引气剂对压浆料膨胀率和泌水率的影响

刘 斯 春

(宜昌三大工程建设项目管理有限责任公司，湖北 宜昌 443002)

预应力孔道压浆技术已经在我国建筑工程中应用了较长时间，并且具有不可替代的效果[1]。在实际压浆过程中，除了施工工艺等方面外，压浆料质量的好坏对最终成品的性能起着决定性作用[2]。优良的压浆料配制出来的浆体应具有良好的流动性，可以充分填充孔道；同时也有较好的粘稠度，不会出现泌水和分层等现象；另外，好的压浆料要有适宜的膨胀作用，使孔道填充饱满，不出现自收缩而产生分离现象；最后，压浆料还应有很好的粘结作用，使钢筋与浆体充分结合，保证结构强度[3,4]。

但是，当前的传统压浆料普遍存在一定的缺陷，主要体现在以下几个方面：

1)浆体在凝结后有较大的自收缩现象，这会造成结构整体强度达不到设计要求，也会导致空隙的产生；

2)浆体流动性不足，使得压浆效率不高；

3)泌水性问题，传统压浆材料在初期泌水较多，容易造成材料的分崩离析[5,6]。

基于此，本研究分别测试了碳酸铵、偶氮二异丁腈和茶皂素的引气效果对压浆料膨胀率和泌水率的影响，希望能够解决浆体凝结后的自收缩现象。同时，也通过配比使浆体收缩问题得到解决的情况下，不出现泌水现象。

1 原材料

海螺牌42.5级普通硅酸盐水泥，初终凝时间分别为139 min,190 min；抗压、抗折强度分别为54 MPa,8.6 MPa；安定性合格；粉煤灰活性指数为0.98，需水量比103%；减水剂为聚羧酸减水剂，褐黄色粉末，其固含量不小于92%，推荐掺量为0.2%，减水率可达12%～20%。膨胀剂为钙矾石和氢氧化钙双膨胀(HME-Ⅳ混凝土高效膨胀剂)，主要物化指标如表1所示。

表1 膨胀剂的物化指标 %

引气剂有三种，碳酸铵由国药集团化学试剂有限公司提供，偶氮二异丁腈由上海试四赫维化工有限公司提供，茶皂素由陕西承乾生物科技有限公司提供。

2 试验方案和配合比

本实验基础配方为：水泥∶粉煤灰∶膨胀剂∶减水剂=69∶20∶10∶1。

在固定基础配方的条件下，分别按掺量0.1%,0.3%,0.5%,0.7%,0.9%进行实验，测试不同掺量的碳酸铵、偶氮二异丁腈和茶皂素后，浆体的膨胀率和泌水率，以获得合适的引气剂掺量。

压浆料膨胀率的测试方法：参照TB/T 3192—2008铁路后张法预应力混凝土梁管道压浆技术条件进行测试。采用1 000 mL的量筒，注浆后用保鲜膜封口，放置在温度为26 ℃±1 ℃，湿度为60%的环境中24 h。

3 引气剂掺量对压浆料性能的影响

3.1 不同掺量偶氮二异丁腈对压浆料膨胀率和泌水率的影响

偶氮二异丁腈遇热易分解产生氮气，氮气对混凝土无害，而且还能对钢筋起到保护作用。因此用来作膨胀剂十分合适。本实验分别研究了引气剂为胶凝材料质量的0.1%,0.2%,0.3%,0.4%,0.5%,0.6%六种掺量下，压浆料的24 h后的膨胀率和泌水率。

偶氮二异丁腈掺量对压浆料的24 h膨胀率和泌水率的影响如图1所示。

相比于未加引气剂的压浆料，掺入偶氮二异丁腈之后的压浆料有明显的膨胀效果，但是引气所产生的膨胀并不能完全抵消压浆料自身收缩量，整个压浆料仍然呈现收缩现象。随偶氮物掺量的增加，压浆料的收缩率有所下降，在0.3%的掺量下，偶氮二异丁腈的膨胀使浆体的收缩率达到了最小值，为不掺引气剂浆体的2.5倍左右。在0.4%～0.6%掺量下，压浆料的收缩率呈现几乎不变的趋势，这表明此时偶氮掺量的引气效果已经达到了最大值。

