拌合用水中Ca2+和Mg2+对混凝土掺用引气剂的影响

达　瓦　王秀枚

(西藏自治区水利电力规划勘测设计研究院，西藏拉萨　850000)



拌合用水中Ca2+和Mg2+对混凝土掺用引气剂的影响

达瓦王秀枚

(西藏自治区水利电力规划勘测设计研究院，西藏拉萨850000)

摘要:从界面活性作用、起泡作用、稳泡作用三方面，介绍了引气剂的作用机理，并通过试验，分析了水中钙离子对引气剂及其引气效果的影响，提出了降低水中钙镁离子的方法，对控制混凝土的质量起到了重要的作用。

关键词:混凝土，引气剂，含气量，钙离子

1　概述

在水利工程中，混凝土工程是最为庞大，也是最为关键的环节。尤其是在水下或浸水部位的混凝土设计指标中，除有抗压强度外，还有其他耐久性指标，如抗冻、抗渗等要求。这些技术指标既影响工程施工质量和结构使用寿命，又影响工程成本。在南水北调中线工程中混凝土的抗冻性是影响混凝土使用寿命的主要原因，为提高混凝土抗冻性能，在混凝土中掺合引气剂是一个有效途径。然而混凝土中引气剂需要水稀释后使用，工程上考虑就地取材，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+等多种矿物离子，使水的硬度提高，对引气剂的效果产生一定影响。本文结合试验研究，探讨混凝土拌合用水中Ca2+，Mg2+离子含量对混凝土掺用引气剂的影响。

2　混凝土掺用引气剂原理

混凝土引气剂大多属于阴离子表面活性剂，其分子结构由憎水基团和亲水基团组成，亲水基团在分子溶于水解离后会释放阳离子而带正电荷。

引气剂的作用机理包括以下方面。

2．1界面活性作用

加入引气剂后，其分子会吸附在各相界面上(水泥—水—空气界面)。在水泥—水界面上，憎水基团指向水泥颗粒，亲水基团指向水分子，形成定向吸附膜;在水—空气界面上，憎水基团指向空气，亲水基团指向水，形成定向吸附层。由于引气剂的这两层吸附作用，降低了整个体系的自由能，当混凝土在搅拌时，会产生大量气泡。

2．2起泡作用

泡的种类有很多种，如气泡、泡沫等。混凝土中的泡属于溶胶性气泡。

纯净的水在快速晃动作用下，会产生气泡，但静置一段时间，气泡会上浮、破灭。但当水中加入引气剂(比如洗衣粉)后，搅动，便产生大量气泡且不易消失。

2．3稳泡作用

当混凝土中掺入引气剂后，不但能使混凝土在搅拌过程中产生大量微小的气泡，而且这些气泡能较稳定地存在，这使得硬化混凝土中存在一定结构的气孔。

3　试验材料及方法

1)水泥:采用42．5号普通硅酸盐水泥。

2)粉煤灰:采用的粉煤灰为禹州通达F类Ⅱ级。

3)骨料:骨料为禹州大嬴碎石和人工砂，砂的细度模数:2．9，含泥量小于1%。

4)外加剂:引气剂为北京瑞迪斯FAC-4型，减水剂为北京瑞迪斯高效减水剂FAC型，其检测指标见表1。

表1　FAC-4型引气剂检测结果

5)水:施工用水为地下水。检测指标见表2。

表2　水的检测结果

试验一:试验采用配置不同含量的钙离子的水，钙离子浓度分别为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气剂(浓度为2%)，编号分别为Y1～Y5号，静置，观察引气剂随时间(15 min，45 min，120 min)变化的结果。

试验二:用钙离子浓度分别为0 mg/L，100 mg/L，200 mg/L，400 mg/L，800 mg/L的水和试验一配置的引气剂Y1～Y5号相对应试拌合混凝土，编号为N1～N5，测量钙离子含量与含气量之间的关系。

4　试验结果分析

4．1水中钙离子对引气剂配置影响

通过试验一发现拌和水中钙离子对引气剂有分层现象，而且是随着钙离子浓度的增大分层更加明显;不含钙离子的Y1试样溶解引气剂不分层且不产生絮状物。随着钙离子浓度的增加絮状物增多、分层越明显。

原因分析:松香类引气剂成分类似肥皂，钙离子有沉淀肥皂的能力。由此可见钙离子对引气剂分子有一定的破坏。

4．2水中钙离子对引气剂引气效果的影响

下面以南水北调排水倒虹吸C30混凝土配合比为例，其配合比见表3。

表3　C30混凝土配合比　kg

由试验二得到，钙离子含量与含气量变化曲线见图1。

由图1我们可以看出:随着钙离子浓度的增加，含气量逐渐减少。钙离子浓度小于400 mg/L，含气量减少较为明显。钙离子浓度大于400 mg/L，含气量变化不大。

南水北调工程中，在对混凝土质量控制上，引气剂的分散润滑和减水作用大大改善了混凝土的和易性、可操作性，提高了结构的耐久性，所带来的经济效益巨大。因此在混凝土含气量的控制过程中，如何减小钙离子对引气剂的影响，掌握其变化规律至关重要。

图1　钙离子与含气量变化曲线

5　降低水中钙镁离子的方法

1)水质软化。即是减少水中钙镁离子的含量。水质软化的主要方法有:a．纳米晶TAC软水法;b．石灰苏打法;c．磷酸盐软水法;d．离子交换法;e．加药法;f．电磁法;g．膜分离法。

试验三:采用石灰苏打法去除钙、镁离子后的水质进行试验一。

对比试验一与试验三的结果(见表4)。石灰苏打法有效地软化了水质，使混凝土中的含气量较软化前增加了58%。混凝土坍落度降低，可塑性提高。本法适合各种复杂的施工条件，可以有效节约成本。

表4　石灰苏打法处理前后的混凝土性能对比

2)提高引气剂掺量。试验四:试拌时调整引气剂掺量，检测混凝土含气量。具体试验参数和结果见表5。

试验四表明，引气剂掺量的增大，含气量也同时增大，可确保混凝土含气量要求。但该方法受到水中钙镁离子浓度大小的影响。若水中钙镁离子浓度较大，则需要大幅度提高引气剂掺量，并不经济。

6　结语

拌和水中钙镁离子浓度的增加，可以使引气剂产生絮状物，混凝土含气量随之减少。石灰苏打法通过化学作用降低了拌和水中钙镁离子浓度，可以满足施工设计要求，而且成本低，操作简单。解决了拌和水中钙镁离子浓度对混凝土含气量的影响，对控制混凝土质量起到至关重要的作用。

参考文献:

［1］GB 8076—2008，混凝土外加剂规范［S］．

［2］DL/T 5150—2001，水工混凝土试验规程［S］．

［3］DL/T 5151—2014，水工混凝土砂石骨料试验规程［S］．

［4］GB/T 50080—2002，普通混凝土拌和物性能试验方法标准［S］．

［5］GB/T 50081—2002，普通混凝土力学性能试验方法标准［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

作者简介:达瓦(1979-)，男，工程师;王秀枚(1978-)，女，工程师

收稿日期:2015-10-21

文章编号:1009-6825(2016)01-0122-02

中图分类号:TU528

文献标识码:A