消泡剂对清水混凝土性能影响的研究

2020-06-22卞周宏黄绍龙

建材世界 2020年3期

李远，刘栋，卞周宏，蔡祥，黄绍龙

(1.武汉地产开发投资集团有限公司，武汉 430022；2.湖北绿缘新型材料科技有限公司，黄冈 438000；3.湖北大学材料科学与工程学院，武汉 430062)

近年来，我国在基本建设方面取得了瞩目成就，其中桥梁的建设尤其受到好评。不同以往，现在的桥梁建设既要满足服役性能等质量要求，还要兼顾与桥梁周边整体风貌的相辅相成。清水混凝土以其独有的原始质感和兼具外观平整、色泽均匀等优点，受到越来越多工程建设尤其是桥梁建设的青睐。

但普通的清水混凝土由于配制不科学等原因，易产生表面宏观缺陷，如：表面气泡、色泽不均等。为解决此问题，可采用在清水混凝土中引入消泡剂的办法，消泡剂是一种能防止混凝土拌合物中气泡产生或使原有气泡减少的外加剂[1]。但消泡剂掺量过高时，含气量降低，混凝土工作性能开始下降[2]。因此可采用“先消后引”的方案，即再在清水混凝土中引入引气剂，达到消除混凝土中大气泡的同时引入小气泡的目的，以此得到工作性能优良的清水混凝土。

1 试验

1.1 原材料

1)水泥

试验选用武汉娲石股份有限公司生产的娲石水泥P·O42.5，，其技术指标见表1。

表1 水泥的化学成分及矿物组成 /%

2)外加剂

试验选用自制聚羧酸系减水剂作为母液，市售PAC型消泡剂，市售LP.HW10型引气剂。将外加剂的固含量稀释为25%，以减小试验误差。

3)细集料

试验选用细度模数为2.6，含泥量0.5%的河砂。

4)粗集料

试验选用粒径5～25 mm，连续级配的碎石。

5)粉煤灰

试验采用细度为17.2%，需水量比98%的Ⅱ级粉煤灰。

6)水

选用普通自来水。

1.2 方法

试验根据工程应用中桥梁不同部位的施工要求，将C30、C40和C50高性能清水混凝土设为研究对象，通过实验，确定各标号混凝土的最佳外加剂复配比例。三种不同标号混凝土的配合比见表2。

表2 三种标号清水混凝土的配合比

2 结果及分析

2.1 桥墩桥柱用C30、C40清水混凝土最佳外加剂复配

工程中针对不同桥梁的不同部位，其设计的钢筋密度也是不同的，故对混凝土的工作性能要求也不同。桥墩桥柱的钢筋用量相对较少，一般来说，满足施工要求的混凝土坍落度在140～180 mm之间，此时清水混凝土中可以只掺入消泡剂，这样既能满足对混凝土工作性能的要求，又符合经济效益。

采用C40配合比单掺PAC型消泡剂进行复配试验，得到消泡剂单掺时对清水混凝土的性能影响如表3所示。

表3 消泡剂单掺对混凝土性能的影响

试验结果表明：随着消泡剂掺量的增多，混凝土含气量持续降低，坍落度与扩展度逐渐减小。当消泡剂的掺量在6×10-4～8×10-4时，清水混凝土中的含气量在2.0%以下，此时清水混凝土的流动性好，工作性能比较完美；当消泡剂掺量增大到10×10-4时，混凝土含气量下降为1.1%，由于混凝土的含气量较低，拌合物的包裹性明显变差，在其四周出现了轻微的泌浆现象[3]，不足以支撑起饱满的浆体，和易性差，不满足泵送性能[4]，此时混凝土的工作性能无法胜任工程要求。通过对比成型后的试验样块，可以发现随着消泡剂掺量的增加，清水混凝土的表面会从平整光滑的镜面效果变得粗糙多孔。这是由于混凝土中的气泡无法全部通过消泡剂来消除，需要通过振捣工艺来消除一部分气泡，而混凝土在振捣时，其流动状态至关重要，消泡剂掺量较高时，混凝土含气量较低，流动性差，振捣时气泡难以排除，因而会在成型后的混凝土表面形成孔洞。综合考虑，消泡剂的掺量应在8×10-4为宜。选取掺量为8×10-4的消泡剂分别掺入C30、C40清水混凝土中，并与普通C30、C40清水混凝土做对比，得到试验结果如表4所示。

