引气剂与引气减水剂.pptx

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1、第1页/共63页1938年美国引气剂推广公路应用1942年美国引气混凝土施工规范1948年广泛应用 我国：1950年开始，松香热聚物、松香皂、复合多功能产品。近年：引气剂领先地位是日本。第2页/共63页5.1引气剂的种类与化学性质表面活性剂 阴离子阳离子 非离子 两性离子 第3页/共63页5.1.1松香类引气剂 特点：性能可靠、制备简便、价格便宜 松香皂类松香热聚物1.松香皂类引气剂主要成分：松香酸第4页/共63页制备过程：松香酸，遇碱皂化反应松香酸脂（松香皂）第5页/共63页 配制烧碱（配制烧碱（NaoHNaoH）溶液）溶液a=k100B/ca碱用量，gc碱纯度K0.71，NaoH换算系数B

2、松香皂化系数，中和1kg松香所需NaoH质量，一般160180。第6页/共63页松香处理（二级、三级松香）第7页/共63页第8页/共63页松香粉碎粉状氧化（在空气中）颜色加深 皂化过程 碱液加热至沸，徐徐加入松香，边加边搅拌（防止爆沸）反应结束时：PH值89，澄清透明，无浑浊，无沉淀松香皂物理性质：外观为棕色膏状物，含水22%，PH810第9页/共63页缺点：功能不够全面，使用不方便 加入透明其他成分改性 加入载体粉状产品 与其他减水剂复合引气减水剂 第10页/共63页2.松香热聚物引气剂由于树脂酸中具有COOH，加碱后会发生反应生成皂类。将松香与石碳酸(苯酚)、硫酸按一定比例投入反应釜，在一

3、定温度和合适条件下反应，该反应过程相当复杂，经过缩合、聚合反应，变成一种分子比较大的物质，再用过氢化钠处理成为钠盐的缩合热聚物。第11页/共63页第12页/共63页5.1.2烷基苯磺酸盐类引气剂工业上是用廉价的石油化学制品丙烯为原料，使其聚合成丙烯四聚体，再与苯反应，则得到十二烷基苯的复杂混合物。第13页/共63页5.1.3其他类型引气剂（1）皂角苷类引气剂（三萜皂苷）萜萜类通式（C5H8）n 第14页/共63页皂苷（碱皂体）第15页/共63页单糖基甙键甙元基第16页/共63页皂角苷类水溶性引气剂产品主要由三萜皂甙与少量改性化学物质混合而成。它的生产原理主要是利用三萜皂甙易溶于水和乙醇的特性，

4、从植物原料中溶出三萜皂甙成份，然后经与残渣分离、浓缩精制而成。根据生产条件不同，可分别采用“水溶法”和“乙醇法”两种工艺生产。第17页/共63页皂角苷类引气剂的生产工艺流程 第18页/共63页引气原理皂角苷类引气剂的引气作用是由三萜皂甙的分子结构决定的。单糖基中的单糖有很多羟基(-OH)能与水分子形成氢键，因而具有很强的亲水性；而甙元基中的甙元具有亲油性，是憎水基团。因此三萜单甙是一个即含亲水基团又含憎水基团的两性分子。当三萜皂甙溶于水后，分子就定向排列在气液界面上，降低了溶液的表面张力，从而使新界面的产生变得更容易。若用机械方法搅动溶液，就会产生气泡。由于三萜皂甙分子结构较大，形成的分子膜较

5、厚，气泡壁的弹性和强度较高，气泡保持相对稳定。第19页/共63页第20页/共63页物理性质：皂角苷类引气剂产品有固体粉状和液状两种。粉状产品呈褐黄色，比重约为1.3，水份含量小于5，水不溶物微量，产品中含有少量挥发份和糖份。产品易吸收空气中的水份而变潮，但不影响产品质量和使用。液状产品呈深棕色，不透明，固体含量大于15，沉淀物微量。产品水溶性极强，可与任何其他外加剂，如萘系和三聚氰胺类高效减水剂等按用户要求比例复合使用。第21页/共63页溶液浓度溶液浓度（%）起泡容量起泡容量（ml）5分钟后泡分钟后泡沫容量沫容量（ml）泡沫稳定性泡沫稳定性（%）PH0.40524790.46.890.6561

6、5590.26.370.80676191.06.01皂角苷类引气剂溶液起泡能力和稳定性 第22页/共63页试验项目试验项目实测结果实测结果国家标准指标国家标准指标符合标准等符合标准等级级一等品一等品二等品二等品减水率（减水率（%）11.066一等品一等品泌水率比（泌水率比（%）49.37080一等品一等品含气量（含气量（%）5.43.55.53.55.5一等品一等品凝结时间（凝结时间（min）一等）一等品品初凝初凝+44-60+60-60+60一等品一等品终凝终凝+49-60+60-60+60抗压强度（抗压强度（%）3天天939580合格品合格品7天天1039080一等品一等品28天天9490

