消泡劑對清水混凝土性能影響的研究

李 遠，劉 棟，卞周宏，蔡 祥，黃紹龍

(1.武漢地產開發投資集團有限公司，武漢 430022；2.湖北綠緣新型材料科技有限公司，黃岡 438000；3.湖北大學材料科學與工程學院，武漢 430062)

近年來，我國在基本建設方面取得了矚目成就，其中橋梁的建設尤其受到好評。不同以往，現在的橋梁建設既要滿足服役性能等質量要求，還要兼顧與橋梁周邊整體風貌的相輔相成。清水混凝土以其獨有的原始質感和兼具外觀平整、色澤均勻等優點，受到越來越多工程建設尤其是橋梁建設的青睞。

但普通的清水混凝土由于配制不科學等原因，易產生表面宏觀缺陷，如：表面氣泡、色澤不均等。為解決此問題，可采用在清水混凝土中引入消泡劑的辦法，消泡劑是一種能防止混凝土拌合物中氣泡產生或使原有氣泡減少的外加劑[1]。但消泡劑摻量過高時，含氣量降低，混凝土工作性能開始下降[2]。因此可采用“先消后引”的方案，即再在清水混凝土中引入引氣劑，達到消除混凝土中大氣泡的同時引入小氣泡的目的，以此得到工作性能優良的清水混凝土。

1 試 驗

1.1 原材料

1)水泥

試驗選用武漢媧石股份有限公司生產的媧石水泥P·O42.5，，其技術指標見表1。

表1 水泥的化學成分及礦物組成 /%

2)外加劑

試驗選用自制聚羧酸系減水劑作為母液，市售PAC型消泡劑，市售LP.HW10型引氣劑。將外加劑的固含量稀釋為25%，以減小試驗誤差。

3)細集料

試驗選用細度模數為2.6，含泥量0.5%的河砂。

4)粗集料

試驗選用粒徑5～25 mm，連續級配的碎石。

5)粉煤灰

試驗采用細度為17.2%，需水量比98%的Ⅱ級粉煤灰。

6)水

選用普通自來水。

1.2 方法

試驗根據工程應用中橋梁不同部位的施工要求，將C30、C40和C50高性能清水混凝土設為研究對象，通過實驗，確定各標號混凝土的最佳外加劑復配比例。三種不同標號混凝土的配合比見表2。

表2 三種標號清水混凝土的配合比

2 結果及分析

2.1 橋墩橋柱用C30、C40清水混凝土最佳外加劑復配

工程中針對不同橋梁的不同部位，其設計的鋼筋密度也是不同的，故對混凝土的工作性能要求也不同。橋墩橋柱的鋼筋用量相對較少，一般來說，滿足施工要求的混凝土坍落度在140～180 mm之間，此時清水混凝土中可以只摻入消泡劑，這樣既能滿足對混凝土工作性能的要求，又符合經濟效益。

采用C40配合比單摻PAC型消泡劑進行復配試驗，得到消泡劑單摻時對清水混凝土的性能影響如表3所示。

表3 消泡劑單摻對混凝土性能的影響

試驗結果表明：隨著消泡劑摻量的增多，混凝土含氣量持續降低，坍落度與擴展度逐漸減小。當消泡劑的摻量在6×10-4～8×10-4時，清水混凝土中的含氣量在2.0%以下，此時清水混凝土的流動性好，工作性能比較完美；當消泡劑摻量增大到10×10-4時，混凝土含氣量下降為1.1%，由于混凝土的含氣量較低，拌合物的包裹性明顯變差，在其四周出現了輕微的泌漿現象[3]，不足以支撐起飽滿的漿體，和易性差，不滿足泵送性能[4]，此時混凝土的工作性能無法勝任工程要求。通過對比成型后的試驗樣塊，可以發現隨著消泡劑摻量的增加，清水混凝土的表面會從平整光滑的鏡面效果變得粗糙多孔。這是由于混凝土中的氣泡無法全部通過消泡劑來消除，需要通過振搗工藝來消除一部分氣泡，而混凝土在振搗時，其流動狀態至關重要，消泡劑摻量較高時，混凝土含氣量較低，流動性差，振搗時氣泡難以排除，因而會在成型后的混凝土表面形成孔洞。綜合考慮，消泡劑的摻量應在8×10-4為宜。選取摻量為8×10-4的消泡劑分別摻入C30、C40清水混凝土中，并與普通C30、C40清水混凝土做對比，得到試驗結果如表4所示。

