—、使用范圍
1 ．本品可作為復配泵送劑、引氣減水劑、防凍劑等外加劑中的引氣組分。
2 ．本品可用于改善混凝土的塑性、和易性，降低混凝土的離析、泌水要求的混凝土工程。
3 ．用于水工、港工等有抗凍性、耐久性要求的混凝土工程。
4 ．用于建筑砂漿及輕質發泡混凝土等。
二、產品特點
1 ．本產品固體為黃褐色粉末，易溶于水，也可干摻使用。
2 ．本品在混凝土中引入的氣泡小 (5~200um) 且穩定，細微氣泡在混凝土中分布均勻，使混凝土抗壓強度損失小、并能有效提高混凝土的抗折強度。
3 ．在不同的介質上穩定，與其他類外加劑有良好的配伍性能。
三、使用說明
1 ．本品于復合外加劑中用于泵送混凝土，一般摻量為 0.5 ～ 2.0/ 萬。
2 ．對耐久性和抗凍性有要求的混凝土摻量為 1.0 ～ 3.0/ 萬。
3 ．由于混凝土含氣量受施工所用的水泥、砂、石、摻合料、混凝土的配合比以及施工溫度有關。當混凝土中含有粉煤灰、超細粉等消泡性組分時，引氣劑摻量應適當提高。上述摻量僅為參考用量，具體用量應根據工程實際情況作混凝土配合比試驗后確定。
四、包裝及貯存
固體產品用內襯塑料編制袋包裝， 25kg / 袋。
有效貯存期為一年，貯存于有棚庫類，防潮、防曬、防凍 ( 若已結凍，融解后不影響質量 ) 。運輸、裝卸輕舉輕放，以防包裝破損。
產品出廠檢驗報告單
|
檢驗項目 |
檢測標準 |
檢測結果 |
|
外觀 |
淡黃色粉劑 |
淡黃色粉劑 |
|
PH 值 |
8. 0 ± 1.0 |
8.2 |
|
減水率 |
≥ 6% |
8.2 |
|
含氣量 |
≥ 3% |
3.5 |
|
判定 |
合格 | |
|
備注 |
本品按 GB807 6 — 1997,GB/T8077 — 2000 檢驗 ,( 摻量 0.015%) | |
引氣劑通常是表面活性劑，具有長鏈分子結構的有機化合物，其一端含有親水基團，另一端含有憎水基團。因此，研制新型引氣劑首先就要探尋新型的兩性基團共存型分子結構表面活性物質。
AE 2 引氣劑是從含三萜皂甙的天然植物中提煉獲得。該引氣原理是由三萜皂甙的分子結構決定的。三萜皂甙主要由單糖基、甙鍵和甙元基組成。單糖基中的單糖有很多羥基（ -OH ）能與水份子形成氫鍵，因而具有很強的親水性，是一個親水基團；而甙元基中的甙元具有親油性，是憎水基團。因此三萜皂甙是一個既含親水基團又含憎水基團的兩性分子。當三萜皂甙溶于水后，分子就定向排列在氣——液界面上，降低了溶液的表面張力，從而使新界面或氣泡的產生變行更容易。
AE 2 引氣劑主要目的是提高混凝土的抗凍性和抗鹽凍剝蝕性。同時，它也就是顯著改善新拌混凝土的許多性能，如降低離析和泌水、改善工作度等，從而提高混凝土的可泵性、綜合質量和其它耐久性。因此 AE2 引氣劑可以廣泛應用于水工結構、公路、道路、橋梁、建筑、地下結構、機場跑道等幾乎所有的商品混凝土和現澆混凝土工程中。
性能指標：
（ 1 ）一種新型高效引氣劑，經中國水利水電科學院檢測表明其各項性能均滿足國標 GB8076-1997 中對引氣劑一級品的指標要求。經國際權威學者，瑞典 LUND 大學 Fagerlund 教授的實驗室檢測，其各項性能均不低于國際著名品牌 VINSOL 引氣劑。經查新和 FagerlundF 教授確認， AE 2 引氣劑在國際上屬首創。
（ 2 ）檢測表明該引氣劑可提高混凝土抗凍性 10 倍以上。
（ 3 ）在相同水泥用量和塌落度的條件下，當混凝土含氣量小于 4% 時，混凝土抗壓強度不因引氣而降低；抗折強度不僅不降低，且有較大幅度的提高（ 1 5 ～ 20% ），折壓比提高很多。當含氣量在常用值 4 ～ 6% 左右時， AE 2 引氣劑引起的每單位含氣量混凝土抗壓強度損失率小于 3% ；抗折強度仍有提高。
（ 4 ）提高混凝土抗堿—集料反應、干濕循環、鹽結晶壓破壞等耐久性。此外， AE 2 引氣劑顯著降低混凝土的離析與泌水，改善工作性和可泵性。
目前，已經建成了一條年產 1000 噸 AE 2 新型引氣劑的生產線。可 供約 1500 萬 M 3 的混凝土使用。迄今已被全國數家混凝土外加劑廠用于生產復合外加劑，先后在廣東深汕高速公路、廣珠高速公路、江陰長江大橋、蕪湖長江大橋、上海奉浦大橋、云峰水電站、鶴崗火電站、東北蓮花水。電站、約 80 公里 哈同公路集佳路段等重大工程中廣泛應用，大大提高了混凝土工程的施工性能和結構耐久性，給國家帶來了不可估量的社會和經濟效益。
我國目前摻引氣劑的混凝土僅占混凝土總量的 20 ～ 30 ％。而發達國家 ( 日本、北美、歐洲 ) 占 70 ～ 80 ％，因此推廣應用引氣劑有非常廣闊的前景。據估計我國混凝土總年生產量約為 2 億 M 3 ，即有 6000 萬 M 3 。摻引氣劑，則我國引氣劑的年產量應至少為 6000 噸，價值約 1.2 億元。更重要地，到那時我國 ( 尤其北方地區 ) 的混凝土工程的耐久性將有非常明顯的提高，這是為子孫后代造福的事業。
該引氣劑利用野生植物為原料，資源豐富，已建成年產 1000 噸的生產線，近幾年來共生產了約 1500 噸，用于工程。如黑龍江省哈同高等級公路集佳段 80 公里 ，解決了除冰鹽對公路路面的剝蝕的難題。也用于北方地區大量水利工程，提高了抗凍耐久性。該引氣劑已作為泵送劑組份之一，已用于高層建筑的泵送混凝土，提高可泵性。用戶反映良好，具有較好的社會效益和經濟效益。
1 、產品的物理性質、化學組成和結構
產品有固體粉狀和液狀兩種。
粉狀產品呈褐色，比重約 1.3 ，水份含量 <5 ％，水不溶物微量。產品中含有少量揮發物和糖份。易吸潮，但不影響產品質量和使用。
液狀產品呈棕色，不透明，波美度 2 0 ° ，固體含量 15 ％，沉淀物微量。
產品可與萘系和三聚氰胺系高效減水劑按用戶要求比例復合使用，不出現任何異狀物質。 AE 2 型引氣劑是一種非離子型表面活性物質，其主要成份為三萜皂甙，易溶于水，對酸、堿和硬水有較強的化學穩定性。
根據紅外光譜分析結果，三萜皂甙的結構簡式可表示為：
|
單糖基 甙鍵 甙元基 |
三萜皂甙分子由單糖基和甙元基兩部分通過甙鍵相連而成。甙元基由兩個相連結的甙元組成，一般情況下，一個甙元可以聯結三個或三個以上的單糖，形成一個較大的五環三萜空間結構。對其中一個甙元作化學元素分析證明它是一種齊墩果酸。
2 、引氣原理
AE 2 引氣劑的引氣作用是由三萜皂甙的分子結構決定的。單糖基中的單糖有很多羥基 (-OH) 能與水分子形成氫鍵，因而具有很強的親水性，它是一個親水基團：而甙元基中的甙元具有親油性，是憎水基團。因此三萜單甙是一個即含親水基團又含憎水基團的兩性分子。
當三萜皂甙溶于水后，分子就定向排列在氣液界面上，降低了溶液的表面張力，從而使新界面的產生變得更容易。若用機械方法攪動溶液，就會產生氣泡。由于三萜皂甙分子結構較大，形成的分子膜較厚，氣泡壁的彈性和強度較高，氣泡保持相對穩定。
3 、引氣劑的物理性能和質量指標
3.1 物理性能
溶液的表面張力隨濃度而降低，開始下降趨勢較大，隨后逐漸變緩。最終降至 40 達因 / 厘米。
起泡容量和泡沫穩定性按 JGJ56-84 推薦的方法進行，結果見表 l 。
由試驗結果可知， AE 2 引氣劑有相當高的起泡能力和泡沫穩定性。 AE 2 引氣劑溶液呈弱酸性，在使用濃度下呈中性。
表 l AE 2 引氣劑溶液起泡能力和穩定性
|
溶液濃度 |
起泡容量 |
5 分鐘后泡沫容量 |
泡沫穩定性 |
PH |
|
0.40 |
52 |
47 |
90.4 |
6.89 |
|
0.65 |
61 |
55 |
90.2 |
6.37 |
|
0.80 |
67 |
61 |
91.0 |
6.01 |
3.2 質量指標
產品經南京水利科研院材料結構所按我圖《混凝土外加劑標準》檢測，結果見表 2 。
表 2 AE 2 型引氣劑檢測結果與我國《混凝土外加劑標準》指標比較
|
試驗項目 |
實測結果 |
國家標準指標 |
符合標準等級 | ||
|
一等品 |
二等品 | ||||
