拌合用水中Ca2+和Mg2+對(duì)混凝土摻用引氣劑的影響

達(dá)　瓦　王秀枚

(西藏自治區(qū)水利電力規(guī)劃勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院，西藏拉薩　850000)

?

拌合用水中Ca2+和Mg2+對(duì)混凝土摻用引氣劑的影響

達(dá)瓦王秀枚

(西藏自治區(qū)水利電力規(guī)劃勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院，西藏拉薩850000)

摘要:從界面活性作用、起泡作用、穩(wěn)泡作用三方面，介紹了引氣劑的作用機(jī)理，并通過試驗(yàn)，分析了水中鈣離子對(duì)引氣劑及其引氣效果的影響，提出了降低水中鈣鎂離子的方法，對(duì)控制混凝土的質(zhì)量起到了重要的作用。

關(guān)鍵詞:混凝土，引氣劑，含氣量，鈣離子

1　概述

在水利工程中，混凝土工程是最為龐大，也是最為關(guān)鍵的環(huán)節(jié)。尤其是在水下或浸水部位的混凝土設(shè)計(jì)指標(biāo)中，除有抗壓強(qiáng)度外，還有其他耐久性指標(biāo)，如抗凍、抗?jié)B等要求。這些技術(shù)指標(biāo)既影響工程施工質(zhì)量和結(jié)構(gòu)使用壽命，又影響工程成本。在南水北調(diào)中線工程中混凝土的抗凍性是影響混凝土使用壽命的主要原因，為提高混凝土抗凍性能，在混凝土中摻合引氣劑是一個(gè)有效途徑。然而混凝土中引氣劑需要水稀釋后使用，工程上考慮就地取材，降低成本等因素，大多采用地下水配置。因地下水中含有Ca2+，Mg2+等多種礦物離子，使水的硬度提高，對(duì)引氣劑的效果產(chǎn)生一定影響。本文結(jié)合試驗(yàn)研究，探討混凝土拌合用水中Ca2+，Mg2+離子含量對(duì)混凝土摻用引氣劑的影響。

2　混凝土摻用引氣劑原理

混凝土引氣劑大多屬于陰離子表面活性劑，其分子結(jié)構(gòu)由憎水基團(tuán)和親水基團(tuán)組成，親水基團(tuán)在分子溶于水解離后會(huì)釋放陽離子而帶正電荷。

引氣劑的作用機(jī)理包括以下方面。

2．1界面活性作用

加入引氣劑后，其分子會(huì)吸附在各相界面上(水泥—水—空氣界面)。在水泥—水界面上，憎水基團(tuán)指向水泥顆粒，親水基團(tuán)指向水分子，形成定向吸附膜;在水—空氣界面上，憎水基團(tuán)指向空氣，親水基團(tuán)指向水，形成定向吸附層。由于引氣劑的這兩層吸附作用，降低了整個(gè)體系的自由能，當(dāng)混凝土在攪拌時(shí)，會(huì)產(chǎn)生大量氣泡。

2．2起泡作用

泡的種類有很多種，如氣泡、泡沫等?；炷林械呐輰儆谌苣z性氣泡。

純凈的水在快速晃動(dòng)作用下，會(huì)產(chǎn)生氣泡，但靜置一段時(shí)間，氣泡會(huì)上浮、破滅。但當(dāng)水中加入引氣劑(比如洗衣粉)后，攪動(dòng)，便產(chǎn)生大量氣泡且不易消失。

2．3穩(wěn)泡作用

當(dāng)混凝土中摻入引氣劑后，不但能使混凝土在攪拌過程中產(chǎn)生大量微小的氣泡，而且這些氣泡能較穩(wěn)定地存在，這使得硬化混凝土中存在一定結(jié)構(gòu)的氣孔。

3　試驗(yàn)材料及方法

1)水泥:采用42．5號(hào)普通硅酸鹽水泥。

2)粉煤灰:采用的粉煤灰為禹州通達(dá)F類Ⅱ級(jí)。

3)骨料:骨料為禹州大嬴碎石和人工砂，砂的細(xì)度模數(shù):2．9，含泥量小于1%。

4)外加劑:引氣劑為北京瑞迪斯FAC-4型，減水劑為北京瑞迪斯高效減水劑FAC型，其檢測(cè)指標(biāo)見表1。

表1　FAC-4型引氣劑檢測(cè)結(jié)果

5)水:施工用水為地下水。檢測(cè)指標(biāo)見表2。

表2　水的檢測(cè)結(jié)果

試驗(yàn)一:試驗(yàn)采用配置不同含量的鈣離子的水，鈣離子濃度分別為0 mg/L，100 mg/L，200 mg/L，400 mg/L，800 mg/L，然后用配置好的水溶解引氣劑(濃度為2%)，編號(hào)分別為Y1～Y5號(hào)，靜置，觀察引氣劑隨時(shí)間(15 min，45 min，120 min)變化的結(jié)果。

試驗(yàn)二:用鈣離子濃度分別為0 mg/L，100 mg/L，200 mg/L，400 mg/L，800 mg/L的水和試驗(yàn)一配置的引氣劑Y1～Y5號(hào)相對(duì)應(yīng)試拌合混凝土，編號(hào)為N1～N5，測(cè)量鈣離子含量與含氣量之間的關(guān)系。

