路面混凝土引气剂评价方法的研究.pdf
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1、第 1 7卷第 4 期 2 0 1 4年 8月 建筑材料学报 J OURNAL OF BUI L DI NG MATE RI ALS V01 1 7 NO 4 Aug , 2 01 4 文 章 编 号 : 1 0 0 7 - 9 6 2 9 ( 2 0 1 4 ) 0 4 - 0 7 4 3 0 6 路面混凝土 引气剂评价方法 的研究 柯 国炬 , 田 波 , 王 稷 良 ( 交通运输部公路科学研究所 ,北京 1 0 0 0 8 8 ) 摘 要 :采 用水 泥稀浆 摇 泡法 、 水 泥砂 浆 扩展 度和 插捣 密度 法 来评 价 混凝 土 引气 剂的合 理 性 , 并 通过 硬 化 混凝 土
2、的含 气量 、 气 泡结构 和 冻融耐 久性进 行 验证 结果 表 明 : 可 以通 过 水 泥稀 浆 试验 对 引气 剂的 引气性 能 和稳 泡性 能进行 初 步 判 断 , 初 始 气泡 高度 大 则 引 气性 能 好 , 气泡 高度 变化 快 则 稳 泡 性 能 差 ; 水泥砂 浆扩展 度 和插 捣 密度 法 同样 可 用 于评 价 混 凝 土 引气 剂 , 引 气性 能好 则 同等 掺 量 下 对应 的 引气砂 浆插捣 密度 小 , 稳 泡性 能 强则 砂 浆 扩展 度 和 插 捣 密 度值 的 变化 小 ; 新 拌 混凝 土 含 气 量 和硬 化 混凝 土含 气量 差异 大 , 并
3、且相 关性 不 强 , 高频振 捣调 整 了混 凝 土 的 气泡 间距 ; 稀 浆 泡沫 性 能、 砂浆扩展度和插捣 密度 、 硬化混凝土含气量以及气泡间距与混凝土抗冻性有一定的对应关 系 关键词 :引气剂;水泥稀浆摇 泡; 砂浆插捣密度 ;气泡结构;冻融耐久性 中图分 类号 : T U5 2 8 0 4 2 文 献标 志码 : A d o i : 1 0 3 9 6 9 j i s s n 1 0 0 7 9 6 2 9 2 0 1 4 0 4 0 3 3 Ev a l u a t i o n M e t ho d o f Pa v e me nt Co n c r e t e Ai r -
4、 Ent r a i ni n g Ag e n t KEGu o j , TI AN Bo, WANG J i l i a n g ( Re s e a r c h I n s t i t u t e o f Hi g h wa y Mi n i s t r y O f Co mmu n i c a t i o n,B e i j i n g 1 0 0 0 8 8,Ch i n a ) Ab s t r a c t :The r a t i o n a l i t y o f m e t ho ds o f t h i n c e me n t pa s t e s h a ki n g
5、b ubb l e ,c e m e nt m o r t a r di ve r ge nc e a nd r e a l de ns i t y t o e v a l ua t e t he c o nc r e t e a i r e nt r a i ne d pe r f o r m a n c e we r e di s c u s s e d,a nd t he n i t wa s p r ov e d by me a s u r e me n t o f a i r c o n t e n t ,b u b b l e s t r u c t u r e a n d f r
6、 e e z e t h a w d u r a b i l i t y o f h a r d e n e d c o n c r e t e Re s u l t s s h o w t h a t p r e l i mi n a r y j u d g me n t o f a i r e n t r a i n e d p e r f o r ma n c e c o u l d b e ma d e t h r o u g h t h i n c e me n t p a s t e t r i a 1 Th e h i g h e r t h e i n i t i a l b