|
減水率（ % ） |
11.0 |
≥ 6 |
≥ 6 |
一等品 | |
|
泌水率比（ % ） |
49.3 |
≤ 70 |
≤ 80 |
一等品 | |
|
含氣量（ % ） |
5.4 |
3. 5 ～ 5.5 |
3. 5 ～ 5.5 |
一等品 | |
|
凝結時間（ min ）一等品 |
初凝 |
+44 |
-6 0 ～ +60 |
-6 0 ～ +60 |
一等品 |
|
終凝 |
+49 |
-6 0 ～ +60 |
-6 0 ～ +60 | ||
|
抗壓強度（ % ） |
3 天 |
93 |
≥ 95 |
≥ 80 |
合格品 |
|
7 天 |
103 |
≥ 90 |
≥ 80 |
一等品 | |
|
28 天 |
94 |
≥ 90 |
≥ 80 |
一等品 | |
|
90 天 |
97 |
≥ 90 |
≥ 80 |
一等品 | |
|
收縮率比（ % ） |
113 |
≤ 120 |
≤ 120 |
一等品 | |
|
相對耐久性指標 （ % ） |
200 次 |
200 次 |
300 次 |
一等品 | |
|
98 |
≥ 80 |
||||
|
鋼筋銹蝕 |
無害 |
無害 |
無害 |
一等品 | |
4 、使用性能的試驗研究
4.1 摻量與含氣量的關系
引氣劑摻量由工程要求的塌落度和含氣量來決定。 AE2 引氣劑摻量與塌落度和含氣量的關系見圖 1 。
圖 1 中的曲線 1 是按我國標準規定的試驗方法得出，混凝土配合比為 C=33 0 ㎏ /m 3 ，砂率 =40% ，細骨料為中砂，粗骨料為碎石，最大粒徑為 25 ㎜，塌落度為 6 ± 1cm 。
曲線 2 是與上海申立外加劑 SP-406 奈系高效減水劑復合的試驗結果，中立外加劑摻量為 1.5 ％ ( 含固量為 32 ％ ) 。混凝土的塌落度仍保持 6 ± l ㎝ ，配合比參數同曲線 l ，但用水量降低。
曲線 3 也是與申立 SP-406 型復合的結果，混凝土配合比與曲線 l 的相同，但塌落度為 14.5 ～ 17. 5 ㎝ 。
從圖 l 可見．塌落度大的混凝土，如要達到相同的含氣量．引氣劑摻量應適當增加。
4.2 與高效減水劑復合
本產品與高效減水劑復合無任何不良結果，但摻量稍需調整。
本產品與高效減水劑復合的方式有兩種：
(1) 按用戶要求的含氣量，在外加劑生產過程中加入引氣成份。
(2) 可在攪拌站．根據工程要求，按一定比例加入高效減水劑溶液中。
4.3 瑞典 LUND 大學測試結果
本產品送交國際上抗凍性研究的權威學者 LUND 大學 FAGERLUND 教授主持的材料研究機構，并與國際通用的老牌產品 VINSOL 作比較試驗。檢驗方法按歐洲通用標準 CEN/'TC51/WGl2/TG4 ： 6/94 ，也是目前 RILEM TCIl7-FCD 推薦方法進行，試驗結果將由 LUND 大學與我們共同發表 ( 現尚未發表 ) 。
檢測結果表明：
(1)AE 2 型引氣劑為國際上一種新型引氣劑，以三萜皂甙為主要成份的引氣劑迄今還未見其它產品。
(2) AE 2 型引氣劑與 VINSOL 的抗凍性效果相同。
(3) 按照瑞典混凝土設計要求．保持混凝土水灰比不變，塌落度變化。 AE 2 型引氣劑對混凝土強度的降低效果優于 VINSOL( 單位含氣量引起的證度降低小 ) ，見圖 2 。
(4) 當含氣量≥ 5 ％時．氣泡間距小于 100um 。含氣量為 6 ％時，氣泡間距約為 80um 。
 |
 |
AE 2 型引氣劑自 1987 年起在國內試用， 1990 年起投入市場，銷量逐步增加，迄今己在約 5 億萬 M 3 混凝土中使用。據我們知道的使用工程有：深汕高速公路、黑龍江省一些高級公路、東北蓮花水利樞紐工程、鶴崗新華電站、貴州中小水電工程、許多外加劑廠用作混凝土泵送劑的復合輔助材料等等。從用戶反饋的信息看，用戶對質量都表示滿意，迄今未發現有任何質量問題。
本引氣劑的用途：
(1) 對耐久性 ( 特別是抗凍耐久性 ) 要求高的混凝土結構，如水壩、高級公路、熱電站冷卻塔、水池等；
(2) 北方撤除冰鹽的混凝土公路及橋梁；
(3) 對施工和易性要求較高的混凝土工程；
(4) 泵送混凝土；
(5) 與減水劑復合 ( 因目前其它一些國產引氣劑與減水劑復合存在某些困難 ) 。
本產品的優缺點：
(1) 本引氣劑的氣泡結構較好，產泡半徑較小，因此抗凍性指標較高，強度降低相對較小。
(2) 水溶性極好，施工使用方便。
(3) 與減水劑、緩凝劑復合性能較好。
(4) 本產品的缺點是有些刺鼻，但無害，配制人員請戴口罩。易潮解結成小團，但在水中即溶解，不影響使用效果。
請用戶注意：
(1) 圖 1 所給出的數據可供參考，用戶應根據工程要求做配合比試驗。
(2) 本產品減水率較高，在與不摻引氣劑的對比試驗時，為保持塌落度不變，應減小用水量和水灰比。
(3) 本產品在摻量為 0.0 1 ～ 0.02 ％時．強度降低很小．當使用摻量較大時，在配合比設計時要考慮對強度的影響。
(4) 當混凝土中摻有粉煤灰時，為得到相同含氣量，引氣劑摻量要適當增加，因為粉煤灰會吸附引氣劑 ( 所有引氣劑都如此 ) 。引氣劑摻量的摻量與粉煤灰質量和摻量有關。
AE 2 型引氣劑建議摻量
|
條件 |
含氣量 (%) |
摻量 (1/ 萬 ) |
|
不摻減水劑 |
2 |
0.5 |
|
3 |
1.0 | |
|
5 |
1.5 | |
|
7 |
2.5 | |
|
復合摻高效減水劑 |
3 |
1.0 |
|
5 |
2.0 | |
|
6 |
3.0 | |
|
復合摻高效減水劑 |
3 |
2.0 |
|
5 |
4.0 |
一、 AE 2 新型引氣劑的合成工藝與產品性能
1.1 引氣劑
是混凝土防止受凍破壞的必要組分，也是混凝土外加劑中的一個重要的獨立品種。除了化學引氣外，絕大多數引氣劑都是屬于表面化學活性劑，即可以降低水的表面張力，使攪拌時容易產生氣泡。
大多數引氣劑是石油化工、制紙漿和造紙工業和其它一些工業的副產品。目前，引氣劑最常用的化學組分有四類：
(1) 松香樹脂類的鈉鹽化合物；
(2) 脂肪酸鹽類化合物；
(3) 磺化碳氫化合物；
(4) 烷基一苯甲基磺酸鹽類化合物。
在混凝土中摻加引氣劑能顯著改善混凝土抗凍耐久性已為混凝土學術界和工程界所共認。在西方發達國家，大多數混凝土都摻有引氣劑。目前國外通用的商品引氣劑主要是美國產的 Vinsol 松香熱聚物引氣劑，其生產使用歷史已有 50 余年，性能質量較好，但價格較貴。
國內傳統商品引氣劑多數為松香皂型，也有少數松香熱聚物型產品，但產品質量均不能與 Vinsol 引氣劑相比，存在性能不穩定、溶解性差、與其他外加劑復合性差、對混凝土強度降低較大等缺點，因此也影響了引氣劑在國內混凝土工程中的應用。研究開發一些性能優異、質量穩定、使用方便、技術經濟效果優越的新品種引氣劑將對促進引氣的應用，以及提高混凝土質量和綜合耐久性，特別是混凝土抗凍性和抗鹽凍性具有很大的意義。
AE 2 引氣劑是一種獨特的新型引氣劑，它是從天然野生植物皂莢中提煉出的一種表面活性劑。該引氣劑具有水溶性強、與任何其他外加劑復合性好、引入氣泡平均孔徑小，對混凝土強度降低較小等特點，是一種在國內混凝土工程中極有應用前景的優質引氣劑。
1.2 原料及生產工藝
1.2.1 原料
生產 AE 2 引氣劑的原材料有別于所有國內外現有的引氣劑品種，不用化工原料，以我國分布極廣的天然野生植物皂莢為主要原料，原料來源廣。 AE 2 引氣劑的主要成分為三萜皂甙。據中科院植物所提供的資料表明，含三萜皂甙的植物在自然界分布很廣、種類多，在我國就有 58 科計 205 種，生長遍及全國各省的山區和丘陵地帶。這些天然原料主要是含皂素類的植物，包括植物的莖葉、果莢、果核和某些林業產品的加工殘渣，如皂莢、木花生、文冠果、茶籽餅、桐夫等。
1.2.2 生產工藝
