混凝土消泡劑的發(fā)展概述

混凝土消泡劑的發(fā)展概述0引言隨著混凝土行業(yè)的不斷發(fā)展，綠色環(huán)保的材料已成為當(dāng)今時代發(fā)展所趨，而高性能、無污染的綠色混凝土越來越受到人們的青睞。高性能的混凝土越來越受到人們的關(guān)注。在配制高性能混凝土?xí)r，對水泥、砂石、礦物摻合料和外加劑等有著較高的要求，而消泡劑復(fù)配聚羧酸高性能減水劑在混凝土中已成必不可少的材料。為了提高混凝土質(zhì)量指標(biāo)，消泡劑已成為混凝土外加劑中一種重要助劑。能降低水、溶液、懸浮液等的表面張力，防止泡沫形成，或使原有泡沫減少或消滅的物質(zhì)。消泡劑應(yīng)具備下列性質(zhì)：①消泡力強，用量少；②加到起泡體系中不影響體系的基本性質(zhì)，即不與被消泡體系起反應(yīng)；③表面張力小；④與表面的平衡性好；⑤耐熱性好；⑥擴散性、滲透性好，正鋪展系數(shù)較高；⑦化學(xué)性穩(wěn)定，耐氧化性強；⑧氣體溶解性、透過性好；⑨在起泡性溶液中的溶解性?。虎鉄o生理活性，安全性高。消泡劑的應(yīng)用十分廣泛，如食品工業(yè)、造紙工業(yè)、水處理、采油工業(yè)、印染工業(yè)、涂料工業(yè)、

洗滌劑工業(yè)、橡膠膠乳工業(yè)、氣溶膠工業(yè)、日化工業(yè)、醫(yī)藥工業(yè)、奶制品工業(yè)等。本文對消泡劑的種類、消泡機理以及對混凝土力學(xué)性能的影響作了簡要概述，以供砼行探討。1消泡劑的種類消泡劑是一種化工行業(yè)的常用助劑。上世紀(jì)八十年代由德國實驗物理學(xué)家Quincke首次提出使用化學(xué)方法消泡。到目前為止，消泡劑已經(jīng)歷了四次更新?lián)Q代[2]

。1.1第一代消泡劑主要有礦物油、脂肪族等有機物消泡劑，此類消泡劑多為油溶性，優(yōu)點在于其原材料生產(chǎn)成本低、技術(shù)成熟，缺點在于消泡效果較差、使用領(lǐng)域窄，與聚羧酸類減水劑相容性差。1.2第二代消泡劑聚醚類消泡劑是以C-O-C為主鏈結(jié)構(gòu)的聚合物，其具有很強的消泡能力。此類消泡劑是一種水溶性消泡劑，可用于混凝土、外墻涂料等一般工業(yè)。由于聚醚類消泡劑使用領(lǐng)域較窄，消泡能力與破泡速率相對較差等，需要對其進行改性處理，主要通過烷氧基硅烷對其改性。1967年，我國成功開發(fā)并投資生產(chǎn)聚醚消泡劑，主要由醇和氨起始的線型聚醚和聚醚，如聚氧乙烯、聚氧丙烯等或末端酯化聚醚衍生物[2]

。1.3第三代消泡劑有機硅類消泡劑其消泡性能優(yōu)良，能快速破泡，不易揮發(fā)，Si-O鍵能延伸使得其具有良好的耐候性、耐高低溫和耐腐蝕性，生產(chǎn)成本低廉，使用領(lǐng)域廣。此類消泡劑既有水溶性的也有油溶性的，可用于混凝土、外墻涂料、造紙等工業(yè)生產(chǎn)中。我國有機硅消泡劑的研發(fā)和使用始于上世紀(jì)中葉，隨著有機硅的不斷發(fā)展，國內(nèi)有機硅等相關(guān)產(chǎn)品的使用與研發(fā)取得了較好的效果。但相比于國外道康寧、信越等公司產(chǎn)品而言，國內(nèi)產(chǎn)品整體性能偏低。高效、高性能的有機硅消泡劑主要是靠進口，因此國內(nèi)有機硅消泡劑有著較大發(fā)展空間。1.4第四代消泡劑有機硅改性聚醚消泡劑一部分是以Si-O-Si為主鏈結(jié)構(gòu)，一部分是以C-O-C為主鏈結(jié)構(gòu)。有機硅改性聚醚消泡劑消泡速率高、適應(yīng)能力強，既有水溶性也有油溶性，能快速分散于水中，與混凝土外加劑復(fù)配使用時，能快速降低混凝土攪拌加工過程中產(chǎn)生的大量氣泡，集合了有機硅與聚醚的優(yōu)點，彌補了兩者的不足，是未來消泡劑工業(yè)化發(fā)展的方向，也是科研工作者主要的科研目標(biāo)。2消泡劑的作用機理Bridging—Spreading從消泡物質(zhì)表面張力比較低的角度出發(fā)，提出了“架橋—鋪展”機理[2]