7、u b b l e ,t h e b e t t e r t h e b l e e d a i r p e r f o r ma n c e i s ;t h e f a s t e r t h e b u b b l e l e v e l c h a n - g e s ,t h e wo r s e t h e f o a m s t a b i l i t y i s Th e me t h o d o f c e me n t mo r t a r d i v e r g e n c e i s a s s u i t a b l e f o r u s e a s t h e m
8、e t h od o f r e a l d e n s i t y The l e s s t he c e me n t mor t a r d e n s i t y,t h e be t t e r t h e bl e e d a i r pe r f or ma n c e i s;t h e be t t e r t he f o a m s t a b i l i t y,t h e s m a l l e r t h e de v i a t i o n o f c e me nt m o r t a r d i v e r ge nc e f r o m t h e me
9、t h od of r e a l d e ns i t y i s Ai r c o nt e n t d i f f e r e n c e b e t we e n f r e s h c o n c r e t e a nd ha r d e n c o nc r e t e i s l a r ge,wh i l e hi gh f r e qu e n c y v i b r a t i o n a d j u s t t h e s p a c i n g o f t he b u b b l e s p a c i n g Th e r e a r e s o me c o r
10、 r e s p o n d i n g r e l a t i o n s h i p s a mo n g f o a m s l u r r y p e r f o r ma n c e ;c e me n t mo r t a r d i v e r g e n c e a n d r e a l d e n s i t y;a i r c o n t e n t ,b u b b l e s p a c e a n d f r e e z e - t h a w d u r a b i l i t y o f h a r d e n c o n c r e t e r Ke y wo
11、 r d s :a i r e n t r a i n i n g a g e n t ;t h i n c e me n t p a s t e s h a k i n g b u b b l e ;t a mp e d mo r t a r d e n s i t y;b u b b l e s t r u c t u r e;f r e e z e t ha w du r a bi l i t y 为改善现代混凝土的抗渗性、 抗冻性 和工 作性 。 , 需 要 掺入 引气 剂 J T G F 3 0 - 2 0 0 3 ( 公 路水 泥混凝土路 面施工技术规 范 也规定滑模摊铺混凝 土必
12、 须掺入 引气剂 目前 中国还没 有统 一 的引气 剂评 价方 法 和评 价 指标 较 为普 遍 的 引气 剂 检 测 方法 是 检 测 新 拌 混 凝 土的含气量 , 而新拌混凝土的含气量与硬化混凝 土 的抗冻融耐久性并未呈现很好 的相关性m 因此结 收稿 日期 : 2 0 1 3 - 0 3 1 6 ;修订 日期 : 2 0 1 3 0 5 0 9 基金项 目: 国家 自然科学基金资助项 目( 5 1 3 0 8 2 6 4 ) ; 交通运输部公路科学研究所基本科研业 务费项 目( 2 0 1 4 9 0 0 2 ) 第一作者 : 柯 国炬 ( 1 9 8 3 一) , 男 , 湖北鄂州人
13、 , 交通运输部公路科学研究所助理研究员 , 硕士 E ma i l : k e g u o j u 1 6 3 c o m 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 7 4 4 建筑材料学报 第 1 7 卷 合引气剂的作用效果和使用 目的 , 需要建立有效 的 引气剂评价方法和评价指标 , 来保证引气水泥混凝 土结构 物 的质量 引气 剂用 于路 面水 泥 混 凝 土 已成 为 常 态 , 研 究 引气水泥稀浆性能、 引气水泥砂浆性能、 硬化混凝土 含气量以及硬化混凝土气泡结构与混凝土的抗冻融 耐久性 的对应关系, 建立路面混凝土引气剂的评价 方法 和评 价指标 , 可