7、80一等品一等品90天天979080一等品一等品收缩率比（收缩率比（%）113120120一等品一等品相对耐久性指标相对耐久性指标（%）200次次200次次300次次一等品一等品9880钢筋锈蚀钢筋锈蚀无害无害无害无害无害无害一等品一等品皂角苷类型引气剂检测结果与我国混凝土外加剂标准指标比较 第23页/共63页性能指标：（1）经中国水利水电科学院检测其各项性能均满足国标中引气剂一级品的指标要求。（2）可提高混凝土抗冻性10倍以上。（3）当混凝土含气量小于4%时，混凝土抗压强度不因引气而降低；抗折强度有较大幅度的提高（1520%），当含气量在常用值46%时，引气剂引起的每单位含气量混凝土抗压强度

8、损失率小于3%；抗折强度仍有提高。（4）提高混凝土抗碱集料反应、干湿循环耐久性。此外，引气剂显著降低混凝土的离析与泌水，改善工作性和可泵性。第24页/共63页生产情况我国掺引气剂的混凝土仅占混凝土总量的2030。而发达国家占7080，我国混凝土总年生产量约为2亿M3，即有6000万M3。应使用引气剂的年产量至少为6000吨，价值约1.2亿元。我国的混凝土工程的耐久性将有非常明显的提高。皂角苷引气剂利用野生植物为原料，资源丰富，已建成年产1000吨的生产线，近几年来共生产了约1500吨，用于工程。提高了抗冻耐久性。引气剂已作为泵送剂组份之一。第25页/共63页皂角苷类引气剂的优缺点：(1)引气剂

9、的气泡结构较好，产泡半径较小，因此抗冻性指标较高，强度降低相对较小。(2)水溶性极好，施工使用方便。(3)与减水剂、缓凝剂复合性能较好。(4)本产品的缺点是有些刺鼻，但无害，配制人员请戴口罩。易潮解结成小团，但在水中即溶解，不影响使用效果。第26页/共63页（2）脂肪酸及其盐类引气剂动物脂肪皂化脂肪酸盐（引气性质）5.2引气剂在混凝土中的作用5.2.1引气剂的作用机理第27页/共63页1、混凝土引气及气泡的形成过程搅拌产生两种作用涡流吸气作用：搅拌涡流负压区吸入空气剪切力气泡骨料抛落形成的三维幕引气作用：搅拌物料相逐级下落骨料形成三维幕将空气携带重力、剪切力空气破碎气泡第28页/共63页第29

10、页/共63页未掺引气剂的混凝土：空气被浆体包裹形成气泡，但当气泡互相靠近时，极易相互兼并增大，并上浮至表面，从而破灭消失。引气剂的作用主要有两个方面：一是使引入的空气易于形成微小气泡；二是防止气泡兼并增大、上浮破灭，也就是要保持微小气泡稳定，并均匀分布在混凝土中。第30页/共63页未掺引气剂混凝土中不稳定的气泡第31页/共63页2.引气剂在液-气界面上的吸附与排布引气剂与减水剂的界面活性作用区别：减水剂界面活性作用发生在液-固界面上，引气剂发生在液-气界面上。气泡：液体薄膜包围着的气体。引气剂是表面活性物质，由非极性基和极性基构成。对于液气体系，其非极性基深入气相，而极性基留于水中，从而吸附在

11、气泡的液气界面上形成定向排布。第32页/共63页 由于引气剂分子在气泡表面的这种定向吸附与排布作用，使吸附了引气剂的气泡难于兼并增大，从而能够稳定地分布在混凝土中。第33页/共63页3.引气剂的作用机理(1)降低液气界面张力作用含气量一定时，体系的液气界面积增大，体系总界面自由焓将增大，体系处于热力学不稳定状态。掺入引气剂后，由于降低了液气界面张力，即使气泡不相互兼并增大，也使体系总的液气界面积保持不变，整个体系的液气界面自由焓不增大，或者还有所降低，使体系处于热力学较为稳定的状态。第34页/共63页第35页/共63页(2)气泡表层液膜之间的静电斥力作用离子型表面活性剂作为引气剂时，分子在水中

