在混凝土/模板界面上的强塑剂和脱模剂的相互作用外文翻译资料

 2022-07-25 09:07

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在混凝土/模板界面上的强塑剂和脱模剂的相互作用

摘要：提高对新鲜混凝土的流变和摩擦学特性的认识有利于施工现场和工程的最终质量的进步。本研究的目的是为了确定基于新鲜混凝土上的聚羧酸醚型强塑剂在混凝土/模板和混凝土/油/模板的界面上的摩擦行为。新鲜混凝土上的摩擦测试是通过一个示意图或摩擦示意图来进行的。为了研究靠近模板的强塑剂的行为，我们用30%的膏体和不同剂量的增塑剂配成了三种混凝土。结果显示强塑剂剂量的增加减少了摩擦应力。强塑剂的属性生成了混凝土颗粒的反絮凝作用，并使模板附近的皂油分子团保持稳定。因此，强塑剂的效率取决于矿的数量、碱的数量和脱模剂的配方。

关键词：摩擦学；混凝土/模板界面；混凝土/油/模板界面；强塑剂；脱模剂；物理化学

  1. 介绍

新混凝土必须同时满足强度和可使用性的要求。这些特性显现出不可调和性：如果不加强塑剂，通过减少混合物中水的数量是可以实现强度的增加的，但是对流动性有所损害，而可使用性只能通过提高混合水的数量来增加，因此减少了材料最终的强度。【1】强塑剂的使用确保放置在模板上的混凝土具有足够的流动性。然而，很少有人研究增塑剂与脱模剂之间的相互作用，脱模剂是为了确保铸件表面无瑕疵及模板能无尘无障碍的移除。但如果这些油是不正确地使用，或与混凝土的某些成分是不相容的，可能会导致很多问题，比如染色和凹痕，甚至导致混凝土有孔隙。

目前，矿物油是最广泛使用的。但是这些产品的生物可降解性较低，易使用户不适。为了解决这些问题，植物配方已经被发明出来。

这些脱模剂在化学上不同于组成矿物油的碳氢化合物，后者在本质上有一个物理的行为方式。他们依附于模板，具有疏水性，新鲜混凝土不接触模板墙面。然而植物脱模剂有一种还没有被广泛描述的物理化学性行为。在现存的强塑剂中，这些产品需要新的功能性属性和他们特定的行为模式。因此我们进行了一项研究来解释发生在混凝土/油表面的机械装置。

机制强调使用一种摩擦学的方法。本文的主要目的是研究在矿物或植物脱模剂的存在下，高效增塑剂对摩擦应力的影响。摩擦测试是在不同剂量的高效增塑剂存在的一种或两种混凝土上使用平面/平面摩擦计。

  1. 实验方法平面/平面摩擦计

设备的原理设计灵感来自于应用于土力学中的剪切装置图一。特别的是，它可以创造混凝土、脱模剂和模板之间的滑动接触【2、3】。两个装满混凝土的直径120mm的气缸被放置在金属板的两侧，样品架都配备了一个垫片系统来防止水出口。金属板是在用一个耦合了螺钉的电机在运动过程中设置的，板长800mm,混凝土是通过千斤顶来向金属板施压的，摩擦力或切向应力的计算方程如下：

Fpar 是金属板的水密系统上产生的摩擦力的合力，混凝土和金属板之间的接触面积按样品架的直径进行计算。在我们的例子中，这个面积Sc等于113.1平方厘米。实验条件如下：

被模板墙面切下的金属板，其粗糙度是Ra=1micro;m（Ra是板粗糙面的最高点与最低点间的平均距离），Rt=7micro;m（Rt是粗糙面的最大峰谷高度）；

板的滑动速度为1.67m/h，它对应于混凝土的浇筑速度；

正常压力为30,50,70和90kPa，它对应于1.2,2,2.8，和3.6米高的模板上的混凝土的外侧压力。

  1. 材料特性

3.1混凝土

两种混凝土（B30A1和B30A2）是由一种普通的混凝土（B30）混合不同剂量的强塑剂来配成的。为了保持这三种混凝土具有一样的工作性质，水/（水泥和填料）的配比要去适应满足和S3（一种根据EN206-1得来的特有塑料）的一致性。每一次混合之后要进行坍落实验，混凝土的组成由表一给出。

用在所有混合物中的胶结材料是由一种布莱恩细度为410m2/kg，密度为3100Kg/m3的CEMI52.5 CP2的硅酸盐水泥和含高炉矿渣的泥土组成的。

用于制造混凝土的集料直径可以达到12.5mm,细颗粒都是直径小于80micro;m的沙子，水泥和填料。使用的外加剂（GLENIUM 27）是一种新化学合成的高幅度外加减水剂，这种外加剂是多羧酸的酯聚合物改进而成的。

在我们的例子中，法国的标准 NF P 18-404（以混凝土-设计命名，具有通用型和检验测试样品生产和保护性）被考虑到。混凝土是由干燥的材料混合而成，使用以下过程图2.