4　試驗(yàn)結(jié)果分析

4．1水中鈣離子對(duì)引氣劑配置影響

通過試驗(yàn)一發(fā)現(xiàn)拌和水中鈣離子對(duì)引氣劑有分層現(xiàn)象，而且是隨著鈣離子濃度的增大分層更加明顯;不含鈣離子的Y1試樣溶解引氣劑不分層且不產(chǎn)生絮狀物。隨著鈣離子濃度的增加絮狀物增多、分層越明顯。

原因分析:松香類引氣劑成分類似肥皂，鈣離子有沉淀肥皂的能力。由此可見鈣離子對(duì)引氣劑分子有一定的破壞。

4．2水中鈣離子對(duì)引氣劑引氣效果的影響

下面以南水北調(diào)排水倒虹吸C30混凝土配合比為例，其配合比見表3。

表3　C30混凝土配合比　kg

由試驗(yàn)二得到，鈣離子含量與含氣量變化曲線見圖1。

由圖1我們可以看出:隨著鈣離子濃度的增加，含氣量逐漸減少。鈣離子濃度小于400 mg/L，含氣量減少較為明顯。鈣離子濃度大于400 mg/L，含氣量變化不大。

南水北調(diào)工程中，在對(duì)混凝土質(zhì)量控制上，引氣劑的分散潤滑和減水作用大大改善了混凝土的和易性、可操作性，提高了結(jié)構(gòu)的耐久性，所帶來的經(jīng)濟(jì)效益巨大。因此在混凝土含氣量的控制過程中，如何減小鈣離子對(duì)引氣劑的影響，掌握其變化規(guī)律至關(guān)重要。

圖1　鈣離子與含氣量變化曲線

5　降低水中鈣鎂離子的方法

1)水質(zhì)軟化。即是減少水中鈣鎂離子的含量。水質(zhì)軟化的主要方法有:a．納米晶TAC軟水法;b．石灰蘇打法;c．磷酸鹽軟水法;d．離子交換法;e．加藥法;f．電磁法;g．膜分離法。

試驗(yàn)三:采用石灰蘇打法去除鈣、鎂離子后的水質(zhì)進(jìn)行試驗(yàn)一。

對(duì)比試驗(yàn)一與試驗(yàn)三的結(jié)果(見表4)。石灰蘇打法有效地軟化了水質(zhì)，使混凝土中的含氣量較軟化前增加了58%?；炷撂涠冉档?，可塑性提高。本法適合各種復(fù)雜的施工條件，可以有效節(jié)約成本。

表4　石灰蘇打法處理前后的混凝土性能對(duì)比

2)提高引氣劑摻量。試驗(yàn)四:試拌時(shí)調(diào)整引氣劑摻量，檢測(cè)混凝土含氣量。具體試驗(yàn)參數(shù)和結(jié)果見表5。

試驗(yàn)四表明，引氣劑摻量的增大，含氣量也同時(shí)增大，可確?；炷梁瑲饬恳蟆５摲椒ㄊ艿剿锈}鎂離子濃度大小的影響。若水中鈣鎂離子濃度較大，則需要大幅度提高引氣劑摻量，并不經(jīng)濟(jì)。

6　結(jié)語

拌和水中鈣鎂離子濃度的增加，可以使引氣劑產(chǎn)生絮狀物，混凝土含氣量隨之減少。石灰蘇打法通過化學(xué)作用降低了拌和水中鈣鎂離子濃度，可以滿足施工設(shè)計(jì)要求，而且成本低，操作簡(jiǎn)單。解決了拌和水中鈣鎂離子濃度對(duì)混凝土含氣量的影響，對(duì)控制混凝土質(zhì)量起到至關(guān)重要的作用。

參考文獻(xiàn):

［1］GB 8076—2008，混凝土外加劑規(guī)范［S］．

［2］DL/T 5150—2001，水工混凝土試驗(yàn)規(guī)程［S］．

［3］DL/T 5151—2014，水工混凝土砂石骨料試驗(yàn)規(guī)程［S］．

［4］GB/T 50080—2002，普通混凝土拌和物性能試驗(yàn)方法標(biāo)準(zhǔn)［S］．

［5］GB/T 50081—2002，普通混凝土力學(xué)性能試驗(yàn)方法標(biāo)準(zhǔn)［S］．

The influence of Ca2+and Mg2+of mixing water to concrete mixed with air-entraining agent

Da WaWang Xiumei
(Tibet Autonomous Region Hydraulic and Electric Planning and Survey Design Institute，Lhasa 850000，China)

Abstract:From the interface activity role，popping role，foam stability role three aspects，this paper introduced the mechanism of air-entraining agent，and through the test，analyzed the influence of calcium ion in water to air-entraining agent and its air-entraining effect，put forward the method to reduce the calcium and magnesium ions in water，played important role to control the quality of concrete．

Key words:concrete，air-entraining agent，air content，calcium ions

作者簡(jiǎn)介:達(dá)瓦(1979-)，男，工程師;王秀枚(1978-)，女，工程師

收稿日期:2015-10-21

文章編號(hào):1009-6825(2016)01-0122-02

中圖分類號(hào):TU528

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼:A