能滿足要求。當原材料相同時，為了滿足含氣量要求時，引氣劑是隨水泥用量的增加而加大。(5) 砂率的影響 當其他情況相同時，混凝土含氣量隨著砂率的降低而減少。這是因為混凝土中