另外，从24 h泌水率曲线可以看出，当偶氮掺量达到0.4%时，泌水率已经为0，说明偶氮掺量的增加也会一定程度的减少泌水。

0.5%的偶氮二异丁腈掺量下完全凝结后的压浆料如图2所示。可以看到分层明显，顶层部分非常疏松，有大量气孔，强度很低，而其余部分几乎没有气孔，强度很大。这表明偶氮物更容易在泌水层中分解发气，尽管24 h后泌水消失，但在这24 h之中，大部分气体都产生在了泌水层中，而导致整个压浆料不均匀。

3.2 碳酸铵掺量对压浆料24 h膨胀率和泌水率的影响

碳酸铵受热分解会产生氨气和二氧化碳，可以使压浆料产生一定的膨胀，而且这两种气体也不会破坏压浆料原本的结构，因此适合于用作引气剂。本实验分别以0.1%,0.3%,0.5%,0.7%,0.9%的碳酸铵掺量测定其压浆料的24 h膨胀率和泌水率以探求合适的比例。实验结果如图3所示。

从图3中可以看出，随着碳酸铵掺量的增加，压浆料的泌水率逐渐下降，当掺量为0.7%时，24 h泌水消失。与此同时，膨胀效果逐渐明显，压浆料的收缩开始变小。但是当掺量达到0.5%时，碳酸铵膨胀效果达到最大值，再增加也无法使压浆料的收缩减小。并且最终产品也出现了和掺杂偶氮二异丁腈的压浆料相同的情况，顶层结构疏松，气孔较多。

3.3 茶皂素掺量对压浆料的影响

茶皂素在加气混凝土中已经得到了广泛的应用，因此也完全可以用在压浆料中以弥补其自收缩。本实验分别以0.1%,0.3%,0.5%,0.7%,0.9%的掺量测定其24 h膨胀率和泌水率以探求合适的掺量。

从实验结果来看，掺入茶皂素的压浆料并没有出现泌水，这可能是由于茶皂素密度较小，同样质量的茶皂素体积大，在压浆料中吸收了更多的水分。

茶皂素不同掺量的24 h膨胀率如图4所示。

从图4中可以看出，茶皂素的加入虽然在一定程度上减少压浆料的收缩，但是当掺量达到0.3%之后，其膨胀效果就不变了。

3.4 不同引气剂对压浆料膨胀性的影响分析

从图2～图4中可以发现，在偶氮二异丁腈，碳酸铵和茶皂素三种引气剂中，偶氮二异丁腈对压浆料的膨胀效果最好，可以使其收缩率减小到1%左右，而碳酸铵的效果最差。其原因可能是碳酸铵的分解温度在60 ℃左右，水泥水化的温度达不到该温度，尤其是边缘部分，温度更低。所以导致碳酸铵分解不完全，膨胀效果较差。而偶氮二异丁腈虽然分解温度也接近60 ℃，但它在室温下也会缓慢分解，水泥水化的温度也会进一步加快其分解，所以即使没有达到分解温度，偶氮也会在凝固过程中渐渐分解，产生较好的膨胀效果。

茶皂素有一定的膨胀效果，且不泌水。茶皂素更多的是作为一种表面活性剂，用于作稳泡剂。因此，茶皂素应与其他引气剂混合使用才能起到更好的效果，这需要后续实验的进一步论证。

4 结语

偶氮二异丁腈、碳酸铵和茶皂素均可起到一定的引气膨胀作用，其中以偶氮的膨胀效果最好。

三种引气剂的掺量达到一定值时，都会出现无法继续提高膨胀效果的情况，表明无论是碳酸铵、茶皂素，还是偶氮二异丁腈都有一定的局限性。

共同的优点是，当这三者的掺量达到一定值时，都可以使压浆料的泌水消失。