新型聚羧酸引气剂的制备及性能研究

      目前我国对引气剂的研发未得到足够重视，原因主要是很多工程因为引气剂使用不当，导致其应用优势不很突出，另外测试混凝土含气量的仪器很多都已过时，人工操作误差较大，测量结果很难保证正确，直接影响了引气剂的产品性能。

     本文以引气剂在水溶液和饱和氢氧化钙溶液中的表面张力为依据，测定引气剂的起泡的能力、泡沫的稳定性及其液膜的强度，确定引气剂的最佳配合比，并将其应用于水泥砂浆和混凝土中，测定其对砂浆的性能及对混凝土抗冻性的影响。

一    试 验 情 况

 1.1 试验原料及仪器

所用原料为42.5R普通硅酸盐水泥，细度模数M_x=1.85 的江砂，普通自来水，α– 烯基磺酸钠（AOS）和脂肪醇聚氧乙烯醚磷酸酯（AEO-9P）其性质见表1, 2。试验组溶液组成如表3所示。

    主要仪器有NJ-160A水泥净浆搅拌机、YH-91B恒温恒湿养护箱和YAW-300C全自动水泥抗压试验机。

1.2 试验方法

1.2.1 起泡容量和泡沫稳定性测试

     取 15 ml 待测溶液，沿 100 ml 带塞量筒的杯壁缓缓注入，盖紧瓶塞以约2次/s的速率上下摇晃40次后作为初始的计时时间，并记录下最大发泡量、10 min 后剩余泡沫百分率、15 min 后剩余泡沫百分率及露出液面的时间，按上述的步骤每个试样重复操作3 次，试验结果取平均值。

1.2.2 气泡液强度测定

      将所测液匀称地放在表面平整且洁净的玻璃板上，玻璃板下放一个刻度仪器，以便快速准确地读取数值，溶液须分布均匀且为薄层。人工吹泡使用的毛细管的直径为0.9~1.1 ml，多次按照上述方法吹泡，每组试验吹泡次数在20次以上，取3次最大气泡的算术平均值作为该组的试验结果。

 1.2.3 水泥砂浆流动度试验

     将待测的水泥砂浆分三层装入坍落度筒，清除顶层的水泥砂浆后，立即垂直提起坍落筒，提筒时间应控制在5~10 s内，使用钢尺测量水泥砂浆扩展度的最大及最小直径，当最大直径与最小直径之的差值小于50 mm 时，坍落流动度取其算术平均值；否则，该次试验无效，须重复第一步操作。

1.2.4 水泥砂浆抗压强度试验

    将擦拭干净的试件放在压力机上，与压力机上下面的中心对齐且垂直后运转压力机，压力机以0.5 kN/s的速率加荷，至试件破坏即停止加荷，压力机曲线的最高点即为该试件的破坏荷载。

二 试验结果与讨论

2.1 引气剂组分对起泡容量和泡沫稳定性的影响化情况。

     表 4 为引气剂在水溶液和饱和氢氧化钙溶液中的起泡容量和泡沫稳定性的结果。由表4可知，无论在水溶液还是在饱和氢氧化钙溶液中，剩余泡沫百分率均在10 min和15 min后随AEO-9P的减少而变低，说明该成分的存在能增加气泡的粘度及强度，气泡不会很快破裂；而起泡容量和消泡所用时间却不是一直随AOS的增加而增加，开始阶段逐渐增加，在4号溶液出现最大值，随后变小，说明虽然AOS可降低表面张力，起发泡作用，但并不是含量越多越好，该引气剂可降低材料表面张力而产生气泡，且可使气泡有足够的强度。由此可看出，虽然AEO-9P所占比例 图1 引气剂掺量与含气量关系很小，但对提高气泡的稳定性有较好的效果。

2.2 引气剂组分对气泡液膜强度的影响 

    气泡液膜强度根据人为吹气泡的方法来测定， 用气泡破裂时最大直径的算术平均值作为标准进行评价。表5列出了水溶液和饱和氢氧化钙溶液中引气剂气泡的最大直径。

   从表5可看出，随AOS增加、AEO-9P减少，气泡液膜强度逐渐降低。4~6号溶液降低速率变缓，说明AEO-9P的存在可增大气泡的壁厚并增强液膜的强度，使气泡不易破裂，所以气泡的直径增大。综合起泡容量、泡沫稳定性及气泡膜强度看，可初步确定4号溶液的配合比最佳。

