引氣劑對高抗滲混凝土力學性能的影響

王 剛 郭 劍 徐守明 唐 雨 李晉源

(1. 攀枝花學院，攀枝花 617000； 2. 米易縣質安站，攀枝花 617000； 3. 中國華西工程設計建設有限公司，成都 610031)

1 引 言

隨著土木與建筑工業的快速發展，混凝土的應用范圍不斷擴大，對混凝土提出了越來越高的要求。例如在修補結構中，除了要求混凝土結構滿足安全與耐久性外，還要求混凝土具備高抗滲水性、高防碳化性能和高流動性等特點[1 ]。其中，抗滲主要就是防止滲漏?？節B與一般混凝土主要區別就在于抗滲混凝土里面要添加一種膨脹劑?？節B混凝土一般添加HEA、UEA、AEA等膨脹劑或有機硅等抗滲。在新混凝土的配制過程中，通常需要向混凝土中摻入減水劑、粉煤灰和引氣劑等材料，由于各種原料對混凝土的作用規律存在差異。國內外的科研工作者從20世紀60年代開始，就開展了相應的研究，并取得了一系列重要的成果[2]。本文主要在大量混凝土碳化及新老混凝土使用性能的研究基礎上，為了達到混凝土結構的高抗滲性能，通過制作小型混凝土試件的方法，研究了引氣劑含量與其他摻合料同時存在的作用下，引氣劑對混凝土試件的作用規律，既是提高和改善混凝土性能的需要，也可以充分掌握引氣劑對混凝土構件性能的影響，為合理利用引氣劑含量，提高混凝土的使用性能提供必要的參考。

2 試驗材料與方法

2.1 試驗材料

試驗用水泥為河南三星水泥工業有限公司的粉煤灰(30%)硅酸鹽水泥，強度為C30，試驗用砂細度為2.7，試驗用石子大小在4～16 mm之間，粉煤灰河南松川礦山機械有限公司生產的一級粉煤灰，細度為5.2%，需水量比為93%，減水劑為江西百好新型建筑材料有限公司生產的聚羧酸減水劑，減水率在20%左右；引氣劑為河北凝盛建材科技有限公司生產的NS-3型引氣劑，引氣劑各指標均達到GB 8076—1997標準[3]。

2.2 試驗方案

為了對比分析在添加有各種摻合料情況下，引氣劑含量對混凝土坍塌度、滲透性能和防碳化性能的影響，從而得到引氣劑對混凝土性能的作用規律，本文采用了如表1所示的Ⅰ、Ⅱ兩種設計方案，Ⅰ-1—Ⅰ-4系列為添加不同引氣劑的試件，Ⅱ-1—Ⅱ-4系列為對應的添加粉煤灰和不同引氣劑含量的系列，其他參數基本一致。

表1混凝土的配料

Table1Concretemixturekg/m3

2.3 試件制作

按照DB/T 50080《普通混凝土拌合物性試驗方法》和《普通混凝土力學性能試驗方法》(GB/T 50081—2002)[4]中混凝土試件的成型與養護方法的有關規定[3, 4]，制作了尺寸為100 mm×100 mm×100 mm的試件162個。研究了混凝土試件7 d、28 d、60 d和90 d的抗壓強度與劈拉強度，并對7 d與28 d的碳化深度，以及60 d的滲透深度進行了測試。

2.4 測試方法

采用坍落度法測定混凝土拌合物的坍落度，在YES-3000萬能壓力機上進行混凝土的抗壓試驗，采用WE-300型萬能壓力機進行了劈拉強度的測試，滲透性試驗是在LSK-Q59微機控制高精度抗滲儀上進行。碳化深度的測試則采用快速碳化法，在CCB-70型混凝土碳化試驗箱中進行，用以測量碳化深度，測試過程中保持箱內CO2濃度為20%左右，相對濕度為70%左右，溫度控制在20 ℃。碳化深度的檢測采用酚酞檢測方法，利用酚酞遇堿變紅的特點，在試件斷裂面上噴上 1%的酚酞乙醇溶液，經30 s 后，測出兩側面的碳化深度，碳化深度的測試精確至1 mm。

3 結果與分析

3.1 混凝土含氣量的影響

圖1所示為所添加的NS-3型引氣劑含量對試驗混凝土含氣量的影響變化曲線。從圖中可以看出，隨著引氣劑含量從0%增加至0.02%過程中，Ⅰ-1—Ⅰ-4和Ⅱ-1—Ⅱ-4系列構件中混凝土的含氣量逐漸上升；且從圖中可以看出，在相同的引氣劑含量下，Ⅰ系列混凝土的含氣量都比Ⅱ系列混凝土含氣量略高或者基本持平，由此可以看出，混凝土中粉煤灰對混凝土中含氣量有一定的影響。當引氣劑含量在0%～0.02%范圍內，混凝土含氣量從1.5%上升至5.2%，引氣劑的含量的增加使混凝土含氣量逐漸增加。這是因為當摻入引氣劑后，在混凝土的攪拌過程中可以形成大量彌散分布的微小氣泡，從而使得混凝土含氣量增加。

