引氣劑與引氣減水劑.ppt

1、第五章 引氣劑與引氣減水劑,5.1 引氣劑的種類與化學(xué)性質(zhì) 5.2 引氣劑在混凝土中的作用 5.3 引氣減水劑 5.4 引氣劑及引氣減水劑的工程應(yīng)用,1938年 美國 引氣劑推廣公路應(yīng)用 1942年 美國 引氣混凝土施工規(guī)范 1948年 廣泛應(yīng)用 我國：1950年開始，松香熱聚物、松香 皂、復(fù)合多功能產(chǎn)品。 近年：引氣劑領(lǐng)先地位是日本。,5.1 引氣劑的種類與化學(xué)性質(zhì),表面活性劑,陰離子,陽離子,非離子,兩性離子,5.1.1 松香類引氣劑,特點：性能可靠、制備簡便、價格便宜,松香皂類,松香熱聚物,松香皂類引氣劑,主要成分：松香酸,制備過程 ：松香酸，遇堿皂化反應(yīng)松香酸脂（松香皂）,配制燒堿（N

2、aoH）溶液,a= k100B/c a 堿用量，g c 堿純度 K 0.71，NaoH換算系數(shù) B 松香皂化系數(shù)，中和1kg松香所需NaoH質(zhì)量， 一般160180。, 松香處理（二級、三級松香）,松香粉碎粉狀氧化（在空氣中）顏色加深,皂化過程 堿液加熱至沸，徐徐加入松香，邊加邊攪拌（防止爆沸） 反應(yīng)結(jié)束時：PH值89，澄清透明，無渾濁，無沉淀 松香皂物理性質(zhì)：外觀為棕色膏狀物，含水22%，PH810,缺點：功能不夠全面， 使用不方便,加入透明其他成分改性,加入載體粉狀產(chǎn)品,與其他減水劑復(fù)合引氣減水劑,2. 松香熱聚物引氣劑,由于樹脂酸中具有 COOH ，加堿后會發(fā)生反應(yīng)生成 皂類。將松香與石

3、碳酸 ( 苯酚 ) 、硫酸按一定比例投入反應(yīng) 釜，在一定溫度和合適條件下反應(yīng)，該反應(yīng)過程相當(dāng)復(fù)雜，經(jīng) 過縮合、聚合反應(yīng)，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 。,5.1.2 烷基苯磺酸鹽類引氣劑,工業(yè)上是用廉價的石油化學(xué)制品丙烯為原料，使其聚 合成丙烯四聚體，再與苯反應(yīng)，則得到十二烷基苯的 復(fù)雜混合物。,5.1.3 其他類型引氣劑,（1）皂角苷類引氣劑（三萜皂苷 ） 萜 萜類通式（C5H8）n,皂苷（堿皂體 ）,單糖基 甙鍵 甙元基,皂角苷類水溶性引氣劑產(chǎn)品主要由三萜皂甙與少量改 性化學(xué)物質(zhì)混合而成。它的生產(chǎn)原理主要是利用三萜皂甙 易溶于水和乙醇的特性，從植物原料中

4、溶出三萜皂甙成份， 然后經(jīng)與殘渣分離、濃縮精制而成。根據(jù)生產(chǎn)條件不同， 可分別采用“水溶法”和“乙醇法”兩種工藝生產(chǎn)。,皂角苷類引氣劑的生產(chǎn)工藝流程,引氣原理 皂角苷類引氣劑的引氣作用是由三萜皂甙的分子結(jié)構(gòu) 決定的。單糖基中的單糖有很多羥基 (-OH) 能與水分子形 成氫鍵，因而具有很強的親水性；而甙元基中的甙元具有 親油性，是憎水基團。因此三萜單甙是一個即含親水基團 又含憎水基團的兩性分子。 當(dāng)三萜皂甙溶于水后，分子就定向排列在氣液界面上， 降低了溶液的表面張力，從而使新界面的產(chǎn)生變得更容易。 若用機械方法攪動溶液，就會產(chǎn)生氣泡。由于三萜皂甙分 子結(jié)構(gòu)較大，形成的分子膜較厚，氣泡壁的彈性和強

