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1038 MNC-HAJ型引气高效减水剂
air entraining admixture and superplasticizer

一、用途及特点
掺加本剂可以提高混凝土的流动性和可塑性,减少泌水和离析,提高抗折强度10%~20%。掺加本剂的混凝土热扩散、热传导系数降低,混凝土的体积稳定性和各种户外结构的耐候性得以提高。道路混凝土广泛使用引气剂,有利延长道路的使用寿命。泵送砼掺用引气剂可提高流动性和泵送压力。引气混凝土最显著的优势是大大提高抗冻性和抗盐冻性,对有抗冻性要求的混凝土适宜的含气量为3%~6%。
1、可用于对抗冻融性能要求高的混凝土、防渗混凝土、抗硫酸盐混凝土、泌水严重的混凝土、贫混凝土、轻骨料混凝土、人工骨料配制的混凝土、普通混凝土以及对饰面有要求的混凝土。
2、耐久性(特别是抗冻性)要求高的混凝土结构,如大坝、机场跑道、高等级混凝土公路路面、冷却塔、水池、港工和海工结构等。
3、北方地区撒除冰盐的混凝土公路与桥梁。
4、对施工和工作性要求高的混凝土工程。
5、与其它外加剂复配生产复合外加剂。
6、不宜用于蒸养混凝土及预应力混凝土。
二、执行标准:GB8076-1997
三、掺量与用法
1、掺量

代号
品 名
型号
状态
掺量C×%
减水率,%
1037
引气减水剂
MNC-AJ
固体
0.3
≥10
1038
高效引气减水剂
MNC-HAJ
固体
1
≥18
2、掺本剂的混凝土必须采用机械搅拌,搅拌时间≥3min。掺本剂混凝土拌和物出料至浇注的停放时间不宜过长,采用插入式振捣器振捣时,振捣时间≤20s。
3、MNC-AJ引气减水剂:可显著提高混凝土的耐久性,特别适用于对抗冻、抗渗、防水和耐久性要求高的混凝土。
主要技术指标

减水率

≥ 10%

抗压强度比

3d

≥ 115%

含气量

3.5~5.5%

7d

≥ 110%

泌水率比

≤ 80%

28d

≥ 110%

混凝土凝结时间差

初凝

- 60 ~ +120

90d

≥ 100%

终凝

- 60 ~ +120

相对耐久性

冻融 200 次,动弹模保留率≥ 80%

收缩率比

≤ 120%

钢筋锈蚀

对钢筋无锈蚀

使用说明:与集料同时加入,但要适当延长搅拌时间。与其它外加剂复合时,必须根据试验确定其掺量及适应性。配制混凝土所用原材料应符合JGJ52-92和JGJ53-92的标准。
4、掺引气剂及引气减水剂混凝土的含气量,不宜超过下表:

粗骨料最大粒径( mm )

20 ( 19 )

25 ( 22.4 )

40 ( 37.5 )

50 ( 45 )

80 ( 75 )

混凝土含气量( % )

5.5

5.0

4.5

4.0

3.5

注:括号内数值为《建筑用卵石、碎石》 GB/T14685 中标准筛的尺寸。

5、检验掺引气剂及引气减水剂混凝土的含气量,应在搅拌机出料口进行取样,并应考虑混凝土在运输和振捣过程中含气量的损失。对含气量有设计要求的混凝土,施工中应每间隔一定时间进行现场检验。
四、包装、运输、贮存及注意事项
用有塑料衬里的编织袋包装,每袋净含量25kg~40kg。搬运严禁用钩;防止破袋发生。贮存注意防潮。贮存期为3年。严禁多掺或少掺。
五、重点工程应用实例
MNC-HAJ引气高效减水剂在新疆库尔勒农一师胜利水库使用120吨。
MNC-AJ普通引气减水剂在北京顺义牛栏山奥运项目使用40吨。
引气剂及引气减水剂混凝土的含气量,不宜超过表的规定;对抗冻融性要求高的混凝土,宜采用表规定的含气量数值。

掺引气剂及引气减水剂混凝土的含气量

粗骨料最大粒径( mm )

混凝土含气量( % )

10
15
20
25
40
50
80
150

7.0
6.0
5.5
5.0
4.5
4.0
3.5
3.0

[ 应用实例 1]