12、电离成阴、阳离子，使气泡表面液膜带上相同的负电荷，气泡之间便产生静电斥力，阻止气泡进一步靠近，提高气泡的稳定性。(3)水化膜厚度及机械强度增大作用引气剂在气泡表面吸附时非极性基深入气相，极性基留于液相。吸附了引气剂分子的气泡表面水化膜增大，机械强度提高，气泡表面黏度及液膜弹性增大，这样当气泡碰撞接触时，气泡间液膜便不易排液薄化，同时气泡的弹性变形还有利于抵消气泡所受的外力作用。第36页/共63页第37页/共63页纯液体中气泡有表面活性剂的气泡第38页/共63页(4)微细固体颗粒沉积气泡表面形成的“罩盖”作用阴离子型引气剂，会吸收和集中在气泡表面，使混凝土中的气泡实际上成了气固液三相气泡，固体颗

13、粒“罩盖”薄膜使气泡表层膜厚度增大，机械强度和弹性提高。此层“罩盖”薄膜使气泡靠近时水化膜更不易排液薄化，因而气泡更难兼并增大，并且还有助于阻止气泡上浮和凝聚，从而使大量微小气泡能够稳定地均匀分布在混凝土拌合物中。第39页/共63页5.2.2引气剂对混凝土性能的影响1、和易性引气剂引进了大量微小且独立的气泡，这些气泡如滚珠一样使混凝土的和易性得改善。尤其在骨料粒形不好的碎石或人工砂混凝土中。2.泌水性引气剂使混凝土拌合物中的骨料与水泥浆的黏聚性加大，使它们的离散性减弱，使拌合物更好地处于均质状态，使拌合用的水分能更长时间地停留在水泥浆中而减少了泌水性。第40页/共63页第41页/共63页第42

14、页/共63页3、强度引气剂使混凝土的强度有所降低。规律：含气量每增加1，抗压强度约减低45，抗折强度约降低23。强度的降低还受到骨料最大粒径的影响，最大粒径越大，则强度降低率越小。在一定条件下，引气反而可以提高混凝土的抗折强度。牺牲少量强度来大幅度提高混凝土耐久性或使用寿命是值得的，损失的强度通过其它技术得到弥补。另外，引气剂使混凝土成本增加很小，带来许多施工便利，那么混凝土结构的综合成本只会降低。第43页/共63页试样试样引气剂引气剂掺量掺量（）含气量含气量（%）同水灰比条件同水灰比条件同和易性条件同和易性条件坍落坍落(mm)强度强度(MPa)坍落坍落(mm)强度强度(MPa)7d28d7d

15、28d基准混基准混凝土凝土01.06031.141.46031.141.4皂角苷皂角苷（A2)引引气混凝气混凝土土0.12.27529.439.06732.242.50.24.78025.332.85628.637.50.36.89019.924.95023.832.7Vinsol引气混引气混凝土凝土0.052.57528.838.15532.042.20.14.88524.632.05228.038.00.157.19019.825.05024.533.3松香热松香热聚物聚物（SR）引气混引气混凝土凝土0.033.77025.933.30.065.68520.526.00.17.71014.

16、317.8同水灰比或同和易性条件下引气剂品种对混凝土抗压强度的影响 第44页/共63页同水灰比条件下含气量对混凝土强度的影响第45页/共63页同塌落度条件下含气量对混凝土强度的影响第46页/共63页4、耐久性引气剂使混凝土用水量减少，泌水率减低，混凝土内部的大毛细孔减少。微小的气泡占据着混凝土的自由空间，切断了毛细管的通道，这些微小空间可以作为体积膨胀的“缓冲阀”，降低和延缓其它物理膨胀(如盐晶体结晶压等)和化学反应膨胀(如碱骨料反应和硫酸盐反应等)引起的混凝土破坏。使混凝土的抗渗性得到改善。抗化学物质侵蚀作用和对碳化的抵抗作用等也同时得到提高。在相同条件下，使用引气剂的混凝土耐久性或使用寿命

17、可提高5倍以上，因此给国家带来的经济效益是非常巨大的。第47页/共63页第48页/共63页第49页/共63页试验项目试验项目混凝土品种混凝土品种20NaCl溶液中干湿循环溶液中干湿循环后的膨胀率后的膨胀率(10-4)按按JGJ5392标准测得的标准测得的碱集料反应的膨胀率碱集料反应的膨胀率(10-4)10次次15次次0.5个月个月2个月个月不掺引气剂不掺引气剂3.29.226.52.98引气量引气量4.51.85.410.01.28皂角苷类引气剂对混凝土抗盐结晶压和碱集料反应膨胀破坏的影响 第50页/共63页试样试样基准混凝土基准混凝土AE2型引气混凝土型引气混凝土Vinsol引气混凝引气混凝