5、度較 高，氣泡保持相對穩(wěn)定。,物理性質(zhì)： 皂角苷類引氣劑產(chǎn)品有固體粉狀和液狀兩種。粉狀產(chǎn) 品呈褐黃色，比重約為 1.3 ，水份含量小于 5 ，水不溶 物微量，產(chǎn)品中含有少量揮發(fā)份和糖份。產(chǎn)品易吸收空氣中 的水份而變潮，但不影響產(chǎn)品質(zhì)量和使用。 液狀產(chǎn)品呈深棕色，不透明，固體含量大于 15 ，沉 淀物微量。產(chǎn)品水溶性極強，可與任何其他外加劑，如萘系 和三聚氰胺類高效減水劑等按用戶要求比例復(fù)合使用。,皂角苷類引氣劑溶液起泡能力和穩(wěn)定性,皂角苷類型引氣劑檢測結(jié)果與我國混凝土外加劑標(biāo)準(zhǔn)指標(biāo)比較,性能指標(biāo)： （ 1 ）經(jīng)中國水利水電科學(xué)院檢測其各項性能均滿足國標(biāo)中 引氣劑一級品的指標(biāo)要求。 （ 2 ）可

6、提高混凝土抗凍性 10 倍以上。（ 3 ）當(dāng)混凝土含氣量小于 4% 時，混凝土抗壓強度不因 引氣而降低；抗折強度有較大幅度的提高（ 1 5 20% ）， 當(dāng)含氣量在常用值 4 6% 時，引氣劑引起的每單位含氣 量混凝土抗壓強度損失率小于 3% ；抗折強度仍有提高。（ 4 ）提高混凝土抗堿集料反應(yīng)、干濕循環(huán)耐久性。此外， 引氣劑顯著降低混凝土的離析與泌水，改善工作性和可泵性。,生產(chǎn)情況 我國摻引氣劑的混凝土僅占混凝土總量的 20 30 。 而發(fā)達國家占 70 80 ，我國混凝土總年生產(chǎn)量約為 2 億 M 3 ，即有 6000 萬 M 3 。應(yīng)使用引氣劑的年產(chǎn)量 至少為 6000 噸，價值約 1.

7、2 億元。我國的混凝土工程的 耐久性將有非常明顯的提高。 皂角苷引氣劑利用野生植物為原料，資源豐富，已建成 年產(chǎn) 1000 噸的生產(chǎn)線，近幾年來共生產(chǎn)了約 1500 噸， 用于工程。提高了抗凍耐久性。引氣劑已作為泵送劑組份之一。,皂角苷類引氣劑的優(yōu)缺點： (1) 引氣劑的氣泡結(jié)構(gòu)較好，產(chǎn)泡半徑較小，因此抗凍 性指標(biāo)較高，強度降低相對較小。(2) 水溶性極好，施工使用方便。(3) 與減水劑、緩凝劑復(fù)合性能較好。(4) 本產(chǎn)品的缺點是有些刺鼻，但無害，配制人員請 戴口罩。易潮解結(jié)成小團，但在水中即溶解，不影響 使用效果。,（2）脂肪酸及其鹽類引氣劑 動物脂肪皂化脂肪酸鹽（引氣性質(zhì)）,5.2 引氣劑

8、在混凝土中的作用 5.2.1 引氣劑的作用機理,1 、混凝土引氣及氣泡的形成過程 攪拌產(chǎn)生兩種作用 渦流吸氣作用： 攪拌 渦流 負壓區(qū) 吸入空氣 剪切 力 氣泡 骨料拋落形成的三維幕引氣作用： 攪拌 物料相逐級下落 骨料形成三維幕將空氣攜帶 重力、剪切 力 空氣破碎 氣泡,未摻引氣劑的混凝土：空氣被漿體包裹形成氣泡，但當(dāng)氣泡互相靠近時，極易相互兼并增大，并上浮至表面，從而破滅消失。 引氣劑的作用主要有兩個方面：一是使引入的空氣易于形成微小氣泡；二是防止氣泡兼并增大、上浮破滅，也就是要保持微小氣泡穩(wěn)定，并均勻分布在混凝土中。,未摻引氣劑混凝土中不穩(wěn)定的氣泡,2. 引氣劑在液 - 氣界面上的吸附與