引气减水剂在新疆胜利水库砼中的应用

  主要用来改善塑性砂浆和混凝土的和易性稠度,减少泌水和离析,同时大幅度的提高硬化砂浆和混凝土的耐久性。
   引气剂由相当少量的表面活性物质所组成,其分类如下:

( 1 )松香盐
   松香盐是国内最广泛使用的引气剂,松香的化学结构复杂,其中含有树脂酸类,脂肪酸和中性物质等,树酯酸的结构式所示。

树脂酸结构式

  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。

( 2 )烷芳基磺酸盐
   烷芳基磺酸盐是最普遍的合成洗涤剂,是普通的表面活性性质,烷基是与苯缩合的复杂石油残余物,这种产物经磺化、中和得到可溶性的钠盐,烷基物的碳大约为 12 。

(3) 磺化木质素盐
   磺化木质素盐是造纸工业的副产品,它在混凝土中引入空气泡的性能较差,是一种较差的引气剂。

1 、作用基理
  
混凝土中的气泡是由搅拌作用产生的,各种引气剂的作用是使所产生的气泡稳定。在混凝土搅拌时,有两种明显的作用:
   第一种作用是夹带空气,特别是涡流的作用,正如任何液体搅拌时所见到的那样,空气被吸入涡流,然后由于剪切作用破裂成更小的气泡,在盘式搅拌机中,涡流由物料搅拌机叶片推动产生的。在鼓式搅拌机中,涡流主要存在于物料滚落下来的搅拌叶末端,为了产生涡流,混凝土应有一定程度的流动性,但对较干的拌合料,具有非常相似效果的一种捏合作用,使空气被夹带到混凝土中。
   第二种作用与骨料有关,它起到所谓的三维幕的作用。在搅拌过程中,当物料相互之间逐级下落,以便在粒状物料网状系统中引入和保持气泡,骨料对引气起了不可否认的作用。
   在搅拌过程中,该过程对塑性混凝土带人空气起了作用。掺与不掺引气剂,操作是一致的,在这两种情况下,夹带空气的作用是一样的,其主要区别在于未掺引气剂的混凝土在搅拌过程中空气被浆体包裹形成气泡。当气泡互相靠近时,会合并增大以至破裂和消失。因此,未掺引气剂的混凝土夹带的空气量少,气泡较大,掺入引气剂的混凝土夹带空气量多而气泡尺寸小。引气剂的作用是使小气泡稳定并保留在混凝土中。  引气剂稳定气泡的第一种作用是吸附在气泡表面,形成吸附的分子膜,在水中由极性端作用形成定向排列,如果分子带有电荷,气泡在表面上就会获得这种电荷,这样在搅拌时当两个气泡互相靠近时,它会受到静电的相斥作用,使其分开。
   引气剂稳定气泡的第二种作用是使气泡周围的定向排列的水层,可能达到几个分子的厚度,这种所谓的水合膜也可起分隔气泡的作用,并使其稳定和散凝。在不改变气泡势能的非离子引气剂吸附层的情况下,也有这种作用,与离子型引气剂相比,非离子型的引气剂的夹带的空
   气量较少,而且气泡较大。
   引气剂吸附在气泡表面上和降低表面张力的另一作用是使气泡合并和破裂的可能性减小。气泡稳定性增大。
   吸附膜和表面张力必然降低,也使气泡稳定,防止由马兰各尼效应 ( 因界面张力梯度引起的液体流动 ) 引起的机械变形的断裂,这种效应使气泡局部恢复到原来形状,因为变形使吸附层浓度降低,结果局部表面张力增大,可抵消机械变形,同样使气泡稳定。
   阴离子引气作用的第二种方式似乎与混凝土液相组成产生的沉淀有关,从应用的目的讲,这是指其钙盐不可溶的程度,由于溶液中钙离子浓度迅速地随水泥水化进展而很快增大,几分钟后就为 Ca(OH) 2 所饱和。这样一来,如引气剂的钙盐比 Ca(OH) :更难溶,就会由溶液中沉淀,如果阴离子吸附和集中在气泡的表面,这种沉淀会大量地在气泡表面上形成。这种薄膜在气泡表面上形成,并具有足够的厚度和强度,有助于使气泡稳定和阻止凝聚。
   这些沉淀膜作用方式可能对于保护胶体是必要的,由于空间效应阻止气泡互相接近,保持分散和防止凝聚,这种作用在许多系统中是常有效的。
   如果全部引气剂与水泥水化产物反应沉淀出来,假定没有一点使表面张力降低。有关这方面为数不多的试验结果是不一致的。有的认为,由于全部引气剂从溶液中沉淀出来,而没有足够的残留下来形成气泡和降低表面张力,就可获得引气,而另外一些研究者指出,在溶液中残留的引气剂对得到满意的引气量是重要的。
   众所周知,许多引气剂是复杂的混合物,其中一部分生成不溶性的沉淀,溶液中留下其他的组分吸附在气泡表面上,并降低表面张力,已知阳离子和非离子的表面活性剂在混凝土中不能形成不溶性的沉淀,可以引气。此外,像磺酸盐一类可溶性钙盐的阴离子引气剂也可作为好的引气剂,这似乎表明,不可溶薄膜作用不是必需的,但对这一过程有明显的重要性。
   引气剂稳定气泡体系的另一方式是由于吸附在水泥颗粒上。当水泥颗粒与水接触时,它们迅速地被细分散的水化硅酸钙的水化产物所覆盖,这层薄膜不透水可达到使水化迅速停止的程度,并且这种所谓的诱导初期持续一段时间,大约一直到初凝,在此期间,此后气泡体系被固定下来。
   由于有可能吸附钙离子的细分散的水化产物带有正的表面电荷,可以假定:以后引气剂吸附是由于正电性表面与阴离子表面活性剂的负离子之间静电力吸附在该表面上,非离子非极性部分突出在颗粒周围的水中,据称这种作用提供了粒子的疏水性,结果使水泥颗粒吸附到气泡上,由于粒子的平均大小比气泡小得多,结果是水泥颗粒覆盖在气泡上,有助于气泡固定在物料中,阻止气泡上升和凝聚。
   一旦气泡形成,并能防止损失而稳定,进一步的作用是考虑在硬化混凝土中的最后形成的影响。这种作用是气泡中空气的溶解和从一个气泡至另一气泡的扩散转移。
   气泡内的压力较外部高,此差值叫做毛细管压力,毛细管压力的数值为 2T/γ ,式中 T 为液体的表面张力; γ 为气泡中的半径。小气泡内部的压力可能是大的,由于气体在溶液中的溶解度正比于气体压力,小气泡的空气会溶解掉,在其形成较大气泡周围更浓的溶液,因此,这种转变将沿着浓度梯度的扩散而产生,最后的结果使空气由较小的气泡转变成较大的气泡和相应大的气泡分布,实际上这种作用的结构是最小气泡趋于消失,根据 Henry 定律的粗略的计算,空气在水中的系数表明:直径小于约 4μm 的气泡实际消失,硬化混凝土的显微观测也表明不存在最小的气泡。但这方面也有一些不一致的例证。

