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丙烯酸环氧酯树脂合成混凝土引气剂性能及应用

摘要:针对水工混凝土抗冻耐久性需要,采用丙烯酸、环氧树脂为主要原料合成一种新型混凝土引气剂:丙烯酸环氧酯树脂合成型混凝土引气剂,通过对其结构性能分析、混凝土性能指标及抗冻耐久性等性能指标检验,丙烯酸环氧酯树脂合成型混凝土引气剂的各项指标均达到GB8076-1997中的各项标准要求。

关键词:引气剂;丙烯酸环氧脂;抗冻耐久性;混凝土性能

1 合成

丙烯酸环氧树脂合成型混凝土引气剂简称SB-G混凝土引气剂采用丙烯酸、环氧树脂为原料合成丙烯酸环氧酯树脂,然后辅以其它化工原料通过化学、物理方法改性,以满足其分散性、引气性、气泡稳定性等性能需要,最后得到棕褐色SB-G混凝土引气剂的液体产品,其工艺流程简图如下:

  

2 SB-G混凝土引气剂的结构性能分析

引气剂是一类表面活性物质,引气剂按分子结构可分为离子和非离子型,引气剂的作用是当引气剂形成吸附层后,相当于形成一个膜层,由于引气剂分子间的引力使膜层有一定的强度,再加上引气剂分子的水化作用,使形成膜层更为加厚,使气泡的合并变难,起到了稳固保护泡膜的作用;一般说来,加有引气剂的水溶液表面张力降低越多,其气泡性越大,但表面张力的降低与引气剂性能之间并完全是平行关系,其原因可能是由于表面张力测定是在静止状态下进行的,而起泡过程(包括混凝土拌合过程)则是在搅动扩张、蒸发等过程中发生,两者的状态是不同的,溶解度低的引气剂,其起泡速度慢而持久,泡沫结构致密,泡径较小较粘,这与难溶引气剂气非极性部分分子量比较大有关,因它在气~液界面形成的吸附层的单层厚度大,定向排列时分子间作用力大,致使泡沫韧性大、寿命长。

根据SB-G混凝土引气剂的物化指标和红外光谱分析比较结果,SB-G混凝土引气剂中主要组份仍保持着原有的丙烯酸环氧脂的长链结构,经改性处理后分子主链上的部分憎水基团改变为亲水基团,因基团性能的改变,使得其溶于水后降低了溶液的界面张力,用外力搅动溶液就会产生大量起泡(泡沫),而SB-G混凝土引气剂分子仍保持这长链大分子结构,有助于提高气泡的弹性和强度,有利于气泡保持相对稳定而不破坏,进而使其发挥着即引气又能增加起泡稳定性的双重作用。

2.1 SB-G混凝土引气剂混凝土性能试验

2.1.1 SB-G混凝土性能指标检验

SB-G混凝土引气剂在混凝土中的掺量为水泥重量的0.04%~0.08%(以固体含计),0.05%为推荐用量,委托黑龙江省建筑材料产品质量监督检验二站,按GB8076-1997,对SB-G混凝土引气剂混凝土进行料减水率、泌水率、含气量、凝结时间、强度比、收缩率比、相对耐久性指标等性能检验,检验结果表明(见表2),混凝土引气剂的各项指标符合GB8076-1997中的各项标准要求,并满足一等品要求。

2.2 SB-G引气剂硬化混凝土气孔结构分析

混凝土的抗冻性主要决定于其气泡结构。混凝土的孔大致可以分为凝胶孔、毛细孔和气泡。凝胶孔是水泥水化形成的水泥凝胶内部的孔隙,孔径小,凝胶水的冰点很低,一般低温下不冻结。因此可以认为凝胶孔对抗冻性影响很小。毛细孔是没有被水化物充填的有害孔,毛细孔水的冻害的主要根源。气泡是指在拌合混凝土时混入的空气,成型过程中不能完全排出,引气剂是表面活性物质,搅拌时能引入大量的气泡,所引的气泡结构,即气泡直径及其分布状态的不同将对混凝土强度、抗冻性和耐久性产生程度不同的影响。为此,对掺SB-G混凝土和空白混凝土的气孔结构进行了分析研究,试验结果(见表3)表明SB-G引气剂气孔分布均匀,引入的气泡是微细、独立的球形泡,其直径90%以上在10~50um之间,气泡稳定,泡膜厚度较大,掺入混凝土中能缓和冻害,起“蓄水池”和“卸压阀”的作用,能显著提高混凝土的抗冻耐久性。

表中:Ab为新拌混凝土含水含气量;Ar为硬化混凝土含气量;N为全导线所切割的气泡总个数;∑I为全导线所切割的气泡弦长总和(mm);工为气泡平均弦长(mm);a为气泡比表面积(cm2cm3);y为气泡平均半径(mm);Hy为1cm混凝土中的气泡个数;L为气泡间距系数(mm);J-0为未掺SB-G空白混凝土;H-1为SB-G掺量2万;H-2为SB-G掺量5万。

3 应用实例

3.1 在渠道桥剥蚀处理上的应用

富裕灌区建筑队物都处于寒区,运行30a来受到冻融剥蚀破坏,很多建筑物难以发挥其工程效能,如果不进行维修将危胁工程的运行安全。SB-G混凝土引气剂能够有效降低混凝土的水灰比,加入以后形成气泡稳定泡膜厚度较大,显著提高混凝土的抗冻耐久性。富裕灌区50及64km桥,处于冻胀范围内的桥桩表面受冻融破坏,表面20cm厚度已被破坏,钢筋裸露,采用SB-G混凝土引气剂为外加剂的混凝土进行剥蚀处理,引气剂掺入量为水泥量的0105%。首先在桥桩剥蚀部位外侧置挂钢丝网,内部填充加入引气剂的细粒混凝土。钢丝网外侧用加入引气剂的混凝土砂浆抹面。桥桩剥蚀处理于2002年完成,已经历4次冻融循环,至今仍表面光滑平整,用回弹仪测试,强度没有显著变化,证明引气剂大幅度提高了混凝土的强度,所以SB-G混凝土引气剂有广泛的应用前景。

4 结论

(1)SB-G引气剂是采用纯净的化工原料合成的产品,能够保证引气剂的本身性能(如起泡性、泡膜厚度、韧性、稳定性以及有效组分或官能团的比例等)的稳定,保证了引气剂的质量。

(2)通过对该产品进行混凝土物理力学及抗冻耐久性等性能试验研究,表明该引气剂产品的各项指标均能达到GB-8076-1997《混凝土外加剂》标准的各项指标要求。

(3)SB-G引气剂气孔分布均匀,引入的气泡是微细、独立的球形泡,其直径90%以上在10~250μm之间,气泡稳定,分布比较均匀,泡膜厚度较大,掺入混凝土中能显著提高混凝土的抗冻耐久性。

(4)应用表明,较之普通混凝土抗冻融破坏能力显著提高。

参考文献:

[1] 吴绍章,胡玉初1水工混凝土外加剂选择与应用[M]1北京:水利电力出版社,1990

[2] 张冠伦1混凝土外加剂原理与应用[M]1北京:中国建筑工业出版社,1989

[3] 姜淑芳,邢伯均1有机化学反应机理[M]1哈尔滨:黑龙江省科学技术出版社,1994

[作者简介]王忠义(1965-),男,黑龙江富裕人,助理工程师;王巍(1963-),女,黑龙江齐齐哈尔人,工程师。

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