9、排布引氣劑與減水劑的界面活性作用區(qū)別：減水劑界面活性作用發(fā)生在液 - 固界面上，引氣劑發(fā)生在液 - 氣界面上。氣泡：液體薄膜包圍著的氣體。 引氣劑是表面活性物質(zhì)，由非極性基 和極性基構(gòu)成。對于液 氣體系，其非極性基深入氣相，而極性基留于水中，從而吸附在氣泡的液 氣界面上形成定向排布。,由于引氣劑分子在氣泡表面的這種定向吸附與排布作用， 使吸附了引氣劑的氣泡難于兼并增大，從而能夠穩(wěn)定地分 布在混凝土中。,3. 引氣劑的作用機理 降低液 氣界面張力作用含氣量一定時，體系的液 氣界面積增大，體系總界面 自由焓將增大，體系處于熱力學(xué)不穩(wěn)定狀態(tài)。 摻入引氣劑后，由于降低了液氣界面張力，即使氣泡不 相互兼

10、并增大，也使體系總的液氣界面積保持不變，整個 體系的液氣界面自由焓不增大，或者還有所降低，使體系 處于熱力學(xué)較為穩(wěn)定的狀態(tài)。,(2) 氣泡表層液膜之間的靜電斥力作用 離子型表面活性劑作為引氣劑時，分子在水中電離成陰、 陽離子，使氣泡表面液膜帶上相同的負電荷，氣泡之間便產(chǎn)生 靜電斥力，阻止氣泡進一步靠近，提高氣泡的穩(wěn)定性。,(3) 水化膜厚度及機械強度增大作用 引氣劑在氣泡表面吸附時非極性基深入氣相，極性基留于液相。吸附了引氣劑分子的氣泡表面水化膜增大，機械強度提高，氣泡表面黏度及液膜彈性增大，這樣當(dāng)氣泡碰撞接觸時，氣泡間液膜便不易排液薄化，同時氣泡的彈性變形還有利于抵消氣泡所受的外力作用。,純

11、液體中氣泡,有表面活性劑的氣泡,(4) 微細固體顆粒沉積氣泡表面形成的“罩蓋”作用 陰離子型引氣劑，會吸收和集中在氣泡表面，使混凝土中的氣泡實際上成了氣固液三相氣泡，固體顆?！罢稚w”薄膜使氣泡表層膜厚度增大，機械強度和彈性提高。此層“罩蓋”薄膜使氣泡靠近時水化膜更不易排液薄化，因而氣泡更難兼并增大，并且還有助于阻止氣泡上浮和凝聚，從而使大量微小氣泡能夠穩(wěn)定地均勻分布在混凝土拌合物中。,5.2.2 引氣劑對混凝土性能的影響 1 、和易性 引氣劑引進了大量微小且獨立的氣泡，這些氣泡如滾珠一樣使混凝土的和易性得改善。尤其在骨料粒形不好的碎石或人工砂混凝土中。 2. 泌水性 引氣劑使混凝土拌合物中的骨

12、料與水泥漿的黏聚性加大，使它們的離散性減弱，使拌合物更好地處于均質(zhì)狀態(tài)，使拌合用的水分能更長時間地停留在水泥漿中而減少了泌水性。,3 、強度 引氣劑使混凝土的強度有所降低。 規(guī)律：含氣量每增加 1 ，抗壓強度約減低 4 5 ，抗折強度約降低 2 3 。 強度的降低還受到骨料最大粒徑的影響，最大粒徑越大，則強度降低率越小。 在一定條件下，引氣反而可以提高混凝土的抗折強度。 犧牲少量強度來大幅度提高混凝土耐久性或使用壽命是值得的，損失的強度通過其它技術(shù)得到彌補。另外，引氣劑使混凝土成本增加很小，帶來許多施工便利，那么混凝土結(jié)構(gòu)的綜合成本只會降低。,同水灰比或同和易性條件下引氣劑品種對混凝土抗壓強度

13、的影響,同水灰比條件下含氣量對混凝土強度的影響,同塌落度條件下含氣量對混凝土強度的影響,4 、耐久性 引氣劑使混凝土用水量減少，泌水率減低，混凝土內(nèi)部的大毛細孔減少。微小的氣泡占據(jù)著混凝土的自由空間，切斷了毛細管的通道，這些微小空間可以作為體積膨脹的“緩沖閥”，降低和延緩其它物理膨脹 ( 如鹽晶體結(jié)晶壓等 ) 和化學(xué)反應(yīng)膨脹 ( 如堿骨料反應(yīng)和硫酸鹽反應(yīng)等 ) 引起的混凝土破壞。使混凝土的抗?jié)B性得到改善。抗化學(xué)物質(zhì)侵蝕作用和對碳化的抵抗作用等也同時得到提高。 在相同條件下，使用引氣劑的混凝土耐久性或使用壽命可提高 5 倍以上，因此給國家?guī)淼慕?jīng)濟效益是非常巨大的。,皂角苷類引氣劑對混凝土抗鹽結(jié)