2 、对塑性混凝土性能的影响
(1) 坍落度与和易性
   在用水量相同时,引气混凝土的坍落度高于非引气混凝土,但这种变化与其说仅仅改善了坍落度,倒不如说改善了和易性之一,和易性是指混凝土在运输浇注、捣实和抹面时无严重离析的流动性。
   气泡产生及和易性增大,一般归因于气泡“类似球形轴承”作用,气泡数量很多,每立方厘米的水泥浆体大约含有 25 万个,气泡在混凝土浇注作业时与其他组成不同,在力的作用下它们是可压缩的,较容易产生变形,结果提高了和易性。
   各种混凝土均需要增大和易性,但本身是粗糙和难以使用的混凝土,如轻骨料混凝土,采用引气是特别有利的。

(2) 泌水和离析
   引气混凝土的泌水和离析低于非引气混凝土。泌水所带来的最重要问题之一是使混凝土内部泌出的水再进入混凝土的表面层,形成多孔和弱的表面区。从各方面考虑,泌水对混凝土是不好的,引入适量空气直接消除泌水是非常有效的。
   离析是指固体物料的不均匀沉降,足以大到破坏混凝土的均匀性,已成为技术上的难题,离析既可在凝固过程中发生,也可以在混凝土运输、溜槽、泵送和其他作业时发生。引气混凝土的离析比非引气混凝土小,但引气不能解决骨料级配不好,过贫混凝土和混凝土处理不恰当等所有的问题。