本标准不建议润湿混合器，这样可以防止无谓地消耗一些混凝土精细化学品，最好做一个初步的混凝土混合实验，然后放弃它。

  1. 2脱模剂

研究选用的这两种脱模剂在市场上是属于两个不同种类的，一种是石油化工原料（Hm），一种是植物原料(Hv)。

矿物油是一种现成的延迟性脱模剂，是淡黄色液体。它包括一个矿物质基础，另外还有酸化剂和防腐剂（后者在研究中不考虑）。这种由碳氢化合物组成的油生物可降解性低，因此会导致水体污染。

植物油也是一种现成的延迟性脱模剂，它是一种稻草黄色的液体。除了油的基础外，它还包含一种酸化剂和一种溶剂。所有的成分都是以植物为基础的生物友

好型和保护使用者型。表2列出了这些配方的属性。

模具表面的脱模剂的应用方法是很重要的，因为它决定了混凝土表面的质量。为了形成一个可持续的、均匀的薄膜，脱模剂必须应用到一个干净甚至是精致的表面。在工地现场，这种油通常是喷涂在模板墙上，或者先喷涂再用一个橡皮刮刀把它铺开去除掉多余的油然后留下一层单膜。对于我们的研究，为了防止油的剩余和保证良好的油分布，这两种脱模剂用一种生态喷雾型的喷雾器在离摩擦计盘20cm的地方喷涂。

根据他们的应用方法，油膜的厚度由称重来测量。我们的发现被用来与另一种更精确的测量方法比较，那种方法是基于alpha;辐射原理的一种分析技术【4】。研究结果表明这两种测量方法是一致的。

这种油以直径3厘米在圆形模具上喷涂。

油的密度和模板的表面积是已知的，所以油的厚度可能是由称量的标本重量来决定的。

在这里：S代表表面积，m2；rho;代表油的密度，kg/m3；m代表油膜的质量，kg；e代表膜的厚度，m ；测量的不确定性为plusmn;15micro;m，测量误差为5%。对于两种油，我们都获得了厚度为8micro;m的膜。

  1. 测试和结果

第一次测试进行的时候是没有加脱模剂的。

4.1混凝土/模板表面强塑剂剂量的影响

图三表明了摩擦应力与每一个混凝土接触压力的函数关系。这些测试强调了强塑剂剂量对混凝土的影响。

在我们的压力范围内，混凝土与金属表面的摩擦力遵循库仑定律。新鲜的混凝土，与其外表相反，并不是一个连续的介质。在摩擦力的作用过程中，混凝土的各种成分都有其特定的角色。

应用到混凝土中的压力转移到了颗粒相和由水泥、填料等粘合物构成的胶黏剂中。这种压力会导致部分的液相迁移，使直径小于80micro;m的细粉往界面迁移。一个包含了水和细粉的润滑边界层出现在界面。因为有了一个小体积的粘合物（30%），所以边界层的流动性取决于强塑剂的用量。这就是为什么摩擦应力随强塑剂的用量增加而减少的缘故。

混凝土中强塑剂的增加通过立体效应和静电排斥效应来使水泥颗粒分散。强塑剂的分子吸附在水泥颗粒的表面，给予负的静电荷。通过这种方式，水泥颗粒相互排斥并起到抗絮凝作用。图四

当我们增加强塑剂的

用量时，水泥颗粒的分散能力也增加。这种属性提高了混凝土的流动性，因此提高了他的蠕变率。强塑剂的存在可以通过释放被困水来减少内部颗粒的摩擦。

在混凝土/模板的界面，边界层因此不是那么分明。水泥和填料颗粒的流动性得到了促进，从而允许剪切的介质更容易的流动。这样就减小了混凝土/模板界面的摩擦应力。

4.2脱模剂的影响

图5-7显示了研究的两种油的摩擦应力与接触压力之间的函数关系。没有添加油的测试作为参考。

不管混凝土的成分，我们发现参考曲线和两种油的曲线趋势是一致的。

我们可以发现在油存在的情况下摩擦应力是减少的，特别是植物油，这证实了Libessart论文里的发现【6】。一个新的由水、细粉、油组成的边界层被创造出来，摩擦应力的趋势直接取决于靠近表面的粉质层的性质。

