引氣劑對壓漿料膨脹率和泌水率的影響

劉 斯 春

(宜昌三大工程建設(shè)項目管理有限責(zé)任公司，湖北 宜昌 443002)

預(yù)應(yīng)力孔道壓漿技術(shù)已經(jīng)在我國建筑工程中應(yīng)用了較長時間，并且具有不可替代的效果[1]。在實際壓漿過程中，除了施工工藝等方面外，壓漿料質(zhì)量的好壞對最終成品的性能起著決定性作用[2]。優(yōu)良的壓漿料配制出來的漿體應(yīng)具有良好的流動性，可以充分填充孔道；同時也有較好的粘稠度，不會出現(xiàn)泌水和分層等現(xiàn)象；另外，好的壓漿料要有適宜的膨脹作用，使孔道填充飽滿，不出現(xiàn)自收縮而產(chǎn)生分離現(xiàn)象；最后，壓漿料還應(yīng)有很好的粘結(jié)作用，使鋼筋與漿體充分結(jié)合，保證結(jié)構(gòu)強(qiáng)度[3,4]。

但是，當(dāng)前的傳統(tǒng)壓漿料普遍存在一定的缺陷，主要體現(xiàn)在以下幾個方面：

1)漿體在凝結(jié)后有較大的自收縮現(xiàn)象，這會造成結(jié)構(gòu)整體強(qiáng)度達(dá)不到設(shè)計要求，也會導(dǎo)致空隙的產(chǎn)生；

2)漿體流動性不足，使得壓漿效率不高；

3)泌水性問題，傳統(tǒng)壓漿材料在初期泌水較多，容易造成材料的分崩離析[5,6]。

基于此，本研究分別測試了碳酸銨、偶氮二異丁腈和茶皂素的引氣效果對壓漿料膨脹率和泌水率的影響，希望能夠解決漿體凝結(jié)后的自收縮現(xiàn)象。同時，也通過配比使?jié){體收縮問題得到解決的情況下，不出現(xiàn)泌水現(xiàn)象。

1 原材料

海螺牌42.5級普通硅酸鹽水泥，初終凝時間分別為139 min,190 min；抗壓、抗折強(qiáng)度分別為54 MPa,8.6 MPa；安定性合格；粉煤灰活性指數(shù)為0.98，需水量比103%；減水劑為聚羧酸減水劑，褐黃色粉末，其固含量不小于92%，推薦摻量為0.2%，減水率可達(dá)12%～20%。膨脹劑為鈣礬石和氫氧化鈣雙膨脹(HME-Ⅳ混凝土高效膨脹劑)，主要物化指標(biāo)如表1所示。

表1 膨脹劑的物化指標(biāo) %

引氣劑有三種，碳酸銨由國藥集團(tuán)化學(xué)試劑有限公司提供，偶氮二異丁腈由上海試四赫維化工有限公司提供，茶皂素由陜西承乾生物科技有限公司提供。

2 試驗方案和配合比

本實驗基礎(chǔ)配方為：水泥∶粉煤灰∶膨脹劑∶減水劑=69∶20∶10∶1。

在固定基礎(chǔ)配方的條件下，分別按摻量0.1%,0.3%,0.5%,0.7%,0.9%進(jìn)行實驗，測試不同摻量的碳酸銨、偶氮二異丁腈和茶皂素后，漿體的膨脹率和泌水率，以獲得合適的引氣劑摻量。

壓漿料膨脹率的測試方法：參照TB/T 3192—2008鐵路后張法預(yù)應(yīng)力混凝土梁管道壓漿技術(shù)條件進(jìn)行測試。采用1 000 mL的量筒，注漿后用保鮮膜封口，放置在溫度為26 ℃±1 ℃，濕度為60%的環(huán)境中24 h。

3 引氣劑摻量對壓漿料性能的影響

3.1 不同摻量偶氮二異丁腈對壓漿料膨脹率和泌水率的影響

偶氮二異丁腈遇熱易分解產(chǎn)生氮?dú)?，氮?dú)鈱炷翢o害，而且還能對鋼筋起到保護(hù)作用。因此用來作膨脹劑十分合適。本實驗分別研究了引氣劑為膠凝材料質(zhì)量的0.1%,0.2%,0.3%,0.4%,0.5%,0.6%六種摻量下，壓漿料的24 h后的膨脹率和泌水率。

偶氮二異丁腈摻量對壓漿料的24 h膨脹率和泌水率的影響如圖1所示。

相比于未加引氣劑的壓漿料，摻入偶氮二異丁腈之后的壓漿料有明顯的膨脹效果，但是引氣所產(chǎn)生的膨脹并不能完全抵消壓漿料自身收縮量，整個壓漿料仍然呈現(xiàn)收縮現(xiàn)象。隨偶氮物摻量的增加，壓漿料的收縮率有所下降，在0.3%的摻量下，偶氮二異丁腈的膨脹使?jié){體的收縮率達(dá)到了最小值，為不摻引氣劑漿體的2.5倍左右。在0.4%～0.6%摻量下，壓漿料的收縮率呈現(xiàn)幾乎不變的趨勢，這表明此時偶氮摻量的引氣效果已經(jīng)達(dá)到了最大值。