AE 2 型水溶性引氣劑產品主要由三萜皂甙與少量改性化學物質混合而成。它的生產原理主要是利用三萜皂甙易溶于水和乙醇的特性，從植物原料中溶出三萜皂甙成份，然后經與殘渣分離、濃縮精制而成。根據生產條件不同，可分別采用“水溶法”和“乙醇法”兩種工藝生產，見圖 1 。
從以上工藝流程可以看出，兩種方法的主要步驟都是通過把植物有效成份溶出、濃縮和混合
圖 1 AE 2 引氣劑的生產工藝流程
干燥，整個過程都是物理作用，不涉及化學反應，更沒有強酸、強堿等腐蝕性化學物質存在，因此生產工藝控制簡單、操作方便，具有很廣泛的適用性。另外，生產過程中除了排出植物殘渣外，幾乎沒有其它污染物產生。即使是植物殘渣，其曬干后也可作為燃料使用。
1.3 產品的物理性質、化學組成和結構
(1) 物理性質
AE 2 引氣劑產品有固體粉狀和液狀兩種。粉狀產品呈褐黃色，比重約為 1.3 ，水份含量小于 5 ％，水不溶物微量，產品中含有少量揮發份和糖份。產品易吸收空氣中的水份而變潮，但不影響產品質量和使用。
液狀產品呈深棕色，不透明，波美度 20 °，固體含量大于 15 ％，沉淀物微量。
產品水溶性極強，可與任何其他外加劑，如萘系和三聚氰胺類高效減水劑等按用戶要求比例復合使用。
(2) 化學組成和結構
AE 2 引氣劑是一種非離子型表面活性物質，其主要成份為有機物三萜皂甙，易溶于水，對酸、堿和硬水有較強的化學穩定性。
三萜皂甙分子是由單糖基和甙元基兩部分通過甙鍵相連而成。甙元基由兩個相聯結的甙元組成，一般情況下，一個貳元可以聯結三個或三個以上的單糖，組成一個分子量為 600 以上的大分子，形成一個較大的五環三萜空間結構。對其中一個甙元作化學元素分析，證明它是一種齊墩果酸。根據紅外光譜分析結果，三萜皂甙的結構簡式見圖 2 所示。
圖 2 AE 2 引氣劑成分的結構示意圖
1.4 AE 2 引氣劑的引氣原理
引氣劑通常是表面活性劑，它們為具有長鏈分子結構的有機化合物，其一端帶有親水基團，另一端為憎水基團。當引氣劑溶解于水中，分子就定向排列于氣一液界面上，從而大大降低了溶液的表面張力，減小了新相形成能，亦即減小了氣泡形成所需的能量，便于氣泡形成，更為重要的是引氣劑的表面活性物質可在氣泡表面形成一層彈性膜，這層彈性膜大大降低了氣泡碰撞聚合的可能性，最終可使無數均勻分布的微細氣泡保持穩定。因此具有兩性基團共存型分子結構的非離子型表面活性物質往往具有引氣作用。
AE 2 引氣劑是以植物中的三萜皂甙為主要成分。其引氣作用是由三萜皂甙的分子結構決定的。由圖 2 可知，三萜皂甙主要由單糖基、甙鍵和貳元基組成。單糖基中的單糖有很多羥基 (-OH) 能與水分子形成氫鍵，具有很強的親水性，它是一個親水基團；而貳元基中的甙元具有親油性，是憎水基團。因此三萜皂甙是一個即含親水基團又含憎水基團的兩性分子。
當三萜皂甙溶于水后，分子就定向排列在氣一液界面上，降低了溶液的表面張力，從而使新界面的產生變得更容易。若用機械方法攪動溶液，就會產生大量氣泡。在形成的氣泡壁上，皂甙分子以單分子層定向排列在氣一液界面上形成一層分子膜，由于三萜皂甙分子結構較大，形成的分子膜較厚，使氣泡壁的彈性和強度較高，因而有利于氣泡保持相對穩定。
1.5 產品性能和質量指標
1.5.1 性能
引氣劑主要性能包括溶液表面張力、起泡容量、泡沫穩定性和 PH 值，為此對上述四項指標進行了試驗。
采用鉑環法和滴重 ( 體積 ) 法對產品溶液的表面張力進行測定，結果表明，隨著溶液濃度的增大，其表面張力降低，開始時下降幅度較大，隨后逐漸變緩，最終可使溶液表面張力降至 40 達因 /cm 以下。
按 JGJ56 — 84 推薦的機搖法對產品溶液的起泡容量和泡沫穩定性進行測定，結果表明， AE 2 型引氣劑
具有相當高的起泡能力和泡沫穩定性，并隨溶液濃度的增大而提高；溶液 PH 值經測定表明，該引氣劑呈弱酸性，其 PH 值變化范圍約為 5-7 。它們的測定結果見表 1 。
1.5.2 質量指標
產品經中國水利水電科學研究院實驗中心按我國《混凝土外加劑標準 GB8076 — 1997 》和《水工混凝土試驗規程》檢測，結果見表 2 。引氣混凝土的各項性能均達到國家引氣劑一等品的指標。其中含氣量為 4.5 ％的混凝土強度非但沒降低反而有所提高，這一點很重要。另外，由于該 AE 2 引氣劑是由天然植物直接提煉出來的有機表面活性劑，且提煉過程沒有引入任何含氯離子的化學物質，因此對混凝土鋼筋銹蝕無害。
表 1 AE 2 型引氣劑溶液試驗結果（ 25 ℃ ）
|
溶液濃度 ( ％ ) |
起泡容量 (ml) |
5 分鐘后泡沫容量 (m1) |
泡末穩定性 ( ％ ) |
PH 值 |
|
0.4 |
52 |
47 |
90.4 |
6.89 |
|
0.65 |
61 |
55 |
90.2 |
6.37 |
|
0.8 |
67 |
61 |
91.0 |
6.01 |
|
1.3 |
73 |
69 |
94.5 |
5.49 |
1.6 結論
AE 2 型引氣劑有別于所有國內外現有的引氣劑品種，不用化工原料，以我國分布極廣的天然野生植物皂莢為主要原料，有機物三萜皂甙為主要成份，是一種獨特的新型引氣劑。
AE 2 型引氣劑除各項性能指標均達到國家引氣劑指標一等品外，還具有水溶性強，施工、使用方便；與其它外加劑復合性好，能作為配制復合外加劑的組成部份； AE 2 型引氣劑的起泡能力強，其產生的引氣泡細小穩定，對混凝土強度降低很小等優點。
表 2 AE 2 型引氣劑檢測結果與我國《混凝土外加劑標準》指標比較
|
檢驗項目 GB8076 — 1997 |
檢驗結果 |
一等品 |
符合標準等級 | |
|
減水率 ( ％ ) |
6.2 |
不小于 6 |
一等品 | |
|
泌水率比 ( ％ ) |
18.4 |
不大于 70 |
一等品 | |
|
含氣量 ( ％ ) |
4.5 |
＞ 3.0 |
一等品 | |
|
凝結時間之差 (min) |
初凝 |
-36 |
-90~ |
一等品 |
|
終凝 |
-41 |
120 |
一等品 | |
|
ld |
一等品 | |||
|
抗壓強度比 ( ％ ) |
3d |
111.4 |
不小于 95 |
一等品 |
|
7d |
104.2 |
不小于 95 |
一等品 | |
|
28d |
105.7 |
不小于 90 |
||
|
28d 收縮率比 ( ％ ) |
89.1 |
不大于 135 |
一等品 | |
|
相對耐久性指標 ( ％ ) |
200 次 |
200 次 |
一等品 | |
|
94.4 |
不小于 80 |
|||
二、 AE 2 新型引氣劑對混凝土性能的影響及技術經濟分析
2.1 引氣劑概述
混凝土的抗凍性和抗除冰鹽剝蝕性能是混凝土耐久性研究領域中最重要的組成部分之一，也是目前我國北方地區混凝土工程所面臨的最嚴峻的問題之一。
混凝土中通過摻加引氣劑，引入大量均勻、穩定而封閉的微小氣泡，減緩由于結冰引起的凍脹壓力和滲透壓力是國內外解決這些問題，大幅度提高混凝土抗凍和抗鹽凍耐久性的最有效技術措施。在北美、北歐發達國家早已普遍推廣引氣技術，據報導他們 80 ％以上的混凝土都摻加引氣劑，特別在水工、港工、道橋等重要工程更是明確規定了必須摻加引氣劑。然而目前國內由于傳統引氣劑質量欠佳，加上人們對引氣劑的應用認識還不足，制約著引氣劑在國內混凝土工程的推廣應用，致使混凝土工程耐久性，特別是抗凍和抗鹽凍耐久性急劇下降。
AE 2 型優質引氣劑的研制成功，無疑是國內混凝土引氣劑品種和性能改善上的一大突破。
2.2 試驗原材料及試驗方法
2.2.1 原材料
國內試驗所用原材料為： 525 # 普通硅酸鹽水泥；密度為 2.62g ／ cm 3 ，細度模數 2.57 的中砂及耐熱玻璃砂 ( 用于引氣劑改善混凝土堿骨料膨脹破壞效能試驗 ) ；密度為 2.74g ／ cm 3 ，粒徑 5~ 25mm 的碎石；引氣劑包括本所研制的 AE 2 型引氣劑、美國產 Vinsol 引氣劑及國內工程中常用的松香熱聚物類引氣劑 ( 簡稱 SR 引氣劑 ) ；減水劑為 SP--406 萘系高效減水劑。