14、晶壓和堿集料反應(yīng) 膨脹破壞的影響,AE 2 引氣劑和 Vinsol 引氣劑對混凝土抗鹽凍融剝蝕性能的影響,AE2 引氣劑和 Vinsol 引氣劑對混凝土抗鹽凍剝蝕性的影響,假定不摻引氣劑混凝土的使用壽命為 10 年 ( 需大修 ) ，每立方米混凝土：工程造價為 2000 元，使用引氣劑混凝土的使用壽命提高 5 倍，假如使用引氣劑的 140 萬立方米混凝土中約有 100 萬立方米是用來提高耐久性或使用壽命，則相當(dāng)于每年可以為國家節(jié)省維修費用約為：,（2000/10-2000/50）*100= 1.6 億元 /年,以混凝土公路為例，引氣劑已在東北地區(qū)約 100 多公里的高等級混凝土公路中使用。這些

15、公路每公里工程造價約為 1200 萬元 ( 以每立方米混凝土計，工程造價約為 4000 元，) 。 若不使用引氣劑，混凝土公路約 10 年需大修一次，使用引氣劑后，混凝土公路的使用壽命至少可以延長到 40 年，引氣劑在 100km 的高等級混凝土公路中使用，相當(dāng)于每年可以為國家節(jié)省維修費用約 ：,(1200/10-1200/40)*100=9000萬元,5. 引氣劑對新拌混凝土性能的影響 增加：漿體體積、拌和料潤滑、漿體粘度、屈服應(yīng)力 提高：工作性、塑性、內(nèi)聚性 原材料比例不變的條件下，引氣可以提高混凝土的流動性， 相同塌落度下，引氣可以降低拌和用水量。 降低新拌混凝土的塌落度損失。 降低因離

16、析和泌水帶來的不利影響，改善混凝土質(zhì)量。 提高新拌混凝土的可泵性能，含氣量一般以小于 6 。,6. 降低混凝土綜合成本 下面抗壓強度為指標(biāo)計算，假定不摻引氣劑混凝土的水泥用量為 330kg/立方米 ，混凝土、水泥、和引氣劑的價格為 350元/立方米、400元/t和 2.6 萬元/t。 含氣量為 4 ( 摻引氣劑為水泥量的 0.017 ) ，混凝土的抗壓強度認為不損失，引氣后每方混凝土增加的成本為： 0.33 1. 7 10( - 4 ) 26000=1.46 元；但同時引氣 4 相當(dāng)于原來 l立方米混凝土的體積增加為 1.04立方米，每方增加收益為 0.0 4 350=14 元，因此每方混凝土

17、的綜合收益為 (14-1.46)=12.54 元。,5.3 引氣減水劑 引氣減水劑是一種兼有引氣和減水功能的外加劑。 5.3.1 引氣減水劑的特點 性能：引氣、改善和易性、減小泌水和沉降，提高混凝 土耐久性、抗侵蝕能力。同時具備減水劑的性能：減水、增強以及對混凝土其他性能的普遍改善。 特點：提高混凝土含氣量的同時，不降低混凝土后期強度，在普遍改善混凝土物理力學(xué)性能的基礎(chǔ)上，更突出的提高混凝土的抗凍融、抗?jié)B等耐久性。,5.3.2 引氣減水劑的品種與性能 1. 普通引氣減水劑 主要是木鈣、木鈉類減水劑。木質(zhì)磺酸鹽減水劑本身就具有減水、引氣及緩凝的特點，屬引氣減水劑范疇。如果引氣量不夠還可以與引氣劑再復(fù)合，以增加引氣量。 2. 高效引氣減水劑 萘系，蒽系、樹脂系減水劑屬高效減水劑，減水效率高。蒽系減水劑本身含有引氣性，屬高效引氣減水劑。其余都是非引氣性?？?/p>