表4 桥墩桥柱用C30、C40清水混凝土性能指标

综上所述，采用自制聚羧酸减水剂与PAC型消泡剂进行复配，在PAC型消泡剂的掺量为8×10-4时，所制备的混凝土完全符合桥墩桥柱用C30、C40清水混凝土的设计要求。

2.2 C50梁高性能清水混凝土专用外加剂制备

由于桥梁设计的钢筋密度相对较大，且结构较为特殊，致使其在振捣工序时有一定的操作难度，因此需要清水混凝土有较好的工作性能，一般要求其坍落度在180 mm以上，这要求混凝土中有充足的含气量，以保证其流动性，所以单纯的掺入消泡剂已经很难满足施工要求，为此，需要加入合适比例的引气剂，在清水混凝土引入适量的小气泡，这些小气泡在混凝土中形成“滚珠”效应，可以显著改善混凝土的工作性能。

采用1.2中C50清水混凝土的配合比进行实验，探讨不同掺量的消泡剂和引气剂复配时对清水混凝土工作性能的影响，实验结果如表5所示。

表5 消泡剂和引气剂对清水混凝土工作性能的影响

由表5可知，引气剂在清水混凝土中引入小气泡，改善了混凝土的工作性能，在消泡剂掺量不变时，掺入适量的引气剂可以明显改善混凝土的坍落度和扩展度，但是当引气剂掺量过低时，清水混凝土中含气量较低，流动性差，混凝土工作性能变差，无法达到施工要求；当引气剂掺量较高时，虽然混凝土的流动性变好，但其成型脱模后的镜面效果非常不理想，说明引气剂的掺量较大时，会使混凝土的含气量过高，小气泡融合成大气泡，混凝土可能出现蜂窝麻面的现象[5],无法做到表面平整美观，违背了清水混凝土的设计要求。综合考虑，引气剂的掺量应在5×10-5为宜。

由表5中数据得知，在消泡剂掺量为8×10-4，引气剂掺量为5×10-5时，C50清水混凝土中的含气量为2.6%，仍处于一个较多的量。因此可将引气剂的掺量固定为5×10-5，继续尝试增加消泡剂的掺量，以求达到降低混凝土含气量的效果，操作时，将引气剂加入自制聚羧酸减水剂中，通过计算，应掺入母液外加剂的比例为1.6%，此时尝试继续增加消泡剂的掺量，得到试验结果见表6。

表6 消泡剂掺量对C50清水混凝土性能的影响

通过表6可知，以自制聚羧酸型减水剂作为母液，引气剂掺量为5×10-5不变的情况下，随着消泡剂掺量的增加，清水混凝土中的含气量持续降低。当消泡剂掺量为0.12%时，混凝土中含气量为2.4%；当消泡剂掺量为0.14%时，混凝土中含气量为1.9%，此时清水混凝土的各项性能指标比较优秀，含气量较为合适，混凝土工作性能较好，易于施工作业；而当消泡剂掺量增加至0.16%时，混凝土中含气量降低幅度放缓，此时坍落度和扩展度等指标不太理想，混凝土的工作性能变差，因此确定消泡剂的最佳掺量为0.14%。采用自制聚羧酸减水剂，掺入14×10-4的消泡剂和5×10-5的引气剂，配置成C50高性能清水混凝土外加剂，制备出的清水混凝土基本性能如表7所示，成型后的效果图如图1所示。