瑞典 LUND 大學試驗所用原材料為當地硅酸鹽水泥和普通砂石。
2.2.2 試驗方法
混凝土拌合物和易性用混凝土拌合物坍落度來評定；新拌混凝土含氣量用氣壓式含氣量測定儀測定；混凝土強度試件尺寸為 cm ： 1 0 × 10 × 10 ，試件按常規方法攪拌振動成型，空氣中靜養 1d 后拆模，進入標準養護室水中養護至各個齡期，進行強度測試。
混凝土抗凍性試驗按歐洲通用標準，也是目前 RILEMTCll7 一 FCD 推薦的鹽凍方法CEN／TC51／WGl2／TG4：6 ／94 進行。
2.3 試驗結果與討論
2.3.1 A E 2 引氣劑對新拌混凝土性能的影響
2.3.1 .1 含氣量
混凝土含氣量是評定混凝土抗凍性和抗鹽凍性的主要指標，也是控制混凝土質量的重要參數。混凝土含氣量主要由引氣劑摻量來決定，但混凝土拌合物流性和超塑化劑的使用對混凝土含氣量也有明顯的影響。
AE 2 摻量（ % ）
圖 1 為 AE 2 型引氣劑摻量與混凝土含氣量的關系，圖中基準曲線是指按國標規定的混凝土外加劑試驗方法確定的配合比得出的，其水泥用量為 330kg /m 3 ，砂率為 40 ％，拌合物坍落度控制在 6 ± 1cm ；其它兩條曲線是在基準混凝土配合比基礎上復合 SP--406 萘系高效減水劑的試驗結果， SP--406 摻量為 1.5 ％ ( 含固量 32 ％ ) ，其中一條曲線高效減水劑是用來減水，維持拌合物坍落度仍在 6 ± lm 左右，另一條曲線高效減水劑是用來增加拌合物的坍落度，約為 14.5~ 17.5cm 。
圖 3 AE 2 引氣劑摻量和萘系高效減水劑
對混凝土含氣量的影響
由圖 3 可見，隨著引氣劑摻量的增加，混凝土含氣量逐漸增大。對基準混凝土，為滿足抗凍混凝土要求的含氣量， AE 2 型引氣劑的常規摻量為 0.2 ‰ ~0.3 ‰。但是，混凝土含氣量通常還受其他各種因素的影響，如與其它引氣劑一樣，超塑化劑與 AE 2 型引氣劑的復合使用，將引起混凝土含氣量一定程度的損失。由圖 3 可見，引氣混凝土中摻加萘系超塑化劑時，混凝土的含氣量將降低。若通過降低混凝土用水量維持拌合物坍落度不變時，其混凝土的含氣量會有較大下降；若大幅度提高拌合物坍落度時，其混凝土的含氣量下降幅度更大。因此，為了達到未摻超塑化劑引氣混凝土的相同含氣量，則要適當增加引氣劑摻量。超塑化劑對混凝土含氣量的影響包括兩個方面：首先，超塑化劑增加了混凝土拌合物流性，從而增大了氣泡聚合和逸出的可能性；其二，超塑化劑增加了水泥顆粒間的排斥力，從而削弱了防止氣泡聚合逸出的氣泡周圍水泥漿薄殼作用。
圖 4 為 AE 2 型引氣劑摻量一定時，混凝土拌合物坍落度或用水量對混凝土含氣量的影響。試驗水泥用量為 330kg /m 3 ， AE 2 型引氣劑摻量為 0.02 ％，混凝土拌合物坍落度通過調整用水量來改變。
由圖 4 可知，引氣劑摻量一定時，由于混凝土用水量的不同，將引起混凝土拌合物坍落度變化，從而影響氣泡的形成與穩定，導致混凝土含氣量明顯的改變。混凝土用水量過低時，由于干硬性或低塑性混凝土拌合物粘度大，使得氣泡的形成較困難，混凝土含氣量較低；混凝土用水量過大，大坍落度或流態混凝土拌合物中氣泡聚合逸出的可能性增大，混凝土振動過程中大量氣泡逸出，又使得含氣量急聚下降。從圖可見，流態混凝土 ( 坍落度在 20cm 左右 ) 如果通過搗棒搗實時，其含氣量的損失比機械振動相對減小。
2.3.1 .2 工作性
如同其他引氣劑一樣， AE 2 型引氣劑能顯著改善新拌混凝土工作性。引氣劑產生的大量微小氣泡，在混凝土拌合物起到的滾珠作用，同時大量氣泡的存在增加了漿體體積、漿體粘度和屈服應力，因此新拌混凝土的和易性、塑性和內聚性得到顯著提高，離析和泌水現象顯著降低。從圖 5 和表 3 可以看到，在相同水泥用量的條件下，混凝土的坍落度隨含氣量而增加，即引氣可以提高混凝土的流動性；而在相同坍落度條件下，引氣可以減少混凝土拌和用水量。引氣對混凝土工作性的改善程度遠比坍落度增加幅度大。另外，引氣還可降低新拌混凝土坍落度損失。在成型過程可以明顯發現，引氣大幅度降低混凝土的離析和泌水現象。
隨著施工技術和高層建筑的發展需要，混凝土的可泵性能顯得越來越重要。實際上，可泵性是混凝土工作性良好的一種特殊表現形式。由于引氣增加了混凝土的內聚性和物料間的潤滑作用，降低了脹流，混凝土泵送時不會過度離析和泌水，因此引氣可提高新拌混凝土的可泵性，特別是由于 AE 2 型引氣劑具有極 強的水溶性，與其他外加劑具有很強的復合性能，是配制泵送劑等其它復合外加劑的重要組成部分。
表 3 同水灰比或同和易性條件下引氣劑品種對混凝土抗壓強度的影響
|
試樣 |
引氣劑摻量（‰） |
含氣量 （ % ） |
同水灰比條件 |
同和易性條件 | ||||
|
坍落 (mm) |
強度 (MPa) |
坍落 (mm) |
強度 (MPa) | |||||
|
7d |
28d |
7d |
28d | |||||
|
基準混凝土 |
0 |
1.0 |
60 |
31.1 |
41.4 |
60 |
31.1 |
41.4 |
|
AE2 引氣混凝土 |
0.1 |
2.2 |
75 |
29.4 |
39.0 |
67 |
32.2 |
42.5 |
|
0.2 |
4.7 |
80 |
25.3 |
32.8 |
56 |
28.6 |
37.5 | |
|
0.3 |
6.8 |
90 |
19.9 |
24.9 |
50 |
23.8 |
32.7 | |
|
Vinsol 引氣混凝土 |
0.05 |
2.5 |
75 |
28.8 |
38.1 |
55 |
32.0 |
42.2 |
|
0.1 |
4.8 |
85 |
24.6 |
32.0 |
52 |
28.0 |
38.0 | |
|
0.15 |
7.1 |
90 |
19.8 |
25.0 |
50 |
24.5 |
33.3 | |
|
SR 引氣混凝土 |
0.03 |
3.7 |
70 |
25.9 |
33.3 |
|||
|
0.06 |
5.6 |
85 |
20.5 |
26.0 |
||||
|
0.1 |
7.7 |
10 |
14.3 |
17.8 |
||||
2.3.2 A E 2 引氣劑對硬化混凝土性能的影響
2.3.2 .1 抗壓強度
大量氣泡引起的混凝土抗壓強度降低是引氣帶來的最大缺點，特別當氣泡結構較差，存在較多聚合氣泡和異形氣泡時，其強度損失更大，這對于一些對混凝土強度要求較嚴的重要工程來說是一個不容忽視的問題。為了探討 AE 2 型引氣劑對混凝土抗壓強度的影響程度，選擇目前國外有代表性并在國內市場有銷售的 Vinsol 引氣劑及國內屬質量較好的松香熱聚物類引氣劑 (SR) 作對比，進行了引氣混凝土抗壓強度對比試驗，結果見表 3 。
表 3 為同水灰比或同和易性條件下分別摻加三種引氣劑的混凝土抗壓強度測試結果 ( 其基準混凝土配合比按照 GB8076-87 規定的混凝土外加劑試驗方法進行設計、試配和調整后確定為：水泥用量 330kg ／ m 3 ，水灰比 0.58 ，砂率 38 ％ ) ；圖 6 為同水灰比條件下引氣混凝土含氣量與抗壓強度和單位含氣量強度損失率的關系；圖 7 為同和易性條件下引氣混凝土含氣量與抗壓強度和單位含氣量強度損失率的關系。圖 8 為在瑞典 LUND 大學的測試結果 ( 按照瑞典混凝土設計要求設計 ) ，其水泥用量為 380kg ／ m 3 ， W ／ C 為 0.50 ， Vinsol 引氣劑為液體。
由表 3 和圖 6 可見，同水灰比條件下，隨著混凝土含氣量的增加，混凝土抗壓強度逐漸下降。比較三種引氣劑，含氣量一定時， AE 2 型引氣劑對混凝土抗壓強度的降低幅度與 Vinsol 引氣劑大致相同，但明顯小于 SR 引氣劑，可以推測 AE 2 型引氣劑所引入的氣泡尺寸較小，氣泡結構優于 SR 引氣劑，從而對混凝土抗壓強度影響較小。同水灰比條件下，含氣量為 2 ％ ~7 ％時， AE 2 引氣劑每增加單位含氣量引起的混凝土抗壓強度損失率在 2 ％ ~60 ％，比 SR 引氣劑低 1 ％ ~2 ％。
