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(lèi)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(guó) 引氣劑推廣公路應(yīng)用 1942年 美國(guó) 引氣混凝土施工規(guī)范 1948年 廣泛應(yīng)用 我國(guó)：1950年開(kāi)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(lèi)與化學(xué)性質(zhì),表面活性劑,陰離子,陽(yáng)離子,非離子,兩性離子,5.1.1 松香類(lèi)引氣劑,特點(diǎn)：性能可靠、制備簡(jiǎn)便、價(jià)格便宜,松香皂類(lèi),松香熱聚物,松香皂類(lèi)引氣劑,主要成分：松香酸,制備過(guò)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(jí)、三級(jí)松香）,松香粉碎粉狀氧化（在空氣中）顏色加深,皂化過(guò)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(shí)：PH值89，澄清透明，無(wú)渾濁，無(wú)沉淀 松香皂物理性質(zhì)：外觀為棕色膏狀物，含水22%，PH810,缺點(diǎn)：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(shù)脂酸中具有 COOH ，加堿后會(huì)發(fā)生反應(yīng)生成 皂類(lèi)。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(guò)程相當(dāng)復(fù)雜，經(jīng) 過(guò)縮合、聚合反應(yīng)，變成一種分子比較大的物質(zhì)，再用過(guò)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(lèi)引氣劑,工業(yè)上是用廉價(jià)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(lèi)型引氣劑,（1）皂角苷類(lèi)引氣劑（三萜皂苷 ） 萜 萜類(lèi)通式（C5H8）n,皂苷（堿皂體 ）,單糖基 甙鍵 甙元基,皂角苷類(lèi)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?jiān)蛛x、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(lèi)引氣劑的生產(chǎn)工藝流程,引氣原理 皂角苷類(lèi)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(qiáng)的親水性；而甙元基中的甙元具有 親油性，是憎水基團(tuán)。因此三萜單甙是一個(gè)即含親水基團(tuán) 又含憎水基團(tuán)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(jī)械方法攪動(dòng)溶液，就會(huì)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(qiáng)

5、度較 高，氣泡保持相對(duì)穩(wěn)定。,物理性質(zhì)： 皂角苷類(lèi)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(qiáng)，可與任何其他外加劑，如萘系 和三聚氰胺類(lèi)高效減水劑等按用戶(hù)要求比例復(fù)合使用。,皂角苷類(lèi)引氣劑溶液起泡能力和穩(wěn)定性,皂角苷類(lèi)型引氣劑檢測(cè)結(jié)果與我國(guó)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(guó)水利水電科學(xué)院檢測(cè)其各項(xiàng)性能均滿(mǎn)足國(guó)標(biāo)中 引氣劑一級(jí)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(shí)，混凝土抗壓強(qiáng)度不因 引氣而降低；抗折強(qiáng)度有較大幅度的提高（ 1 5 20% ）， 當(dāng)含氣量在常用值 4 6% 時(shí)，引氣劑引起的每單位含氣 量混凝土抗壓強(qiáng)度損失率小于 3% ；抗折強(qiáng)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(guó)摻引氣劑的混凝土僅占混凝土總量的 20 30 。 而發(fā)達(dá)國(guó)家占 70 80 ，我國(guó)混凝土總年生產(chǎn)量約為 2 億 M 3 ，即有 6000 萬(wàn) M 3 。應(yīng)使用引氣劑的年產(chǎn)量 至少為 6000 噸，價(jià)值約 1.