表4 橋墩橋柱用C30、C40清水混凝土性能指標

綜上所述，采用自制聚羧酸減水劑與PAC型消泡劑進行復配，在PAC型消泡劑的摻量為8×10-4時，所制備的混凝土完全符合橋墩橋柱用C30、C40清水混凝土的設計要求。

2.2 C50梁高性能清水混凝土專用外加劑制備

由于橋梁設計的鋼筋密度相對較大，且結構較為特殊，致使其在振搗工序時有一定的操作難度，因此需要清水混凝土有較好的工作性能，一般要求其坍落度在180 mm以上，這要求混凝土中有充足的含氣量，以保證其流動性，所以單純的摻入消泡劑已經很難滿足施工要求，為此，需要加入合適比例的引氣劑，在清水混凝土引入適量的小氣泡，這些小氣泡在混凝土中形成“滾珠”效應，可以顯著改善混凝土的工作性能。

采用1.2中C50清水混凝土的配合比進行實驗，探討不同摻量的消泡劑和引氣劑復配時對清水混凝土工作性能的影響，實驗結果如表5所示。

表5 消泡劑和引氣劑對清水混凝土工作性能的影響

由表5可知，引氣劑在清水混凝土中引入小氣泡，改善了混凝土的工作性能，在消泡劑摻量不變時，摻入適量的引氣劑可以明顯改善混凝土的坍落度和擴展度，但是當引氣劑摻量過低時，清水混凝土中含氣量較低，流動性差，混凝土工作性能變差，無法達到施工要求；當引氣劑摻量較高時，雖然混凝土的流動性變好，但其成型脫模后的鏡面效果非常不理想，說明引氣劑的摻量較大時，會使混凝土的含氣量過高，小氣泡融合成大氣泡，混凝土可能出現蜂窩麻面的現象[5],無法做到表面平整美觀，違背了清水混凝土的設計要求。綜合考慮，引氣劑的摻量應在5×10-5為宜。

由表5中數據得知，在消泡劑摻量為8×10-4，引氣劑摻量為5×10-5時，C50清水混凝土中的含氣量為2.6%，仍處于一個較多的量。因此可將引氣劑的摻量固定為5×10-5，繼續嘗試增加消泡劑的摻量，以求達到降低混凝土含氣量的效果，操作時，將引氣劑加入自制聚羧酸減水劑中，通過計算，應摻入母液外加劑的比例為1.6%，此時嘗試繼續增加消泡劑的摻量，得到試驗結果見表6。

表6 消泡劑摻量對C50清水混凝土性能的影響

通過表6可知，以自制聚羧酸型減水劑作為母液，引氣劑摻量為5×10-5不變的情況下，隨著消泡劑摻量的增加，清水混凝土中的含氣量持續降低。當消泡劑摻量為0.12%時，混凝土中含氣量為2.4%；當消泡劑摻量為0.14%時，混凝土中含氣量為1.9%，此時清水混凝土的各項性能指標比較優秀，含氣量較為合適，混凝土工作性能較好，易于施工作業；而當消泡劑摻量增加至0.16%時，混凝土中含氣量降低幅度放緩，此時坍落度和擴展度等指標不太理想，混凝土的工作性能變差，因此確定消泡劑的最佳摻量為0.14%。采用自制聚羧酸減水劑，摻入14×10-4的消泡劑和5×10-5的引氣劑，配置成C50高性能清水混凝土外加劑，制備出的清水混凝土基本性能如表7所示，成型后的效果圖如圖1所示。

表7 橋梁用C60清水混凝土的基本性能

3 結 論

a.以自制聚羧酸減水劑為母液，摻入適量的消泡劑和引氣劑可顯著改善清水混凝土的工作性能，制備出符合設計目標的清水混凝土樣品。

b.制備橋梁橋柱用C30、C40清水混凝土，綜合設計要求和經濟效益，只需在自制聚羧酸減水劑母液中摻入8×10-4的消泡劑，就可得到工作性能良好的清水混凝土。

c.針對橋梁用C50清水混凝土，由于其結構較為特殊，因此需要引入引氣劑。在聚羧酸減水劑母液中摻入14×10-4的消泡劑和5×10-5的引氣劑，可以得到性能優良的C50清水混凝土。