混凝土拌合物中引入大量微小氣泡，改善了拌合物和易性。等坍落度條件下，引氣混凝土的用水量可降低，從而不同程度彌補由于引氣引起的混凝土抗壓強度的損失。從表 3 和圖 7 可見，等坍落度條件下， AE2 型引氣劑和 Vinsol 引氣劑效果大致相同，對混凝土抗壓強度的降低幅度大大減小，當混凝土含氣量低于 3 ％，混凝土抗壓強度不但沒有下降，還略有提高；含氣量在滿足抗凍混凝土要求的 5 ％左右時，單位含氣量的混凝土抗壓強度損失率不大于 3 ％。
從圖 8 瑞典 LUND 大學的測試結果表明， AE 2 型引氣劑對混凝土抗壓強度的降低幅度甚至小于 Vinsol 引氣劑。總之， AE 2 型引氣劑對混凝土抗壓強度的影響與國外老牌名牌產品 Vinsol 引氣劑基本一樣。
表 4 含氣量對混凝土強度和抗折強度 / 抗壓強度比的影響
|
水泥用量 (kg/m 3 ) |
W/C |
含氣量（ % ） |
坍落度 (mm) |
28d 強度， MPa | ||
|
抗折 |
抗壓 |
抗折 / 抗壓比 | ||||
|
350 |
0.457 |
1.5 |
32 |
6.64 |
47.2 |
1/7.1 |
|
350 |
0.445 |
3.1 |
40 |
7.52 |
47.5 |
1/6.3 |
|
350 |
0.439 |
4.2 |
38 |
7.24 |
43.1 |
1/5.9 |
|
350 |
0.431 |
6.0 |
45 |
7.11 |
37.3 |
1/5.2 |
由于是性能比較試驗，為了試驗方便，引氣混凝土設計時沒有考慮引氣產生的體積增加，僅在基準配合比的基礎上直接加入引氣劑，相當于引氣混凝土與基準混凝土相比，實際上每方混凝土的水泥用量降低，含氣量愈高，水泥用量減少愈多。因此，要是把該因素考慮進去，保證混凝土的水泥用量不變時，引氣混凝土的抗壓強度損失會更小。
2.3.2 .2 抗折強度
在一般研究和應用中，只測定引氣劑對抗壓強度的影響，較少注意對抗折強度的影響。然而，在道路混凝土設計時，是以抗折強度作為強度設計指標。因此，隨著引氣劑在北方混凝土道路中的應用增加，發現引氣混凝土的抗折強度非但不降低，反而有所提高，這對于引氣劑應用于道路混凝土工程是非常有利的。
表 4 為 AE 2 引氣劑用于道路混凝土時獲得的結果，所用水泥為 525 # 普硅，配比均使用 2 ％的緩凝型糖蜜減水劑。從表 4 可知，在相同水泥用量和坍落度的條件下，當含氣量小于 6 ％時，引氣混凝土的抗折強度都不同程度有所提高，且抗折強度／抗壓強度比值隨含氣量的增加而增大，即隨著含氣量的增加，混凝土的韌性增加。引氣混凝土的這一特性對道路特別有利。
2.3.2 .3 抗凍性和抗鹽凍剝蝕性能
瑞典 LUND 大學的 G . Fagerlund 教授是國際上混凝土抗凍性研究方面的權威學者。在他主持的材料研究機構對 AE 2 引氣劑和 Vinsol 引氣劑進行了對比研究。它們對混凝土抗鹽凍剝蝕性能的影響見圖 9 和表 5 。引氣和非引氣混凝土的水泥用量均為 380kg /m 3 ,W/C 為 0.50,Vinsol 引氣劑為液體產品。
試驗結果表明，不論是 AE2 型引氣劑還是 Vinsol 引氣劑，隨著含氣量的增加，混凝土的抗鹽凍性能顯著提高；隨著凍融循環次數的增加，非引氣混凝土和引氣混凝土在抗鹽凍性能上的相差越來越大。總之，兩種引氣劑對混凝土抗鹽凍性 ( 或抗凍性 ) 的改善效果基本相同。
2.3.2 .4 其它耐久性能
引氣劑除了對混凝土抗凍性和抗鹽凍性具有顯著的改善效果外，還對混凝土的其它耐久性能也有明顯的影響。
由于混凝土中引氣產生的大量微小氣泡難以被水充滿，使得混凝土結構中存在許多均布的微小空間。這些微小空間可以作為體積膨脹的“緩沖閥”，降低和延緩其它物理膨脹 ( 如鹽晶體結晶壓等 ) 和化學反應膨脹 ( 如堿骨料反應和硫酸鹽反應等 ) 引起的混凝土破壞。
表 6 的試驗結果清楚地證實了 AE 2 引氣劑在這方面的顯著效果。當混凝土中引氣量為 4.5 ％時，在 20 ％ NaCl 溶液中經 15 次干濕循環后，鹽結晶壓產生的膨脹率比非引氣混凝土降低約 41.3 ％；按 JGJ53 — 92 標準測得的 2 個月后堿集料反應產生的膨脹率比非引氣混凝土降低約 57.0 ％。雖然，引氣劑在改善混凝土的這些耐久性方面不如抗凍性和抗鹽凍剝蝕性那樣顯著，但效果還是相當明顯。必須指出的是，冰一旦融化結冰壓就消除了，但鹽結晶體和堿骨料反應與硫酸鹽反應等的膨脹產物一旦在孔中形成就很難被消除，產物將不斷富集直到孔被添滿，最終使引氣孔失效。
表 5 AE 2 引氣劑和 Vinsol 引氣劑對混凝土抗鹽凍融剝蝕性能的影響
|
試樣 |
基準混凝土 |
AE 2 型引氣混凝土 |
Vinsol 引氣混凝土 | ||||||
|
含氣量（ % ） |
1.6 |
4.4 |
5.8 |
7.9 |
5.0 |
7.5 |
9.5 | ||
|
剝 |
凍 融 循 環 次 數 |
7 |
0.50 |
0.04 |
0.03 |
-- |
0.03 |
-- |
-- |
|
10 |
1.21 |
0.07 |
0.05 |
-- |
0.06 |
-- |
-- | ||
|
14 |
2.70 |
0.11 |
0.08 |
0.06 |
0.10 |
0.05 |
0.02 | ||
|
21 |
5.47 |
0.24 |
0.13 |
0.09 |
0.21 |
0.10 |
0.05 | ||
|
28 |
8.19 |
0.45 |
0.27 |
0.14 |
0.40 |
0.15 |
0.08 | ||
|
35 |
--- |
0.65 |
0.39 |
0.18 |
0.61 |
0.19 |
0.10 | ||
|
41 |
--- |
0.86 |
0.52 |
0.26 |
0.76 |
0.25 |
0.13 | ||
|
（次） |
49 56 |
--- ---- |
1.13 1.35 |
0.65 0.82 |
0.31 0.39 |
0.89 0.98 |
0.33 0.42 |
0.17 0.21 | |
圖 9 AE2 引氣劑和 Vinsol 引氣劑對混凝土抗鹽凍剝蝕性的影響
表 6 AE2 型引氣劑對混凝土執鹽結晶壓和堿集料反應膨脹破壞的影響
|
試驗項目 混凝土品種 |
20 ％ NaCl 溶液中干濕循環后的膨脹率 ( × 10 -4 ) |
按 JGJ53 — 92 標準測得的堿集料反應的膨脹率 ( × 10 -4 ) | ||
|
10 次 |
15 次 |
0.5 個月 |
2 個月 | |
|
不摻引氣劑 |
3.2 |
9.2 |
26.5 |
2.98 |
|
引氣量 4.5 ％ |
1.8 |
5.4 |
10.0 |
1.28 |
試驗結果同時顯示，引氣也可改善混凝土的抗滲性能，這主要是由于混凝土中引氣后，形成了大量封閉孔，顯著地改變了硬化漿體的毛細孔結構，同時在水泥顆粒表面形成憎水性膜，從而降低了毛細管的抽吸作用。僅從這一點，引氣劑就可提高混凝土的綜合耐久性。
2.4 技術經濟分析
由于 AE 2 引氣劑對新拌混凝土性能和硬化混凝土性能均有顯著的、有益的功效，特別是大幅度提高耐久性和延長使用壽命，因此使用引氣劑帶來的經濟效益是非常巨大的。迄今為止， AE 2 引氣劑已推廣使用約 100 多 t ，工程混凝土用量約 140 萬 m 3 以上，起到大幅度改善混凝土施工性能和提高混凝土結構質量，延長結構使用壽命的作用。下面從幾個不同方面對使用引氣劑產生的經濟效益進行分析。
2.4.1 耐久性和使用壽命 ( 為國家帶來的效益 )