?，F(xiàn)代混凝土加工使用過程中，有時候需要消除泡沫有時候需要抑制泡沫，有時候兩種都需要。在混凝土中加入聚羧酸減水劑時使得混凝土攪拌時產(chǎn)生大量的大氣泡，同時加入一定量的引氣劑，使得混凝土產(chǎn)生均一、穩(wěn)定的氣泡，以保證混凝土在加工過程中滿足材料相關(guān)力學(xué)性能。消泡劑與聚羧酸減水劑復(fù)配加入混凝土中時泡沫消失的主要過程為：消泡劑快速鋪展于泡沫表面，消泡劑與液相泡沫形成雙層膜，液相泡沫受周圍表面張力的作用不平衡，泡沫逐漸變薄、最終破裂。如圖1所示。3消泡劑在混凝土中的應(yīng)用減水劑的誕生加快了混凝土工業(yè)前進的步伐，高性能聚羧酸系減水劑減水效果好、流動性能優(yōu)良，能保持較好的坍落度，從而在混凝土中得到廣泛使用。聚羧酸減水劑母液本身氣體含量高，其中大部分是有害氣泡。混凝土在攪拌及施工過程中伴隨著大量氣泡產(chǎn)生，使得基材表面以及內(nèi)部產(chǎn)生孔洞、力學(xué)性能變差、耐久性降低。消泡劑的加入可以使混凝土快速消泡，液相表面張力降低，泡沫受到周圍不平衡力的作用而產(chǎn)生破裂，達到消泡抑泡的作用，優(yōu)化了混凝土基材內(nèi)部與外部的孔洞結(jié)構(gòu)，使得混凝土基材硬化后表面平滑、無蜂窩麻面、均勻光滑、力學(xué)性能優(yōu)良和耐久性等優(yōu)點，如圖2所示。2009年，田艷華[4]

對加入3%～5%F消泡劑與聚羧酸減水劑復(fù)配的高效減水劑進行混凝土試驗，發(fā)現(xiàn)消泡劑復(fù)配聚羧酸減水劑消除了混凝土中過多的大氣泡，混凝土孔洞結(jié)構(gòu)和密度得到改善。2016年李煒、陸加越[5]

等人通過消泡劑和引氣劑復(fù)摻對混凝土性能影響的研究，發(fā)現(xiàn)適量的消泡劑和引氣劑復(fù)合使用，可提升混凝土的含氣量穩(wěn)定性，降低硬化混凝土氣泡間距系數(shù)和平均孔徑，有效改善混凝土外觀形貌。2017年江蘇蘇博特新材料股份有限公司徐海源[6]

通過消泡劑對灌漿料新拌漿體表觀質(zhì)量的影響研究，發(fā)現(xiàn)加入有機硅消泡劑和羧化物消泡劑對灌裝料表觀質(zhì)量狀態(tài)、含氣量等工作性能的影響進行對比，發(fā)現(xiàn)兩者有破泡及抑泡的效果，但有機硅消泡劑能更好得使基材表面張力快速降低，很少的用量下就能破壞氣泡的穩(wěn)定性，使其持續(xù)快速破裂。水溶性消泡劑在聚羧酸類減水劑中具有良好的溶解性，不易分層，具有良好的相容性。在水泥漿中加入水溶性消泡劑和聚羧酸減水劑，水泥漿的初始流動性和流動性損失也可用于評價消泡劑和聚羧酸減水劑的兼容性。與聚羧酸類減水劑具有良好相容性的水溶性消泡劑應(yīng)該對水泥漿料的初始流動性和流動性損失影響很小。2015年王寧[7]

等人通過消泡劑對新拌砂漿性能的影響研究發(fā)現(xiàn)，在標(biāo)準(zhǔn)砂漿中添加消泡劑時，參比砂漿的含氣量大大降低，當(dāng)砂漿處于高流體狀態(tài)時，消泡劑含量增加，砂漿的流動性逐漸增加，氣體含量逐漸減少，并且氣體最終減少。4消泡劑對混凝土力學(xué)性能的影響消泡劑對混凝土力學(xué)性能的影響主要有兩個方面：首先，混凝土在攪拌過程中只加入聚羧酸減水劑時，使得體系粘度較大，攪拌施工較為困難；其次，沒有加消泡劑時，混凝土基材表面以及內(nèi)部的孔洞結(jié)構(gòu)大大地影響了材料的力學(xué)性能。通過測量混凝土的坍落度度以及坍落度損失和抗壓強度來進行對比，從而評估消泡劑對混凝土性能的影響。消泡劑的加入可以顯著降低混凝土的含氣量，對混凝土坍落度以及一段時間過后的坍落度損失影響不大，混凝土的強度顯著增加；消泡劑的引入能快速降低聚羧酸減水劑的含氣量，也能快速破除混凝土攪拌過程中產(chǎn)生的氣泡。消泡劑與水和外加劑在混凝土中一段時間后容易分離，需要連續(xù)地對混凝土進行攪拌以保證混凝土與水、外加劑的緊密結(jié)合。除此之外，消泡劑在堿性過高時使得混凝土力學(xué)性能降低。2015年謝洪陽[8]

等人通過消泡劑引氣劑對聚羧酸系減水劑混凝土的影響的研究發(fā)現(xiàn)，消泡劑含量恰當(dāng)時，能夠有效減少聚羧酸系減水劑帶來的大氣泡，并使氣泡穩(wěn)定。5消泡劑在混凝土外加劑行業(yè)的發(fā)展趨勢消泡劑經(jīng)歷了四次更新?lián)Q代，由最初以C-C鍵為主鏈結(jié)構(gòu)的礦物油類消泡劑發(fā)展到聚醚改性有機硅消泡劑；由最初的消泡性能差、使用領(lǐng)域窄發(fā)展成消泡性能良好、使用領(lǐng)域廣的消泡劑，這也印證了材料隨著時代的不斷發(fā)展而也相應(yīng)的發(fā)生著改變?，F(xiàn)如今，消泡劑在混凝土行業(yè)發(fā)展趨勢主要有如下幾點：高水溶性，消泡劑主要是與聚羧酸減水劑通過復(fù)配均勻分散在水中而進行應(yīng)用，水溶性較高的消泡劑能與聚羧酸減水劑復(fù)配成不同濃度的外加劑而應(yīng)用于不同的工程項目；經(jīng)