另外，從24 h泌水率曲線可以看出，當(dāng)偶氮摻量達(dá)到0.4%時，泌水率已經(jīng)為0，說明偶氮摻量的增加也會一定程度的減少泌水。

0.5%的偶氮二異丁腈摻量下完全凝結(jié)后的壓漿料如圖2所示。可以看到分層明顯，頂層部分非常疏松，有大量氣孔，強(qiáng)度很低，而其余部分幾乎沒有氣孔，強(qiáng)度很大。這表明偶氮物更容易在泌水層中分解發(fā)氣，盡管24 h后泌水消失，但在這24 h之中，大部分氣體都產(chǎn)生在了泌水層中，而導(dǎo)致整個壓漿料不均勻。

3.2 碳酸銨摻量對壓漿料24 h膨脹率和泌水率的影響

碳酸銨受熱分解會產(chǎn)生氨氣和二氧化碳，可以使壓漿料產(chǎn)生一定的膨脹，而且這兩種氣體也不會破壞壓漿料原本的結(jié)構(gòu)，因此適合于用作引氣劑。本實驗分別以0.1%,0.3%,0.5%,0.7%,0.9%的碳酸銨摻量測定其壓漿料的24 h膨脹率和泌水率以探求合適的比例。實驗結(jié)果如圖3所示。

從圖3中可以看出，隨著碳酸銨摻量的增加，壓漿料的泌水率逐漸下降，當(dāng)摻量為0.7%時，24 h泌水消失。與此同時，膨脹效果逐漸明顯，壓漿料的收縮開始變小。但是當(dāng)摻量達(dá)到0.5%時，碳酸銨膨脹效果達(dá)到最大值，再增加也無法使壓漿料的收縮減小。并且最終產(chǎn)品也出現(xiàn)了和摻雜偶氮二異丁腈的壓漿料相同的情況，頂層結(jié)構(gòu)疏松，氣孔較多。

3.3 茶皂素?fù)搅繉簼{料的影響

茶皂素在加氣混凝土中已經(jīng)得到了廣泛的應(yīng)用，因此也完全可以用在壓漿料中以彌補(bǔ)其自收縮。本實驗分別以0.1%,0.3%,0.5%,0.7%,0.9%的摻量測定其24 h膨脹率和泌水率以探求合適的摻量。

從實驗結(jié)果來看，摻入茶皂素的壓漿料并沒有出現(xiàn)泌水，這可能是由于茶皂素密度較小，同樣質(zhì)量的茶皂素體積大，在壓漿料中吸收了更多的水分。

茶皂素不同摻量的24 h膨脹率如圖4所示。

從圖4中可以看出，茶皂素的加入雖然在一定程度上減少壓漿料的收縮，但是當(dāng)摻量達(dá)到0.3%之后，其膨脹效果就不變了。

3.4 不同引氣劑對壓漿料膨脹性的影響分析

從圖2～圖4中可以發(fā)現(xiàn)，在偶氮二異丁腈，碳酸銨和茶皂素三種引氣劑中，偶氮二異丁腈對壓漿料的膨脹效果最好，可以使其收縮率減小到1%左右，而碳酸銨的效果最差。其原因可能是碳酸銨的分解溫度在60 ℃左右，水泥水化的溫度達(dá)不到該溫度，尤其是邊緣部分，溫度更低。所以導(dǎo)致碳酸銨分解不完全，膨脹效果較差。而偶氮二異丁腈雖然分解溫度也接近60 ℃，但它在室溫下也會緩慢分解，水泥水化的溫度也會進(jìn)一步加快其分解，所以即使沒有達(dá)到分解溫度，偶氮也會在凝固過程中漸漸分解，產(chǎn)生較好的膨脹效果。

茶皂素有一定的膨脹效果，且不泌水。茶皂素更多的是作為一種表面活性劑，用于作穩(wěn)泡劑。因此，茶皂素應(yīng)與其他引氣劑混合使用才能起到更好的效果，這需要后續(xù)實驗的進(jìn)一步論證。

4 結(jié)語

偶氮二異丁腈、碳酸銨和茶皂素均可起到一定的引氣膨脹作用，其中以偶氮的膨脹效果最好。

三種引氣劑的摻量達(dá)到一定值時，都會出現(xiàn)無法繼續(xù)提高膨脹效果的情況，表明無論是碳酸銨、茶皂素，還是偶氮二異丁腈都有一定的局限性。

共同的優(yōu)點(diǎn)是，當(dāng)這三者的摻量達(dá)到一定值時，都可以使壓漿料的泌水消失。