拌合用水中Ca2+和Mg2+對混凝土摻用引氣劑的影響

達　瓦　王秀枚

(西藏自治區水利電力規劃勘測設計研究院，西藏拉薩　850000)

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拌合用水中Ca2+和Mg2+對混凝土摻用引氣劑的影響

達瓦王秀枚

(西藏自治區水利電力規劃勘測設計研究院，西藏拉薩850000)

摘要:從界面活性作用、起泡作用、穩泡作用三方面，介紹了引氣劑的作用機理，并通過試驗，分析了水中鈣離子對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，對控制混凝土的質量起到了重要的作用。

關鍵詞: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，也是最為關鍵的環節。尤其是在水下或浸水部位的混凝土設計指標中，除有抗壓強度外，還有其他耐久性指標，如抗凍、抗滲等要求。這些技術指標既影響工程施工質量和結構使用壽命，又影響工程成本。在南水北調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，對引氣劑的效果產生一定影響。本文結合試驗研究，探討混凝土拌合用水中Ca2+，Mg2+離子含量對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，其分子結構由憎水基團和親水基團組成，親水基團在分子溶于水解離后會釋放陽離子而帶正電荷。

引氣劑的作用機理包括以下方面。

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，憎水基團指向水泥顆粒，親水基團指向水分子，形成定向吸附膜;在水—空氣界面上，憎水基團指向空氣，親水基團指向水，形成定向吸附層。由于引氣劑的這兩層吸附作用，降低了整個體系的自由能，當混凝土在攪拌時，會產生大量氣泡。

2．2起泡作用

泡的種類有很多種，如氣泡、泡沫等。混凝土中的泡屬于溶膠性氣泡。

純凈的水在快速晃動作用下，會產生氣泡，但靜置一段時間，氣泡會上浮、破滅。但當水中加入引氣劑(比如洗衣粉)后，攪動，便產生大量氣泡且不易消失。

2．3穩泡作用

當混凝土中摻入引氣劑后，不但能使混凝土在攪拌過程中產生大量微小的氣泡，而且這些氣泡能較穩定地存在，這使得硬化混凝土中存在一定結構的氣孔。

3　試驗材料及方法

1)水泥:采用42．5號普通硅酸鹽水泥。

2)粉煤灰:采用的粉煤灰為禹州通達F類Ⅱ級。

3)骨料:骨料為禹州大嬴碎石和人工砂，砂的細度模數: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，其檢測指標見表1。

表1　FAC-4型引氣劑檢測結果

5)水:施工用水為地下水。檢測指標見表2。

表2　水的檢測結果

試驗一:試驗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%)，編號分別為Y1～Y5號，靜置，觀察引氣劑隨時間(15 min，45 min，120 min)變化的結果。

試驗二:用鈣離子濃度分別為0 mg/L，100 mg/L，200 mg/L，400 mg/L，800 mg/L的水和試驗一配置的引氣劑Y1～Y5號相對應試拌合混凝土，編號為N1～N5，測量鈣離子含量與含氣量之間的關系。

4　試驗結果分析

4．1水中鈣離子對引氣劑配置影響

通過試驗一發現拌和水中鈣離子對引氣劑有分層現象，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。由此可見鈣離子對引氣劑分子有一定的破壞。

4．2水中鈣離子對引氣劑引氣效果的影響

下面以南水北調排水倒虹吸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。

南水北調工程中，在對混凝土質量控制上，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，提高了結構的耐久性，所帶來的經濟效益巨大。因此在混凝土含氣量的控制過程中，如何減小鈣離子對引氣劑的影響，掌握其變化規律至關重要。

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)水質軟化。即是減少水中鈣鎂離子的含量。水質軟化的主要方法有: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。

試驗三:采用石灰蘇打法去除鈣、鎂離子后的水質進行試驗一。

對比試驗一與試驗三的結果(見表4)。石灰蘇打法有效地軟化了水質，使混凝土中的含氣量較軟化前增加了58%。混凝土坍落度降低，可塑性提高。本法適合各種復雜的施工條件，可以有效節約成本。

表4　石灰蘇打法處理前后的混凝土性能對比

2)提高引氣劑摻量。試驗四:試拌時調整引氣劑摻量，檢測混凝土含氣量。具體試驗參數和結果見表5。

試驗四表明，引氣劑摻量的增大，含氣量也同時增大，可確保混凝土含氣量要求。但該方法受到水中鈣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，并不經濟。

6　結語

拌和水中鈣鎂離子濃度的增加，可以使引氣劑產生絮狀物，混凝土含氣量隨之減少。石灰蘇打法通過化學作用降低了拌和水中鈣鎂離子濃度，可以滿足施工設計要求，而且成本低，操作簡單。解決了拌和水中鈣鎂離子濃度對混凝土含氣量的影響，對控制混凝土質量起到至關重要的作用。

參考文獻:

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［2］DL/T 5150—2001，水工混凝土試驗規程［S］．

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［4］GB/T 50080—2002，普通混凝土拌和物性能試驗方法標準［S］．

［5］GB/T 50081—2002，普通混凝土力學性能試驗方法標準［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

作者簡介:達瓦(1979-)，男，工程師;王秀枚(1978-)，女，工程師

收稿日期:2015-10-21

文章編號:1009-6825(2016)01-0122-02

中圖分類號:TU528

文獻標識碼:A