摘要：利用氢氧化钙饱和溶液模拟水泥碱液的离子环境，测定不断稀释下引气剂饱和氢氧化钙溶液的表面张力，找到表面张力出现拐点的引气剂浓度，对引气剂的引气作用效果进行定性和定量判断，提出了一种水泥混凝土引气剂引气效果的评价方法。测得：A、B、C、D四种引气剂的饱和碱液表面张力拐点时对应的浓度分别为0.2×10-4、0.64×10-3、0.×10-2、0.4×10-4。引气混凝土试验中，固定配合比下，混凝土达到7%的含气量，有效固含量4%的引气剂A、B、C、D的掺量分别为水泥用量的0.03‰、0.6‰、1‰、0.06‰。
关键词：
饱和碱液；表面张力；拐点浓度值；引气效果；水泥混凝土
引言
鉴于改善混凝土的抗渗性、抗冻性和工作性，现代混凝土的高性能化离不开引气剂，《公路水泥混凝土施工技术规范》[1]规定滑模摊铺混凝土必须掺入引气剂。
目前没有统一的引气剂评价方法和评价指标，最为普遍的引气剂检测方法是新拌水泥混凝土的含气量（气压法），另外还有水泥胶砂含气量测定法（密度法）。但是水泥混凝土含气量法与环境气压关系很大，同样的配合比下，低气压环境中的引气剂作用效果降低，作为一种评价引气剂的方法失去客观性。水泥胶砂含气量（密度法）中，因为影响砂浆密度的因素众多，仅仅从密度来判断含气量进而判断引气剂作用效果显得证据不足。
结合引气剂引气的本质和其他因素对引气剂引气的影响机理，提出一种简单易行、合理的引气效果评价方法具有非常重要的意义。利用饱和的氢氧化钙溶液替代水泥浆液的离子环境，不断稀释饱和碱液中的引气剂浓度进行表面张力的测定，通过表面张力变化拐点的饱和碱液引气剂浓度，判断引气剂的引气效果。
通常在剧烈搅动或振荡的外力作用下，水中会卷入空气形成小气泡，但是静置后，气泡很快上浮破灭。而当水中加入引气剂后，经过振荡或搅动，会引入大量气泡。其原因是：液体表面具有自动缩小的趋势，而起泡是一种界面面积大量增加的过程，在表面张力不变的情况下，必然导致体系自由能大大增加，是热力学不稳定的系统，会导致气泡缩小、破灭。在引气剂存在的情况下，由于它能吸附到气-液界面上，降低了界面能，即降低了表面张力，因而使起泡较容易。因此引气剂引气的本质和核心是降低了体系的表面张力。
另外研究表明电解质和某些金属离子将对引气剂主要成分（表面活性剂）的作用过程产生影响。首先，电解质离子会改变表面活性剂的临界胶束浓度，改变表面活性剂的使用效率。另外，某些常见的游离态金属离子会与表面活性剂螯合，从而降低其活性。而水泥水化过程中将会产生大量的钙离子，始终处于一种饱和浓度碱液离子状态。因此通过饱和氢氧化钙溶液模拟水泥浆液的液体环境具有一定的合理性。
一、试验
1.1原料
（1）水泥
选用金隅牌P·O42.5级水泥，其化学分析如表1；
（2）砂、石集料
细砂产自内蒙天然河砂，细度模数2.28，表观密度kg/m3，黏土含量0.7%；5~25mm连续级配石灰岩碎石；
（3）引气剂引气剂种类有：未知引气剂、皂苷引气剂、松香热聚物、烷基硫酸盐。使用前均稀释成（4±0.3）%有效浓度液体溶液，推荐掺量在0.3%~0.8%，各项技术指标如表2。
（4）氢氧化钙分析纯，分子式Ca（OH）2，分子量74。
1.2试验方法