7、2 億元。我國(guó)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(lái)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(lèi)引氣劑的優(yōu)缺點(diǎn)： (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(qiáng)度降低相對(duì)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(diǎn)是有些刺鼻，但無(wú)害，配制人員請(qǐng) 戴口罩。易潮解結(jié)成小團(tuán)，但在水中即溶解，不影響 使用效果。,（2）脂肪酸及其鹽類(lèi)引氣劑 動(dòng)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(jī)理,1 、混凝土引氣及氣泡的形成過(guò)程 攪拌產(chǎn)生兩種作用 渦流吸氣作用： 攪拌 渦流 負(fù)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(jí)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(shí)，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(gè)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(duì)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(jī)理 降低液 氣界面張力作用含氣量一定時(shí)，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(gè) 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(shí)，分子在水中電離成陰、 陽(yáng)離子，使氣泡表面液膜帶上相同的負(fù)電荷，氣泡之間便產(chǎn)生 靜電斥力，阻止氣泡進(jìn)一步靠近，提高氣泡的穩(wěn)定性。,(3) 水化膜厚度及機(jī)械強(qiáng)度增大作用 引氣劑在氣泡表面吸附時(shí)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(jī)械強(qiáng)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(shí)，氣泡間液膜便不易排液薄化，同時(shí)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(xì)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(huì)吸收和集中在氣泡表面，使混凝土中的氣泡實(shí)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(jī)械強(qiáng)度和彈性提高。此層“罩蓋”薄膜使氣泡靠近時(shí)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(duì)混凝土性能的影響 1 、和易性 引氣劑引進(jìn)了大量微小且獨(dú)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(zhǎng)時(shí)間地停留在水泥漿中而減少了泌水性。,3 、強(qiáng)度 引氣劑使混凝土的強(qiáng)度有所降低。 規(guī)律：含氣量每增加 1 ，抗壓強(qiáng)度約減低 4 5 ，抗折強(qiáng)度約降低 2 3 。 強(qiáng)度的降低還受到骨料最大粒徑的影響，最大粒徑越大，則強(qiáng)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(qiáng)度。 犧牲少量強(qiáng)度來(lái)大幅度提高混凝土耐久性或使用壽命是值得的，損失的強(qiáng)度通過(guò)其它技術(shù)得到彌補(bǔ)。另外，引氣劑使混凝土成本增加很小，帶來(lái)許多施工便利，那么混凝土結(jié)構(gòu)的綜合成本只會(huì)降低。,同水灰比或同和易性條件下引氣劑品種對(duì)混凝土抗壓強(qiáng)度

13、的影響,同水灰比條件下含氣量對(duì)混凝土強(qiáng)度的影響,同塌落度條件下含氣量對(duì)混凝土強(qiáng)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(xì)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(xì)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?？够瘜W(xué)物質(zhì)侵蝕作用和對(duì)碳化的抵抗作用等也同時(shí)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(guó)家?guī)?lái)的經(jīng)濟(jì)效益是非常巨大的。,皂角苷類(lèi)引氣劑對(duì)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(duì)混凝土抗鹽凍融剝蝕性能的影響,AE2 引氣劑和 Vinsol 引氣劑對(duì)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(jià)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(wàn)立方米混凝土中約有 100 萬(wàn)立方米是用來(lái)提高耐久性或使用壽命，則相當(dāng)于每年可以為國(guó)家節(jié)省維修費(fèi)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(jí)混凝土公路中使用。這些

15、公路每公里工程造價(jià)約為 1200 萬(wàn)元 ( 以每立方米混凝土計(jì)，工程造價(jià)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(zhǎng)到 40 年，引氣劑在 100km 的高等級(jí)混凝土公路中使用，相當(dāng)于每年可以為國(guó)家節(jié)省維修費(fèi)用約 ：,(1200/10-1200/40)*100=9000萬(wàn)元,5. 引氣劑對(duì)新拌混凝土性能的影響 增加：漿體體積、拌和料潤(rùn)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(dòng)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(lái)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(qiáng)度為指標(biāo)計(jì)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(jià)格為 350元/立方米、400元/t和 2.6 萬(wàn)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(qiáng)度認(rèn)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(shí)引氣 4 相當(dāng)于原來(lái) 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(diǎn) 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(shí)具備減水劑的性能：減水、增強(qiáng)以及對(duì)混凝土其他性能的普遍改善。 特點(diǎn)：提高混凝土含氣量的同時(shí)，不降低混凝土后期強(qiáng)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(lèi)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(diǎn)，屬引氣減水劑范疇。如果引氣量不夠還可以與引氣劑再?gòu)?fù)合，以增加引氣量。 2. 高效引氣減水劑 萘系，蒽系、樹(shù)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>