18、土土含气量（含气量（%）1.64.45.87.95.07.59.5剥剥落落量量kg/m2冻冻融融循循环环次次数数70.500.040.03-0.03-101.210.070.05-0.06-142.700.110.080.060.100.050.02215.470.240.130.090.210.100.05288.190.450.270.140.400.150.0835-0.650.390.180.610.190.1041-0.860.520.260.760.250.13（次）（次）4956-1.131.350.650.820.310.390.890.980.330.420.170.21AE

19、2引气剂和Vinsol引气剂对混凝土抗盐冻融剥蚀性能的影响 第51页/共63页AE2引气剂和Vinsol引气剂对混凝土抗盐冻剥蚀性的影响 第52页/共63页假定不掺引气剂混凝土的使用寿命为10年(需大修)，每立方米混凝土：工程造价为2000元，使用引气剂混凝土的使用寿命提高5倍，假如使用引气剂的140万立方米混凝土中约有100万立方米是用来提高耐久性或使用寿命，则相当于每年可以为国家节省维修费用约为：（2000/10-2000/50）*100=1.6亿元/年第53页/共63页以混凝土公路为例，引气剂已在东北地区约100多公里的高等级混凝土公路中使用。这些公路每公里工程造价约为1200万元(以每

20、立方米混凝土计，工程造价约为4000元，)。若不使用引气剂，混凝土公路约10年需大修一次，使用引气剂后，混凝土公路的使用寿命至少可以延长到40年，引气剂在100km的高等级混凝土公路中使用，相当于每年可以为国家节省维修费用约：(1200/10-1200/40)*100=9000万元 第54页/共63页5.引气剂对新拌混凝土性能的影响增加：浆体体积、拌和料润滑、浆体粘度、屈服应力提高：工作性、塑性、内聚性原材料比例不变的条件下，引气可以提高混凝土的流动性，相同塌落度下，引气可以降低拌和用水量。降低新拌混凝土的塌落度损失。降低因离析和泌水带来的不利影响，改善混凝土质量。提高新拌混凝土的可泵性能，含

21、气量一般以小于6。第55页/共63页6.降低混凝土综合成本下面抗压强度为指标计算，假定不掺引气剂混凝土的水泥用量为330kg/立方米，混凝土、水泥、和引气剂的价格为350元/立方米、400元/t和2.6万元/t。含气量为4(掺引气剂为水泥量的0.017)，混凝土的抗压强度认为不损失，引气后每方混凝土增加的成本为：0.331.710(-4)26000=1.46元；但同时引气4相当于原来l立方米混凝土的体积增加为1.04立方米，每方增加收益为0.04350=14元，因此每方混凝土的综合收益为(14-1.46)=12.54元。第56页/共63页5.3引气减水剂 引气减水剂是一种兼有引气和减水功能的外

22、加剂。5.3.1引气减水剂的特点 性能：引气、改善和易性、减小泌水和沉降，提高混凝土耐久性、抗侵蚀能力。同时具备减水剂的性能：减水、增强以及对混凝土其他性能的普遍改善。特点：提高混凝土含气量的同时，不降低混凝土后期强度，在普遍改善混凝土物理力学性能的基础上，更突出的提高混凝土的抗冻融、抗渗等耐久性。第57页/共63页5.3.2引气减水剂的品种与性能 1.普通引气减水剂主要是木钙、木钠类减水剂。木质磺酸盐减水剂本身就具有减水、引气及缓凝的特点，属引气减水剂范畴。如果引气量不够还可以与引气剂再复合，以增加引气量。2.高效引气减水剂萘系，蒽系、树脂系减水剂属高效减水剂，减水效率高。蒽系减水剂本身含有

23、引气性，属高效引气减水剂。其余都是非引气性。可以与引气剂复合成高效引气减水剂。第58页/共63页5.4引气剂及引气减水剂的使用5.4.1在使用引气剂时，应注意以下几个问题。1、掺引气剂前，进行实地试配试验，确定该引气剂能否在本工程使用，以及工程中使用的合适剂量。2、引气剂使用时，其掺加量一般都比较小(一般只有水泥质量的万分之几)，所以计量要准确。3、施工中要定时进行现场检测，严格控制含气量的波动幅度。施工中必须保持不同部位的振捣时间和振捣方法的一致。4.掺引气剂的混凝土，由于其引气量的增加，将会导致混凝土体积的增加，因此在配合比设计时应加以考虑。第59页/共63页5.4.2工程实例 第60页/共63页第61页/共63页第62页/共63页感谢您的观看！第63页/共63页