(3) 抹面性能
   有经验的饰面工有时感到,引气混凝土有大量泌水,更难施工。有一些引气混凝土更黏,附着在抹面工具上,但如果使用合适的工具 ( 一般用镁质或铝质工具 ) ,并且适当延迟开始作业时间,引气混凝土就没这些问题。实际上,由于没有泌水性,引气混凝土的装饰是方便的,而且能保证表面的耐久性。

3 、对硬化混凝土的影响
  
引气剂明显地影响混凝土的密度,混凝土的密度与含气量成反比。

(1) 混凝土的抗冻作用
   掺有引气剂的混凝土,大大延长了其在受冻融循环反复作用条件下的使用寿命,这种改善不是百分之几十,而是几倍,甚至十几倍地提高。
   当混凝土表面处于冰点以下时,靠近表面孔隙中的非结晶水和渗进的水分冻结,产生约 9 %的体积膨胀,产生膨胀压,使没有冻结的自由水不得不迁移,当迁移约束时就形成静水压,混凝土的薄弱部分由此造成微裂缝。当遭受反复冻融循环时,裂缝发展,逐步造成剥落,混凝土中掺人引气剂后,由于引入微细气泡均匀分布在混凝土体内,就可以容纳自由水的迁移,从而大大缓和了静水压力,因此显著地提高了混凝土承受反复冻融循环的能力。

前苏联斯莫赫科奇则用下列因素的共同影响来解释:
①由于水灰比降低,提高了水泥石的密实度。
②由于减少了拌合物的体积含水量,使沉淀形成的毛细管体积减少。
③由于毛细管被气泡堵塞,毛细管的表面疏水层及开孔变闭孔,使毛细管吸力降低。
④气泡对水分冻结的局部压力增大起缓冲作用。

(2) 强 度
   引气剂对混凝土不利影响是降低强度,是一个严重的缺点。一般用经验法则来预测结果,空气含量增加 1 %,强度下降 5 %左右,这仅是近似的,在正常含气量的范围内是有效的,由引气造成抗压强度的下降,在一定程度上可用降低用水量来抵消一部分。

(3) 弹性模量
   引气混凝土的弹性模量下降与抗压强度下降相同,即在引气情况下,一般不改变强度和弹性模量之间的关系。

(4) 徐变和收缩
   引气剂对收缩和徐变没有明显的影响,但有些研究已指出引气混凝土有较大的收缩,其原因是将由于引气造成的设计配比改变混为一谈。 Neville 已经指出,引气剂对混凝土的徐变没有重要的影响。

(5) 对渗透性的影响
   引气剂对混凝土渗透性能的影响是,由于在混凝土的孔结构中夹有大量的气孔隙和引气所产生混凝土配比变化。
   液体通过多孔固体的流速正比于气孔的体积和孔大小的面积。因此,如果不考虑其他的变化,夹带相当大空隙到混凝土就会提高其渗透性。但由于泡大和以后水侵入的毛细管压力小,气泡不会被更多吸附水充满,吸附就会相对没什么变化。
   拌合水用量减少使浆体的体积变少,但是更重要的是水灰比降低,浆体渗透性的降低远低于水灰比的下降,这是关键性的因素,因此,适当引气混凝土的渗透性和毛细管吸附的速度低于非引气混凝土。此外,引气混凝土相当好的均匀性及和易性,这也促成了较高的水密性。

(6) 对化学耐久性的影响
   引气剂改善了混凝土抗硫酸盐侵蚀的破坏,这种作用似乎与降低水灰比直接有关,因为降低了渗透性和侵蚀溶液的侵入。但这种影响是间接的,气泡本身影响是不重要的,正如所预料的一样。贫混凝土的耐久性改善最大。
   引气混凝土对碱—骨料反应敏感性影响没有专门的试验,即使出现广泛的反应,具有相当大量空间的砂浆不会产生膨胀。引气剂是降低砂浆膨胀性的外加剂之中的一种,孔隙空间在一定程度限制了膨胀应力,大概是由于提供容纳反应产物的空间的缘故。因为受影响的混凝土,有时在其孔隙中会发现反应产物。

4 、影响引入空气量的因素
  
混凝土总的含气量对防止其冻害不是最重要的因素,而且总含量只能用新拌混凝土测的参数。下面将讨论对含气量变化几个显著的影响因素,其中有些变化影响到混凝土气泡间距因素,这是气泡体系中最重要的参数,混凝土中气泡间距越小,其耐久性就越好。