14、 以 为引 气 剂 应用 于 水 泥 混凝 土 路面提供很好的理论支撑和技术支持 , 对于提高路 面水泥混凝土的施工质量至关重要 1 试验 1 1 原 材 料 水 泥选 用金 隅牌 P O 4 2 5普通 硅 酸 盐 水 泥 , 其化学组成见表 1 ; 细砂 为内蒙古天然河砂 , 细度模 数 2 2 8 , 表 观密 度 2 6 9 k g m。 , 黏 土含 量 0 7 ( 质 量分数) ; 5 2 5 mi D _ 连续级配石灰岩碎石 ; 引气剂 ( a i r e n t r a i n i n g a g e n t ,AE A) : 未 知组成 的进 口引气 剂 、 皂 苷 引气 剂
15、 、 松 香热 聚 物 、 烷基 硫 酸盐 和 脂 肪 醇 硫酸 盐 等 , 使用 前 均 稀 释 成 质量 分 数 为 ( 3 2 0 3 ) 的溶 液 , 其 掺 量 为 0 3 0 8 ( 质 量 分 数) , 各项技术指标见表 2 表 1 水泥的化学组成 T a b l e 1 C h e mi c a l c o mp o s i t i o n b y ma s s ) o f c e me n t F0 2 03 S i O2 Ca O Al 2 O。 M g O S O3 K2 O Na 2 O I L 44 25 77 55 55 61 5 72 09 076 01 14 9
16、 2 试 验结果与讨论 2 1 水 泥稀 浆摇泡试 验 摇 泡试 验可 对 引气 剂 的引气 性能 和气 泡稳 定性 袭 2引气剂的技术指标 Ta b l e 2 Te c h n i c a l d a t a o f a i r - e n t r a i ni n g a g e n t 提供一个初步判断 掺有引气剂的水在外力作 用下 形成泡沫 , 泡沫破灭形成水 , 气泡的破灭速率依赖于 气泡的流体动力学特性, 包括气泡的大小和形状 , 以 及气液界面的移动 初 始气泡高度反映了引气剂的 引气性能 , 气泡高度随时间的变化反映了引气剂的 稳 泡性 能 目前主要存 在 2种 评 价引气
17、剂 的摇泡 方法 : 1 ) 一般摇 泡法将 3 0 0 mL水 与 1 0 mL引 气剂 相 混 合 , 倒人 1 0 0 0 mL量 筒 内 , 振荡 3 0次后 产 生 泡 沫 , 分 别记 录泡 沫 和水 的刻 度 以及 所对 应 的时 间 , 其 关 系如下 : Vd V。 一 ( 1 k ) t ( 1 ) 式中: 为时间 t 的排液量 , mL; V。为振荡结束时 的量筒 内液体 体 积, mL; 一 1 k反 映泡 沫 破灭 的 速率 D = = = ( 3 1 0一V。 ) 3 1 0 ( 2 ) 式 中: D为摇泡消耗的液体量 2 ) 水泥稀浆摇泡法 将 3 0 0 mL水
18、 、 1 0 mL引气剂 及 5 g 普通硅酸盐水泥相混合 , 其余 同一般摇泡法 选定表 2中的 6种引气剂 , 将其稀释为液体溶 液, 在相 同掺量下 , 分别采用一般摇泡法和水泥稀浆 摇 泡法 来评 价 各 引气 剂 的 引 气 性 能 和 稳 泡性 能 2 种 摇泡 法试 验结果 见表 3 , 4 由表 3 , 4可 以看 出 , 相 同条 件 下 , 摇 泡 耗 液 量 多, 初始气泡高度偏大, 则 引气剂 的引气能力偏强 ; 若一1 k偏小 , 则不同时刻的气泡高度变化较小 , 泡 沫稳定性偏好 由表 3 , 4还 可 以看 出 , 在 其 他 条 件相 同 的情 况 下 , 水
19、泥浆 体对 引气剂 的引 气性 能有很 大影 响 同样 的引气剂分别采用一般摇泡法 和水泥稀浆 摇泡法 , 结果 呈现 出很 大 差 异 : 一 般 摇 泡 法 中 引 气 剂 D 的 一 1 k 较 小 ( 排 液 速率 较 慢 ) , 为 1 3 1 , 引 气 剂 E 的 一 1 k 较大( 排液速率较快) , 为 3 2 1 0 , 这说 明引气 剂 D 的气 泡稳定 性 优 于 引气 剂 E; 在水 泥 稀 浆 摇 泡 法 中这种 现象则 相反 , 引气 剂 E的 一1 k为 4 5 3 , 引 气剂 D的为 1 5 8 4 同样对于引气剂 M 和 S , 水泥的 掺入影响了二者的初