在矿物油的存在下，边界层和聚集物在油膜上滑动图八。在这种情况下，油膜的厚度是一个重要的参数【6、7】，油膜越厚，与板接触的聚集物就越少。

在植物油的存在下，酯分子对模板墙有很强的亲和力。此外，在酯层上叠加了一个双层界面的组成中形成的羧化物具有两性结构。这样的安排有助于减少摩擦应力【6、7】图九

肥皂是钙羧酸盐，准确的说是脂肪酸盐，它可以有两个来源：一种是植物油（或酯），它在基础介质中通过皂化反应变成羧酸盐；一种是作为酸化剂添加到配方当中的游离脂肪酸，它在基础介质中通过成盐反应转化为脂肪酸盐。在任何情况下，肥皂的数量取决于介质的PH值和酸的PKa值。根据公式：

例如，油酸，一种常见的酸化剂，他的PKa值是4.8。在有油的模板墙上的这些肥皂有一种很厚的质感。

通过作用，肥皂在减小摩擦上起着重要作用。在肥皂膜的界面上发生剪切，边界层在肥皂膜上发生滑动。图十

在矿物油为基础的脱模剂（Hm）中，肥皂很少产生，因为它仅仅来自于酸化剂。肥皂从油膜中分离出来且不参与润滑，然后边界层可以在油膜上滑动。在混凝土/Hm/模板上观察到的摩擦减少主要是因为矿物基础物质的疏水性，防止混凝土黏附在模板上面。这个物理效应是由膜的厚度控制的。

4.3混凝土的配方对脱模剂行为的影响

图11和图12显示了摩擦应力与两种油中强塑剂的含量的函数关系。无论脱模剂的性质是什么，当强塑剂用量增加的时候摩擦都是减小的。此外，以植物为基础的油总是有较小的摩擦应力。

我们研究的混凝土都有一个恒定的粘结体积和取决于强塑剂用量的水和粘结剂的比例。当比例减少时，对B30A1和B30A2这两种混凝土来说，相比较与普通的B30，粉质的数量都会从1.12%增加到1.22%。

提取的界面媒介显示强塑剂中的表面活性剂可以稳定有空隙的油皂乳液。乳液占据了边界层，增加了它的黏度，从而改善了乳液的润滑性能。

在添加了以植物为基础的油的脱模剂中，界面是由两个层面构成的：一是叠加在油膜上的肥皂膜；一是由皂油乳液组成的层面。这种构成在减少摩擦和减小模板墙的疏水性上被证明是非常有效的。

虽然在使用矿物油时强塑剂的作用效果不如使用植物油的时候，但是在使用矿物油的情况下强塑剂的作用也是同样重要的。强塑剂可以稳定不那么富含皂的有空隙的乳液，因此对矿物油作用的有特殊性质的模板墙有保护作用。

  1. 总结

这项研究强调在依靠脱模剂性质的情况下，强塑剂在边界层的作用。为此，我们研究了在混凝土浇筑过程中相对于形式面上的新鲜混凝土的摩擦行为。

在混凝土中强塑剂的存在通过是边界层有更多的流动来减小了混凝土/模板界面的摩擦应力。

在模板上的新鲜混凝土滑动后，强塑剂中的表面活性剂是油皂乳液稳定，从而导致了有间隙的介质变厚，这种乳白色乳液可以促进混凝土在油膜上的滑动，并维持屏障效应。

由于双层皂油结构的特点，以植物为基础的油对矿物油保持着一个优势。模板上的新鲜混凝土的摩擦也因此基本上下降的更多。

总的来说，在模板表面的附近，强塑剂作用在混凝土颗粒上，通过对混凝土颗粒进行反絮凝作用；强塑剂也作用于皂-油分子团，通过防止他们合并的方式。

因此，强塑剂的性能取决于粉质的数量和组成的肥皂的数量。这就是为什么，为了优化润滑性能，强塑剂的添加率必须由这两个参数决定。

参考文献

[1] C. Comparet，“硅酸盐水泥与强塑剂各种相互关联的阶段之间有一个具有代表性的模式”，勃艮第大学博士论文，勃艮第大学，2004.

[2] C. Djelal, Y. Vanhove and A. Magnin，“自密实混凝土的摩擦行为”，水泥与混凝土调查第34卷，第五期，2004,821-828页。

[3] Y. Vanhove, C. Djelal and A. Magnin ，“研究新鲜混凝土摩擦性的设备”水泥混凝土与集料第26卷，第二期，2004,35-41页。

[4]C. Djelal, Y. Vanhove, D. Chambellan and P. Brisset ，“脱模剂的应用方法对模具油的厚度的影响”材料与结构第43卷，第五期，687-698页。

[5] S. Bethmont ，“水泥的种族机制研究-颗

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