通过饱和碱液表面张力的改变规律来比较引气剂的引气效果。其具体步骤如下：首先配制一定的氢氧化钙饱和溶液备用，然后配制一定浓度A引气剂的氢氧化钙饱和溶液，测定其表面张力，作为第1次测定值；之后通过兑入氢氧化钙饱和溶液将引气饱和碱液中引气组分的浓度减半，测定其表面张力，作为第2次测定值；重复操作直至引气饱和溶液的表面张力接近非引气氢氧化钙饱和溶液的表面张力作为第n次测定值。将取得的n个测定值绘成表面张力-引气饱和溶液浓度的二维曲线，取得曲线出现拐点的浓度值M。
同样的方法可以取得B引气剂饱和碱液的表面张力出现拐点的浓度值N。若K=M/N，则固定配合比下达到相同的混凝土含气量需要的A和B引气剂的有效掺量比值为K。K值大于1时，说明B引气剂引气效果好于A引气剂。K值越大，对应A引气剂引气效果越差，B引气剂引气效果越好。引气饱和碱液表面张力的测定方法为铂金环法。引气饱和碱液表面张力与氢氧化钙饱和溶液表面张力相差小于5%时，则认为二者的表面张力接近。表面张力仪间位测定点（第1个点与第3个点之间）的表面张力值相差大于10%时，则认为引气饱和碱液的表面张力出现拐点。第2个点认定为是拐点。
1.3试验结果
选取四种具有代表性的引气剂：未知高效引气剂A，三萜皂苷类B、松香热聚物类C和烷基磺酸盐D。通过饱和氢氧化钙饱和溶液稀释至初始浓度4%左右，测定表面张力；然后降低浓度至一半，测定表面张力，重复进行直至接近饱和碱液的表面张力。结果如表3和图1，绘制饱和碱液浓度-表面张力的曲线，确定拐点值，然后进行比较。
根据之前提出的表面张力值出现拐点的标准可以推断出四种引气剂饱和碱液表面张力拐点的浓度值如表4。
从结果可以看出饱和碱液的离子环境中，A引气剂的拐点浓度最低，D引气剂稍高于A引气剂，C引气剂的拐点浓度值最高。
1.4引气混凝土试验验证固定配合比下进行混凝土含气量试验
引气剂配制成固含量4%的溶液，通过引气剂掺量控制混凝土含气量在7%左右。研究有效固态掺量、引气饱和碱液浓度张力拐点值与含气量之间的关系。
混凝土配合比：水泥，水，砂率36%，碎石比：2∶8。
从试验结果可以看出，四组引气混凝土的坍落度控制在10cm左右，含气量控制在7%的情况下，有效固态引气剂掺量与引气剂饱和碱液浓度的表面张力拐点存在很好的正向关系。相同的含气量下，饱和碱液张力拐点浓度值越低的引气剂需要的掺量越低，并且掺量和拐点浓度值存在一定的比例关系。
因此，引气剂饱和碱液浓度的表面张力拐点值反应了引气剂表面活性组分降低体系表面张力的能力，同时反映了引气剂在饱和水泥碱液环境中的引气能力；拐点值浓度越低，说明引气剂的引气能力越强；具有一定的定性和定量关系。
因此可以通过引气剂饱和碱液浓度稀释的方法找到表面张力降低拐点，进而判断引气剂的引气效果。
二、结论
（1）引气剂的氢氧化钙饱和溶液表面张力的稀释试验通过模拟的水泥浆碱液离子环境，判断引气剂的引气作用效果，对引气剂在水泥混凝土中的引气能力进行定性和定量分析。
（2）在不断稀释的情况下，引气剂氢氧化钙饱和溶液的表面张力会出现拐点值，对应的浓度是引气剂充分发挥作用的极限浓度，对应了引气剂的作用效果与作用能力。表面张力拐点浓度越低，引气剂的引气能力越强，其在水泥混凝土达到相同含气量的有效掺量与拐点浓度存在一定的正比关系。
来源：
本文编辑：佚名
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