使用 AE 2 引氣劑的最主要目的是提高混凝土結構的耐久性和使用壽命。大量實驗和現場工程實踐結果表明，在相同條件下，使用引氣劑的混凝土耐久性或使用壽命可提高 5 倍以上，因此給國家帶來的經濟效益是非常巨大的。假定不摻引氣劑混凝土的使用壽命為 10 年 ( 需大修 ) ，每立方米混凝土：工程造價為 2000 元，則相當于每立方米混凝土工程造價年損耗費為 10 ％，即 200 元；使用 AE 2 引氣劑混凝土的使用壽命提高 5 倍，即達到 50 年，則相當于每立方米混凝土工程造價年損耗費降低為 2 ％，即 40 元，降低幅度達到 80 ％。因此，假如使用 AE 2 引氣劑的 140 萬 m 3 ，混凝土中約有 100 萬 m 3 是用來提高耐久性或使用壽命，則相當于每年可以為國家節省維修費用約 100×104×160=1.6×108 元，即 1.6 億元。混凝土結構物使用 50 年相當于可以為國家帶來 80 億元的經濟效益。
以用在混凝土公路為例， AE 2 引氣劑目前已在東北地區約 100 多公里的高等級混凝土公路中使用。這些高等級混凝土公路每公里工程造價約為 1200 萬元 ( 以每立方米混凝土計，工程造價約為 4000 元，遠高于前面計算用的 2000 元 ) 。
若不使用引氣劑，混凝土公路約 10 年需大修一次，相當于每公里混凝土公路年損耗率為 10 ％，約 120 萬元；使用 AE 2 引氣劑后，混凝土公路的使用壽命至少可以延長到 40 年，相當于每公里混凝土公路年損耗率降低為 2.5 ％，僅約 30 萬元，降低幅度達到 75 ％。因此， AE 2 引氣劑在 100km 的高等級混凝土公路中使用，相當于每年可以為國家節省維修費用約 100×90×104=9×107 元，即 9000 萬元。使用 40 年可以為國家帶來 36 億元的經濟效益，相當于 300km 高等級混凝土公路的工程造價。如果把延長公路使用壽命產生的額外經濟收入計算進來，那么使用 AE 2 引氣劑給國家帶來的經濟效益將更加巨大。
2.4.2 降低混凝土綜合成本
AE 2 引氣劑的使用，可以為用戶帶來可觀的經濟效益。下面以最不利的抗壓強度作為指標進行計算，假定不摻引氣劑混凝土的水泥用量為 330kg ／ m 3 ，混凝土、水泥、和 AE 2 引氣劑的價格分別為 350 元 /m 3 、 400 元／ t 和 2.6 萬元。
(1) 例 1 ，當含氣量為 4 ％ ( 滿足普通抗凍要求，需摻 AE2 引氣劑為水泥用量的 0.017 ％ ) ，水泥用量和坍落度保持不變時，混凝土的抗壓強度認為不損失，則引氣后每方混凝土增加的成本為 0.33 × 1. 7 × 10 - 4 × 26000=1.46 元；但同時引氣 4 ％相當于無形中使原來 lm 3 混凝土的體積增加為 1.04m 3 ，即每方增加收益為 0.0 4 × 350=14 元，因此每方混凝土的綜合收益為 (14-1.46)=12.54 元。基準混凝土的價格愈高，其經濟效益愈好。
(2) 例 2 ，當含氣量為 6 ％ ( 滿足高抗凍或抗鹽凍要求，需摻 AE 2 引氣劑為水泥用量的 0.029 ％ ) ，水泥用量和坍落度保持不變時，混凝土的抗壓強度將降低，為彌補強度需加減水劑或增加水泥用量來降低水灰比。下面分別從兩個方面來計算：
①以摻 0.5 ％高效減水劑為例，假定其價格為 6000 元 /t ，則引氣后每方混凝土增加的成本為 0.33×2.9×10 -4 ×26000=2.49 元；減水劑增力口成本為 0.33×5×10 -3 ×6000=9.9 元；但同時引氣 6 ％相當于無形中使原來 lm3 混凝土的保積增加為 1.06m 3 ，即每方增加收益為 0.0 6 × 350=21 元，因此引氣 6 ％混凝土時，每方混凝土的綜合收益為 (21-2.49-9.9)=8.61 元。
②以增加 9 ％水泥用來為例，則引氣后每方混凝土增加的成本為 0.33 ×2.9 ×10 -4 ×26000=2.49 元；水泥增加成本為 0.33×0.09×400=11.88 元；但同時引氣 6 ％相當于混凝土體積從 1m 3 增加為 1.06m 3 ，即每方增加收益為 0.06×350=21 元，因此引氣 6 ％混凝土時，每方混凝土的綜合收益為 (21-2.49-11.88) 二 6.61 元。
綜上所述， AE 2 引氣劑的使用帶來的直接經濟效益是非常明顯的，特別是對含氣量不大于 4 ％的引氣混凝土的經濟效益更顯著。因此，無論從技術和性能上還是經濟上，使用 AE 2 引氣劑都有非常巨大的好處，特別對國家更是如此。
2.5 結論
(1)AE 2 引氣劑對混凝土抗壓強度的影響程度與國外老牌 Vinsol 引氣劑大致相同。其性能優于國內常用的松香熱聚物引氣劑。
(2) 同水灰比條件下， AE 2 引氣劑引起的每單位含氣量混凝土抗壓強度損失率在 3 ％ ~6 ％；同和易性條件下，當含氣量在常用值 4 ％～ 6 ％左右時， AE 2 引氣劑引起的每單位含氣量混凝土抗壓強度損失率小于于 3 ％；含氣量小于 4 ％左右時，抗壓強度幾乎不損失。
(3) 在相同水泥用量和坍落度的條件下，當含氣量不大于 6 ％時， AE 2 引氣劑非但不引起混凝土抗折強度降低，反而使抗折強度提高，即引氣可以增加混凝土的韌性。這一點對道路混凝土特別有意義。
(4)AE 2 引氣劑與 Vimol 引氣劑對混凝土抗鹽凍性 ( 或抗凍性 ) 的改善效果大致相同，均能顯著提高這些性能。
(5)AE 2 引氣劑除了對混凝土抗凍性和抗鹽性具有顯著的改善效果外，對混凝土其他綜合耐久性也有較明顯的改善效果，如可明顯降低因鹽結晶壓和堿骨料反應等膨脹引起的混凝土破壞。
(6) 為保證混凝土的抗鹽凍性或抗凍性要求， AE 2 引氣劑的常規摻量為 0.01 ％ ~0.03 ％。和其它引氣劑一樣，萘系高效減水劑與 AE 2 引氣劑復合使用時，將引起混凝土含氣量一定程度的損失；混凝土拌合物坍落度過大或過小均會引起混凝土含氣量下降。
(7)AE 2 引氣劑能顯著改善新拌混凝土性能，特別是降低混凝土的離析和泌水。由于其具有極強的水溶性，與其他外加劑具有很強的復合性能，也是配制泵送劑等其它復合外加劑的重要組成部分。
(8) 無論從技術和性能上還是經濟上，使用 AE 2 引氣劑都有非常巨大的好處，特別對國家更是如此。
三、 AE 2 引氣劑對混凝土性能的影響
混凝土引氣劑是最古老的外加劑之一， 40 年代開始在國外應用于混凝土抗凍工程中。我國 50 年代開始開發引氣劑，用于提高水工混凝土的抗凍性。目前，我國只有在水工和港工混凝土設計規程中有明確的摻引氣劑要求。然而，隨著混凝土技術發展的需要，特別是引進國外施工設備和國外工程公司進入我國施工市場，引氣劑也開始在其它場合使用。例如，在上海高層建筑物有泵送要求的混凝土中，廣泛使用了引氣劑。在廣東省混凝土道路施工中，使用了國外攤鋪機，由于外方說明書中注明使用時混凝土必須摻引氣劑，因此引氣劑第一次在我國南方地區道路工程中使用，取得了意想不到的良好結果。在秦山核電站二期工程中，外方也要求在混凝土中必須摻引氣劑。
為什么國外與國內在引氣劑的使用觀念上有如此大的差別呢 ? 多年來，我們對此問題進行了細致的探討和研究，覺得必須對引氣劑有一個新認識的過程。
3.1 、引氣劑對混凝土耐久性的影響
3.1.1 抗凍性
眾所周知，摻引氣劑的主要作用是提高混凝土的抗凍耐久性。目前，引氣劑作為提高混凝土抗凍性的最主要技術措施已經被廣泛應用于工程實踐中 ( 如水工和港工等混凝土工程 ) ，其效果也得到認可。
一般非引氣混凝土的含氣量都小于 1.8 ％，且這部分氣泡多為截留大氣泡，對混凝土性能有很不利的影響。然而，引氣劑產生的氣泡多為均勻的微小氣泡，它們對混凝土性能有許多有利的作用，與截留大氣泡相比有很大的不同。圖 1 是典型的非引氣和引氣混凝土的抗凍性數據。它清楚地表明，非引氣混凝土只要摻入少量引氣劑，使含氣量提高到約 4 ％，在絕大多數自然環境中均可獲得良好的抗凍性能。
3.2 抗鹽凍性