(1) 引气剂掺量
   含气量对引气剂和引气减水剂来说,是一项重要指标。在一般情况下,混凝土含气量随掺量增加而增大,当掺量增至某一数值时,继续增加但含气量不再增多 ( 见图 1) 。

图 1 引气剂掺量与含气量之间的关系

(2) 坍落度
   坍落度对含气量的影响列于表 1 。坍落度越大,含气量就越高,一般坍落度增加约 7 ~ 10cm ,含气量就会增加 1 %。但在坍落度大至某一数值后,含气量开始下降。增加水量,会产生更容易流动的拌合物,搅拌就更容易引入空气,引气在很干的混凝土中是困难的,加水和加大砂量能产生更多气泡空间,坍落度较高时 ( 约在 17cm 以上 ) 提高拌合物的流动性。含气量在运输和浇注过程容易损失掉,含气量会稍有下降。

1 不同坍落度对含气量的影响

材料用量 / (㎏ /m 3 )

CON 掺量 /%

混凝土容重 / (㎏ /m 3 )

坍落度 / ㎝

含气量 /%

水泥

180

300

620

1300

1.00

2232

3.9

5.7

200

300

620

1280

1.00

2290

13.8

6.8

220

300

600

1280

1.00

2232

21.0

3.9

(3) 粗骨料的影响
   当水泥品种、坍落度和水泥用量或水灰比大致相同时,石子粒径小的含气量大,石子料径大的含气量小,因为混凝土中引入的空气大部分是包含在砂浆当中,在确定混凝土配合比时,粗骨料粒径大小与砂率的多少有密切关系。

(4) 水泥用量的影响
   用某水泥厂的同一水泥品种拌制的混凝土,水泥用量少的混凝土含气量比高水泥用量混凝土的大。因此,在不同水泥用量情况下,为了得到所需的含气量,必须对引气剂掺量予以调整。否则,含气量过大会降低强度,含气量过小又不能满足要求。当原材料相同时,为了满足含气量要求时,引气剂是随水泥用量的增加而加大。

(5) 砂率的影响
   当其他情况相同时,混凝土含气量随着砂率的降低而减少。这是因为混凝土中所引入的气大部分包含在砂浆中。

(6) 温 度
   混凝土含气量一般是随温度的升高而减少,美国瓦尔科和日本幸田等人研究的结果表明,如果把搅拌温度 21 ℃ 的含气量作 100 %,那么在 10 ℃ 搅拌,含气量增加 40 %左右,然而在 4 0 ℃ 搅拌时,含气量减了 30 %左右,不管引气剂的浓度和品种,这个倾向大体上都相同。即使改变水量,保持坍落度不变,也就是这样。 Powers 认为原因在于在高温下几乎没有水用于气泡的形成,但是更详细的情况并不清楚。

(7) 搅拌时间和方法的影响
   用机械拌合,含气量随拌合时间延长而增大,当到一定时间后,含气量就不再增加,图 2 表示在室内用 50 升 搅拌机做的试验结果,当加气剂掺量为万分之一时,含气量随拌合时间而增大,拌合到 20min 时含气量达到最大值,而继续搅拌,含气量不再增加,再延长搅拌时含气量下降。因此在使用过程,掌握混凝土的搅拌是很重要的。

图 2 含气量与搅拌时间的关系

  人工拌合时能增大掺引气剂混凝土的含气量,但含气量增加较少。如果配合比与机械搅拌时相同,人工搅拌时应适当增加引气剂的掺量。

(8) 振 捣
   振动能降低混凝土的总含气量,该法有排除混凝土大量气泡的作用,特别是大气泡。如果振捣时间相同,则混凝土的含气量随频率增大而下降。为了保证混凝土中适当的含气量,应该试验确定适宜的振捣时间。

(9) 水泥的化学组成
   高碱水泥比低碱水泥易于引入较高的含气量,高碱水泥仅需要较少的引气剂,但对气泡间距可能有不利的影响。研究表明,文沙尔树脂用于高碱水泥其气泡间距较大,磺化酸引气剂的影响则有所不同。
   水泥偶然会被油或其他物质污染,用这种水泥制备的混凝土的含气量会有相当大的变化,但其他性能没有什么变化。有的水泥似乎对某些引气剂特别敏感,但其原因尚未搞清楚,改变水泥或引气剂能消除这类问题。


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