2.3  引气剂对砂浆力学性能的影响

    图1为在砂浆配合比为300：600：120（水泥：砂子：水）时，不同掺量引气剂引起砂浆中含气量的变化情况。从图1可看出，在相同引气剂掺量条件下，4号引气剂的含气量最大，3号引气剂次之，6号引气剂含气量最少。4号引气剂掺量为0.04%时，含气量约为4.8%，此后随掺量增加含气量增加幅度减缓。

   确认4号引气剂为前述试验确定的最佳配合比后进行水泥砂浆流动度和抗压强度试验，以研究其对水泥砂浆工作性能的影响。

2.3.1  引气剂对水泥砂浆流动度的影响

    水泥砂浆配合比为250:1500:325（水泥：砂：水），4号溶液掺量分别为0，0.02%，0.03%，0.04%，0.05%，0.06%，得到结果如图2所示。

    由图2可看出，未添加引气剂的水泥砂浆流动度小于200 mm，而添加引气剂后流动度有明显提高。引气剂掺量在0-0.04%时水泥砂浆的流动度随引气剂添加量的增加而增大，说明引气剂的添加量对水泥砂浆流动度有很好的改善效果；引气剂掺量在0.04%~0.06% 时引气剂掺量增加，水泥砂浆的流动度却有所降低，说明引气剂并不是越多越好。引气剂掺量为0.04%时流动度最大，说明掺0.04%引气剂时砂浆的流动性最好。

2.3.2  引气剂对水泥砂浆抗压强度的影响

    水泥砂浆配合比为300：600：120（水泥：砂：水）时引气剂对水泥砂浆抗压强度的影响如表6所示。

    由表6可知，砂浆的强度损失与引气剂掺量有密切关系，且引气剂掺量对砂浆的抗压强度影响较大。当砂浆中引气剂掺量为0.02%时，7d抗压强度损失约为9.2%，28d抗压强度损失约为11.3%；当引气剂掺量为0.05%时，7d和28d的抗压强度损失均大于20%，可见引气剂掺量超过0.04%时砂浆的强度损失很大，因此在砂浆中在应用引气剂时，须控制适宜的引气剂掺量以保证满足强度要求。

2.4 不同掺量下4号引气剂对混凝土抗冻性的影响

    抗冻试验选择混凝土自动冻融循环机，采用GB/T 50082—2009《普通混凝土长期性能和耐久性能试验方法》规定的方法进行试验。以相对动弹性模量不低于60%、重量损失率不超过5%时，混凝土所能达到的最大冻融循环次数来反映抗冻等级。混凝土配合比为445∶178∶760∶1016（水泥∶水∶砂∶石）。

    不同掺量下标准养护混凝土冻融循环试验结果如表7所示。由表7可看出：掺入引气剂的混凝土抗冻性明显好于不掺引气剂的混凝土。引气剂掺量为0.04%，0.05%和0.06%的混凝土冻融循环次数达300 次以上，远大于不掺引气剂混凝土的 80 次，抗冻性指标也明显高于后者，表明引气剂掺量越高，混凝土的动弹性模量保持率明显越高，混凝土的抗冻性也就越好，其主要原因是混凝土孔隙中的水在冻融条件下体积膨胀而产生膨胀压力，在一定的范围内引气剂掺量越高则气泡间距越小，使内部的水分在向周围孔隙迁移时阻力减小，由此产生的孔隙会减小部分压力。由表7可知，引气剂掺量存在一个合理范围，掺量过小抗冻性能提高不明显且动弹性模量保持率低；掺量过高则质量损失明显。综合考虑冻融循环次数、动弹性模量保持率及质量损失等因素，引气剂掺量为0.04%较理想。

   （1）α–烯基磺酸钠为与脂肪醇聚氧乙烯醚磷酸酯重量比为5∶1且掺量为0.04%时在砂浆中的使用效果最好。在同一水灰比下，引气剂掺量越高，砂浆的抗压强度越低。

    （2）掺入引气剂能提高混凝土的抗冻性，但引气剂掺量有合理范围，掺量过小抗冻性能提高不明显，动弹性模量保持率低；掺量过高则重量损失明显。试验结果表明：引气剂在混凝土中掺量为0.04%时效果较理想。