現在許多混凝土高等級公路和城市道路，在冬季常撤除冰鹽 ( 主要為 NaCl) 以清除路面冰雪。在鹽和凍結的共同作用下，混凝土的破壞特別嚴重。混凝土鹽凍剝蝕破壞是指在除冰鹽存在的條件下，混凝土因受凍產生的一種特殊破壞形式，主要表現為表面嚴重剝蝕，骨料暴露。迄今不止，已在北京、天津等城市立交橋，以及黑龍江省等東北地區高等級混凝土路面上發現了多起嚴重的鹽凍剝蝕破壞實例。這些破壞實例的最主要原因是混凝土中沒有采取防治鹽凍破壞的技術措施，如摻引氣劑。由于鹽凍剝蝕破壞本質上也是因水結冰膨脹而破壞，因此引氣劑同樣對改善混凝土抗鹽凍性能有非常好的效果。
圖 2 為非常典型的鹽凍破壞試驗結果。可以看到，隨著含氣量增大，混凝土的剝蝕破壞明顯下降。當含氣量大于 5 ％時，混凝土鹽凍破壞可顯著改善。但是，即使是含氣量為 5.5 ％的混凝土，其鹽凍剝蝕破壞仍隨循環次數的增加而不斷加劇，不過增加速度遠比不摻引氣劑混凝土的小。
3.3 冬季施工混凝土
混凝土在冬季施工過程中，為了防止混凝土的早期凍壞，往往要求摻防凍劑和早強劑，提高混凝土的成熟度，滿足臨界強度的要求。目前，寒冷地區混凝土冬季施工大量采用摻防凍劑的技術，但即使摻了防凍劑和采取保溫蓄熱措施，混凝土內部還有可能遭受早期凍結。早期凍結不僅可能造成混凝土的強度損失，同時由于破壞了混凝土的內部結構，混凝土的耐久性也變差。冬季施工混凝土的耐久性問題目前還沒有引起足夠的重視，如果在摻防凍劑的同時，再摻入引氣劑，則可大大減輕可能出現的早期凍結對混凝土結構造成的破壞，從而提高混凝土工程的耐久性。因此，我們建議冬季施工混凝土中應把摻引氣劑作為必要的技術措施。
3.4 其它耐久性
引氣劑對混凝土抗凍性的抗鹽凍性的有效作用已得到確認和廣泛應用，但是對混凝土其它耐久性的貢獻卻認識不深。
首先，引氣可以改善混凝土的抗滲性能，如引氣 4 ％可使抗滲性提高約 15 ％以上。這主要是因為引氣后，顯著地改變了硬化漿體的毛細孔結構，形成大量封閉孔，同時在水泥顆粒表面形成憎水性膜，從而降低了毛細管的抽吸作用。僅從這一點，引氣劑就可提高混凝土的綜合耐久性。
其次，由于引氣產生的大量微小氣泡難于被水充滿，使混凝土結構中存在許多均布的微小空間。這些微小空間可以作為體積膨脹的“緩沖閥”，降低和延緩其它物理膨脹 ( 如鹽晶體結晶壓等 ) 和化學反應膨脹 ( 如堿骨料反應和硫酸鹽反應等 ) 引起的混凝土破壞。從表 1 試驗結果清楚地證實了引氣劑在這方面的效果非常顯著。當混凝土中引氣量為 4.5 ％時，在 20 ％ NaCl 溶液中經 15 次干濕循環后，鹽結晶壓產生的膨脹率比非引氣混凝土降低約 41.0 ％，而按 JGJ53-92 標準測得的 1.5 個月后堿集料反應產生的膨脹率比非引氣混凝土降低約 57.1 ％。
表 1 摻引氣劑對混凝土抗鹽結晶壓和堿集料反應膨脹破壞的影響
|
混凝土品種 |
試驗 項目 |
20 ％ NaCl 溶液中干濕循環后的膨脹率 （× 10 -4 ） |
按 JGJ53 — 92 標準測定堿集料反應的膨脹率（× 10 -4 ） | ||
|
10 次 |
15 次 |
0.5 個月 |
1.5 個月 | ||
|
不摻引氣劑 |
3.2 |
9.2 |
26.5 |
29.4 | |
|
引氣量 4.5 ％ |
1.8 |
5.4 |
10.0 |
12.6 | |
|
引氣后膨脹降低率 ( ％ ) |
43.8 |
41.3 |
62.3 |
57.1 | |
3.5 、引氣劑對新拌混凝土性能的影響
引氣劑除了能顯著地改善硬化混凝土的綜合性能外，還能顯著改變新拌混凝土的性能。由于引氣泡增加了漿體體積和對拌和料的潤滑作用，以及增加了漿體的粘度和屈服應力，因此引氣混凝土的工作性、塑性和內聚性得到顯著提高，明顯比非引氣混凝土的好。引氣混凝土的這些特性將顯著降低它的離析和泌水現象。在原材料比例不變的條件下，引氣可以提高混凝土的流動性，而在相同塌落度下，引氣可以降低拌和用水量。另外，引氣還可降低新拌混凝土的塌落度損失。
混凝土的離析和泌水大將對混凝土質量，特別是表層的質量產生非常不利的影響，不僅降低了混凝土的均勻性 ( 大體積混凝土中尤其嚴重 ) ，而且將在表面形成一層水灰比大、多孔、薄弱和耐久性差的硬化層，同時產生大量自底部向頂層發展的毛細管通道網。這些通道網增加了混凝土的滲透性，鹽溶液和水分，以及其它有害的化學物質容易進入混凝土中，使混凝土表面很易破壞 ( 特別當除冰鹽存在時更是如此 ) ，因此引氣可明顯地降低因離析和泌水帶來的這些不利影響，顯著地改善混凝土的質量。
隨著施工技術和高層建筑的發展需要，混凝土的可泵性能顯得愈來愈重要。實際上，可泵性是混凝土工作性良好的一種特殊表現形式，由于引氣增加了混凝土的內聚性和物料間的潤滑作用，降低了脹流，使泵送時不會過度離析和泌水，因此引氣可提高新拌混凝土的可泵性能。但是，泵送混凝土的含氣量也不宜太高，因為過大的含氣量造成的空氣可壓縮性提高足產生不飽和狀態，增加泵送時的泵壓損失和降低混凝土的泵送效率。這類混凝土的含氣量一般以小于 6 ％為好。
正是由于上述這些原因，導致泵送混凝土和大體積混凝土工程，以及道路和其它土木建筑工程廣泛采用引氣混凝土，即使是沒有抗凍或抗除冰鹽要求的環境中也是如此。在貧混凝土和干硬性混凝土或碾壓混凝土，以及輕骨料混凝土中，引氣可以最大地改善其性能和最大地發揮引氣劑的這些好處。但是，很遺憾的是，在這些混凝土工程中除了泵送混凝土外，在我國很少使用引氣劑。
3.6 引氣劑對混凝土強度的影響
引氣將使混凝土的強度降低，特別是當含量很大時 (>4 ％ ) 降低更明顯，這是引氣劑的最大缺點，也是制約引氣劑在我國大規模推廣應用的主要原因，因為在我國許多混凝土設計規范中都是以強度作為指標。在混凝土材料配合比不變的條件下 ( 塌落度增加 ) ，引氣引起的混凝土強度降低的典型曲線見圖 3 。其實，當 W/C 大于 0.45 和含氣量小于 4 ％時，在相同的塌落度下，由于引氣可以減少用水量和截留大氣泡量，降低 W/C ，同時提高混凝土的均勻性，因此為了獲得與非引氣混凝土相同的強度，引氣混凝土只需增加很少量的水泥用量，甚至不增加。然而，在高強混凝土中摻引氣劑將使強度明顯降低。
有許多研究資料表明，對于貧混凝土和干硬性混凝土或碾壓混凝土，以及輕骨料混凝土，適量引氣不但不降低強度，反而增加強度，這主要與引氣可提高混凝土的漿體體積、工作性、塑性和內聚性有關。
一般在提到引氣引起混凝土強度降低時，都是指抗壓強度。初步研究表明，引氣引起的混凝土抗折強度降低率遠小于抗壓強度的降低率，即引氣可以提高混凝土的抗壓比或者說韌性。交通部公路研究所在對道路混凝土研究時發現，在一定條件下，引氣反而可以提高混凝土的抗折強度。這一點對道路工程特別重要和有實用意義。
事實上，在混凝土結構設計時，犧牲少量強度來大幅度甚至是根本上改善和提高混凝土結構的耐久性或使用壽命是非常值得的和有意義的，況且這部分損失的強度很容易通過許多其它技術途徑來得到彌補。另外，引氣劑的使用帶采的混凝土材料成本增加非常小，要是考慮到引氣帶來的許多施工便利，特別是大幅度提高了混凝土的質量和使用壽命，那么混凝土結構的綜合成本只會降低。
四、推廣引氣劑需要解決的問題
在引氣劑的推廣過程中，除了要改變對引氣劑的舊觀念外，就是要開發出高質量的引氣劑。一種優良的引氣劑，首先本身必須具備良好的發泡能力和穩定性能，同時具有良好的氣泡結構和小的強度損失率；其次要具有強的適應性能，如能適應不同的水泥品種和攪拌施工方式、溫度環境等；第三，與其它外加劑具有強的復合性能；最后，要使用方便和安全，價格也合理。
五、概述
引氣劑是一種能使混凝土在攪拌過程中產生大量均勻分布、穩定而封閉的微小氣泡，從而改善混凝土和易性，提高混凝土抗凍性和耐久性的外加劑。引氣劑的摻量通常為水泥質量的 0.002 ％ ~0.01 ％，摻入后可使混凝土拌合物中引氣量達到 3 ％～ 5 ％。引入的大量微小氣泡對水泥顆粒及骨料顆粒具有浮托、隔離及“滾珠”作用，起到了分散、潤濕的雙重作用，從而減少混凝土的單位用量，改善其多種性能。在稠度和單位水泥用量一定時，由于摻入引氣劑可減少單位用水量。一般，引氣劑的減水率為 6 ％～ 9 ％，當減水率為 10 ％以上時，則稱之為引氣減水劑。