20、始摇泡消耗液体量 , 即发泡能 力 : 一般 摇 泡法 试 验 中 , 引气 剂 M 和 S的初 始 摇 泡 消耗液体量值分别为 7 4 和 3 0 ; 水泥稀浆摇泡 法试验中则为 6 0 和 3 8 1 从初始摇泡高度看, 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 第 4期 柯 国炬 , 等 : 路面混凝土引气剂评价方法 的研究 7 4 5 引气剂 M 在水泥稀浆中引气能力减弱, 而引气剂 S 则 相反 , 并且 出现较 大差 异 , 其 引 气能 力增 加 幅度 较 大 2种摇 泡 方法 中 , 引气剂 M 和 C的 一I k变化 幅 度 最 大 , 分 别 从 4
21、0 9 8减 小 到 1 7 3 , 从 7 7 0 9减 小 到 3 3 8 2 , 这说明引气剂 M 和 C在水泥稀浆 中的泡 沫稳 定性 变 好 , 可能 与水 泥稀浆 黏 度等 因素 有关 水 泥稀浆 摇 泡试 验 中 , 通 过对 比发 现 引 气剂 的 引气性能和稳泡性能并不存在对应关系 6种 引气 剂 均 表现 出不 同的 引气 性 能 和稳 泡 性 能 由表 4可 见 , 初始气泡高度最大的是引气剂 C, 说明其引气性 能最 佳 ; 引气 剂 M , S和 E 的气 泡 高度 随时 间变 化较 小 , 说明其稳泡性能较好 ; 而引气剂 M 的初始气泡 高度最小 , 引气性能最差
22、 比较 2种 摇 泡法 的初 始 耗液 量 D, 发现 一 般 摇 泡 试验 的 D 值 较 小 , 且 差 异 不 大 ; 水 泥 稀 浆 摇 泡 试 验的 D值明显较大 , 且差异明显 这 可能与水泥稀 浆体系的离子和引气剂中的表面活性组分作用方式 及 效果 有关 , 水 泥 稀 浆 震 荡 液泡 膜 的厚 度 在 水 泥 颗 粒和表面活性组分 的相互作用下大幅增加, 且差异 明显 , 表 现 出来 的是 初 始 耗 液 量 D 值 的 增 加 和 差 异 化 因此可认为 , 一般摇泡法和水 泥稀浆摇泡法 是 2种完 全不 同 的方 法 , 呈 现 出 引 气 剂 在 不 同体 系 中 的
23、作用特点 可能是因为水泥稀浆的水泥水化离子 、 体系黏度等物理化学特性的改变 , 影响了引气剂 的 引气性能 因混凝土体系与水泥稀浆体系更为接近 , 故水泥稀浆摇泡法更能反映引气剂在水泥混凝土 中 的引气 性能 和稳 泡性 能 2 2砂浆 扩展 度和插 捣 密度 法 胶凝体系中引气剂 由 3部分组成 : 一部分吸附 于固体颗粒表面 , 一部分分散于液相中, 还有一部分 分散在液相和气相的界面上 因为水 泥水化体系的 物理 化学 性质 不 断 改变 , 所 以这 3个 部 分 的表 面 活 性剂均处在动态平衡 中 吸附在固体颗粒表面的表 面活 性剂对 气 泡 的形 成 和稳 定 基 本 没 有
24、贡献 ; 分 散 在液相和气相界面的表面活性剂直接影响体系气 泡 的形 成和稳 定 ; 分 散 于 液 相 中 的表 面 活 性 剂起 到 过 渡 的作用 , 保证吸附在固体颗粒表面 的表面活性剂 和分散 在液 相 和气相 界 面 的表 面 活性剂 平衡 转化 气 泡 和孔 隙是 两 个 概 念 , 气 泡 呈 球 形 , 表 面 光 滑 , 起 到 滚珠 轴 承 的作 用 , 间接 补偿 微 细集 料 , 从 而 改善流动性 , 因此砂浆 引气 的宏观表现是扩展度值 变 大 , 表 观插 捣密 度 变小 初始扩展度值和砂浆插捣密度值体现了引气剂 的引气性能 , 砂浆延迟扩展度值和砂浆插捣密度
25、值 的变化则反映了引气剂的稳泡性能 试验部分采用 国标 中胶砂强度 的配合 比, 同时 为了体现引气剂 的减水作用和路面水泥混凝土配合 比的特点 , 将胶 砂试验 的水灰 比( 质量 比) 固定在 0 4 水泥砂浆试验配合比和结果见表 5 , 6 O 0 O 0 O 0 2 1 1 6 6 6 3 3 3 4 7 6 0 5 O O 0 O 3 1 1 1 6 3 3 3 5 8 6 O 0 O O O O 0 2 1 2 7 8 4 3 3 7 8 6 O O 0 O 0 O 9 7 1 0 1 2 5 3 3 8 9 7 2 8 0 4 6 3 3 2 3 7 2 8 2 0 8 6 2
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- 路面 混凝土 引气剂 评价 方法 研究
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