引氣劑和引氣減水劑正沿著復合型高效引氣劑及高性能引氣減水劑方向發展。同時，引氣劑和引氣減水劑作為一種有效組分，還廣泛應用于配制泵送劑、防凍劑等多功能復合外加劑。
20 世紀 30 年代，在美國隨著汽車和公路交通的迅速發展，混凝土路面發生裂縫以至破壞的現象增多，尤其是在北方冬季期間，為防止混凝土路面凍結而撒氯化鈣、氯化鈉等鹽類時破壞更為嚴重。為了防止上述問題的產生，有關學者專門進行了調查研究。通過實驗發現，硅酸鹽水泥中摻入各種樹脂和油類后，混凝土的多種性能有明顯改善，從而促進了引氣劑作用效果的研究和開發工作。
引氣劑問世至今，仍被看作是混凝土材料發展進程中的重要發現。引氣劑應用于混凝土道路、大壩、港口、橋梁等工程中，可大大延長它們的使用壽命。
引氣劑根據其水溶液的電離性質也可分陰子、非離子、陽離子和兩性離子系等四類。實際上應用最多的是陰離子系引氣劑。
六、引氣劑的作用原理
1 、混凝土引氣及氣泡的形成過程
混凝土的氣泡是由攪拌作用產生的。在攪拌混凝土時，有兩種主要作用可引入空氣并形成氣泡。第一種作用是渦流吸氣作用。在攪拌液體形成渦流時，渦流負壓區會吸入空氣。被吸入渦流中的空氣在剪切力作用下，便被碎散形成大量氣泡。在盤式混凝土攪拌機中，渦流由攪拌葉片推動混合料產生；在鼓式攪拌機中，渦流主要存在于物料落下來的攪拌葉片末端。為了產生渦流，混凝土拌合物應有一定程度的流動性，但對于較干的拌合物，攪拌所產生的捏合作用，也能使一定量的空氣夾帶進入混凝土中。
第二種作用是骨料拋落形成的三維幕引氣作用。在混凝土攪拌過程中，當物料相互之間逐級下落時，粒狀物料 ( 骨料 ) 形成的三維幕便會將空氣攜帶進入混凝土中，并在物料的重力、攪拌過程中產生的剪切力等作用下，將引入的空氣碎散成氣泡。
摻與不摻引氣劑，在攪拌混凝土過程中引入空氣并被碎散形成氣泡的作用是一樣的。對于未摻引氣劑的混凝土，在攪拌混凝土過程中引入的空氣被漿體包裹形成氣泡，但當氣泡互相靠近時，極易相互兼并增大，并上浮至表面，從而破滅消失。這就像劇烈攪拌清水時，雖然水中仍能引入空氣并被剪切碎散形成氣泡，但由于氣泡極易兼并增大，并迅速浮出水面而破滅，故停止攪拌后，仍只剩下清凈的水。因此，未摻引氣劑的混凝土夾帶空氣量少，氣泡尺寸小，分布均勻。
由上可知，引氣劑的作用主要有兩個方面，一是使引入的空氣易于形成微小氣泡；二是防止氣泡兼并增大、上浮破滅，也就是要保持微小氣泡穩定，并均勻分布在混凝土中。
2 、引氣劑在液 - 氣界面上的吸附與排布
引氣劑的界面活性作用基本上與減水劑的界面活性作用相同，區別在于減水劑的界面活性作用主要發生在液 - 固界面上，而引氣劑的界面活性作用主要發生在液 - 氣界面上。
所謂氣泡，就是液體薄膜包圍著的氣體。若某種液體易于成膜，且膜不易破裂，則此種液體在攪拌時就會產生許多泡沫。引氣劑是表面活性物質，其由非極性基 ( 碳氫鏈 ) 和極性基 ( 如磺酸基一 SO 3 H 、羧酸基一 COOH 、醇基一 OH 、醚基一 O 一等 ) 構成。引氣劑分子溶于水中后，對于液 - 氣體系，其非極性基深入氣相，而極性基留于水中，從而吸附在氣泡的液 - 氣界面上形成定向排布，只有一個極性基的異極性表面活性物質，如十二烷基苯磺酸鈉引氣劑，其分子一端是極性基，另一端是非極性基，吸附在氣泡表面的定向排布如圖 3 — 10 所示
 |
 |
含有多個極性基團的聚合物表面活性物質，如木質素磺酸鹽引氣減水劑，其分子吸附在氣泡表面的定向排布如圖 3 — 11 所示。
正是由于引氣劑分子在氣泡表面的這種定向吸附與排布作用，才能使吸附了引氣劑的微小氣泡難于兼并增大，從而能夠穩定地分布在混凝土中。
3 、引氣劑的作用機理
在混凝土中，引氣劑對微小氣泡的穩定作用機理主要包括以下幾個方面。
(1) 降低液 - 氣界面張力作用
當混凝土拌合物含氣量一定時，氣泡尺寸減小，則整個體系的液 - 氣界面積 A 增大，導致整個體系總的界面自由焓將增大，從而使體系處于熱力學不穩定狀態。摻入引氣劑后，由于降低了液 - 氣界面張力，因此，即使氣泡不相互兼并增大，也能使整個體系總的液 - 氣界面積保持不變，使整個體系的液 - 氣界面自由焓不增大，或者還有所降低，從而使體系處于熱力學較為穩定的狀態。
(2) 氣泡表層液膜之間的靜電斥力作用
對于用離子型表面活性劑作為引氣劑時，其分子在水中電離成陰、陽離子，使氣泡表面液膜帶上相同的負電荷，當氣泡相互靠近時，氣泡之間便產生靜電斥力作用，從而阻止氣泡進一步靠近，因此，離子型引氣劑吸附在氣泡表面，使氣泡之間產生的靜電斥力有助于提高氣泡的穩定性。
(3) 水化膜厚度及機械強度增大作用
在混凝土中摻入引氣劑，其在氣泡表面吸附時均是非極性基深入氣相，而極性基留于液相。由于極性基具有強烈的親水作用，使吸附了引氣劑分子的氣泡表面水化膜增大，機械強度提高，氣泡表面黏度及液膜彈性增大，這樣當氣泡碰撞接觸時，氣泡間液膜便不易排液薄化，同時氣泡的彈性變形還有利于抵消氣泡所受的外力作用。因此，摻引氣劑的混凝土中的氣泡不易兼并破滅，穩定性提高。
(4) 微細固體顆粒沉積氣泡表面形成的“罩蓋”作用
在混凝土中加入陰離子型引氣劑，會吸收和集中在氣泡表面，使混凝土中的氣泡實際上成了氣固液三相氣泡，固體顆粒“罩蓋”薄膜使氣泡表層膜厚度增大，機械強度和彈性提高。此層“罩蓋”薄膜使氣泡靠近時水化膜更不易排液薄化，因而氣泡更難兼并增大，并且還有助于阻止氣泡上浮和凝聚，從而使大量微小氣泡能夠穩定地均勻分布在混凝土拌合物中。
七、引氣劑對混凝土性能的影響
1 、和易性
引氣劑用于在混凝土中引進了大量微小且獨立的氣泡，這些球狀氣泡如滾珠一樣使混凝土的和易性得到大大改善。這種作用尤其在骨料粒形不好的碎石或人工砂混凝土中更為顯著。
2 、泌水性
引氣劑可以增加混凝土拌合物的黏聚性。它使混凝土拌合物中的骨料與水泥漿的黏聚性加大，使它們的離散性減弱，這種作用可使拌合物更好地處于均質狀態，使拌合用的水分能更長時間地停留在水泥漿中而減少了泌水性。
3 、強度
由于引氣劑使混凝土中氣泡數量增多， 自然會使混凝土的強度有所降低。一般規律如下：含氣量每增加 1 ％，抗壓強度約減低 4 ％～ 5 ％，抗折強度約降低 2 ％～ 3 ％。且齡期增長后，含氣量對混凝土的影響還要大些。
當混凝土中含氣量一定時，其強度的降低還受到骨料最大粒徑的影響，最大粒徑越大，則強度降低率越小。在貧水泥混凝土中，因為引氣而引起的強度下降很小，往往可忽略不計。
若在配制混凝土時，考慮到引氣劑能增大混凝土拌合物的流動性而適量減少用水量，則由于引氣劑引入氣泡而引起的強度損失就可被彌補過來，配制得當時還可能使強度有所提高。
4 、耐久性
由于摻引氣劑后可使混凝土用水量減少，同時泌水率減低，這都會使混凝土內部的大毛細孔 ( 在水泥石與骨料界面上產生，比水泥面中的毛細孔至少大數十倍 ) 減少。同時大量微小的氣泡占據著混凝土中的自由空間，切斷了毛細管的通道，這樣能使混凝土的抗滲性得到改善。與抗滲性有關的抗化學物質侵蝕作用和對碳化的抵抗作用等也同時得到提高。
八、引氣劑的使用
在使用引氣劑時，應注意以下幾個問題。
1 、摻引氣劑前，應該參照說明書及有關資料，結合工地現場所使用的材料及工程要求，進行實地試配試驗，然后才能確定該種引氣劑能否在本工程使用，以及工程中使用的合適劑量。
2 、引氣劑使用時，其摻加量一般都比較小 ( 一般只有水泥質量的萬分之幾 ) ，所以計量要準確。
3 、要求配制混凝土材料的性質、混凝土拌合物的配比，以及攪拌、裝卸、澆筑等方面都盡可能保持穩定，使含氣量的波動范圍盡量小。施工中要定時進行現場檢測，嚴格控制含氣量的波動幅度。由于近年來施工中采用高頻插入式振搗器，在強烈的振動作用下，混凝土中的氣泡外溢，致使含氣量下降。因此施工中必須保持不同部位的振搗時間和振搗方法的一致。
4 、摻引氣劑的混凝土，由于其引氣量的增加，將會導致混凝土體積的增加，因此在配合比設計時應加以考慮。
 |
 |
 |
 |
| 檢測報告 | |
 |
 |