3.2 混凝土坍落度的影響

圖2所示為引氣劑含量對混凝土坍落度的影響。從圖中可以看出，隨著引氣劑含量從0%增加至0.02%的過程中，Ⅰ系列和Ⅱ系列混凝土的坍落度逐漸增加，且Ⅰ系列混凝土的坍落度在同一引氣劑含量下都小于Ⅱ系列混凝土的坍落度，尤其當引氣劑含量較少時(0%～0.01%)。當引氣劑含量在0%～0.02%范圍內，Ⅱ系列混凝土的坍落度從180 mm上升至220 mm，而Ⅰ系列混凝土的坍落度則從60 mm上升至200 mm。摻入引氣劑可以使得混凝土中產生滾珠效應從而使得填充料與膠凝材料之間的空隙增加，這樣在攪拌過程中混凝土的流動性可以得到改善，從而增加了坍落度[5]。Ⅱ系列混凝土的坍落度大于Ⅰ系列混凝土的坍落度，可認為是由于摻入了粉煤灰造成的。此外，在引氣劑含量為0.015%時候，Ⅰ系列混凝土的坍落度迅速增加至接近Ⅱ系列混凝土的坍落度的水平，這可能是由于此時混凝土中的微氣泡數量已經較好地填充了骨料與膠凝材料孔隙，混凝土拌合物的流動性達到一個較為理想的水平。

圖1 引氣劑含量對混凝土含氣量的影響Fig.1 The effect of air-entraining agent content on concrete gas-containing

圖2 引氣劑含量對混凝土坍落度的影響Fig.2 The effect of air-entraining agent content on concrete slump

3.3 混凝土強度的影響

圖3與圖4所示分別列出了Ⅰ系列混凝土構件中引氣劑含量對混凝土試件7 d、28 d、60 d和90 d的抗壓強度與劈拉強度的影響的變化曲線。從圖中可以看出，隨著引氣劑含量的增加，在不同的養護時間下，引氣劑含量對混凝土抗壓強度與劈拉強度的影響的變化趨勢保持一致。當引氣劑含量為0.01%時，混凝土的抗壓強度與劈拉強度都有一定程度的增加；繼續增加引氣劑含量至0.015%以上時，混凝土的抗壓強度與劈拉強度逐漸降低。在同一引氣劑含量下，隨著養護時間的增加，混凝土的抗壓強度與劈拉強度呈現出梯度上升的趨勢。當引氣劑含量適當增加時，由于引氣作用減小了沉降和泌水現象，使得混凝土抗壓強度和劈拉強度略有增加；隨著摻入引氣劑含量的增加，會使得混凝土內部的孔隙數量增加、密實性降低[6]，從而導致混凝土的強度下降。

圖3 引氣劑含量對混凝土抗壓強度的影響Fig.3 The effect of air-entraining agent content on concrete compressive strength

圖4 引氣劑含量對混凝土劈拉強度的影響Fig.4 The effect of air-entraining agent content on concrete split tensile strength

3.4 混凝土滲透深度與碳化深度的影響

圖5所示為引氣劑含量對混凝土滲透深度的影響曲線。從圖5中可以看出，隨著引氣劑含量的增加，Ⅰ系列和Ⅱ系列混凝土的滲透深度先降低而后增加，且Ⅱ系列混凝土的滲透深度都大于Ⅰ系列。在引氣劑含量較低時，引氣劑的摻入可以產生大量的微小氣泡來截斷毛細孔結構，增加孔隙的曲折度，從而起到抑制滲水的作用；當引氣劑含量增加到0.015%后，由于混凝土中大量氣泡的存在，逐步形成了滲水通道，混凝土的滲透深度又開始增加。因此，在實際摻入引氣劑過程中，引氣劑的含量需通過一定的試驗來確定。同時，由Ⅱ系列和Ⅰ系列的滲透深度的對比試驗中還可以發現，摻雜有粉煤灰的Ⅱ系列混凝土的滲透深度較大，表明粉煤灰具有增大混凝土滲透深度的作用。

圖5 引氣劑含量對混凝土滲透深度的影響Fig.5 The effect of air-entraining agent content on concrete penetrating depth

圖6 引氣劑含量對混凝土碳化深度的影響Fig.6 The effect of air-entraining agent content on concrete carbonation depth

圖6所示為混凝土養護7 d和28 d后引氣劑含量對混凝土碳化深度的影響。從圖中可以看出，隨著引氣劑含量在增加，混凝土的碳化深度也逐漸增加，也就是說隨著引氣劑含量的增加，混凝土的防碳化能力逐漸降低。在同一引氣劑含量下，28 d的碳化深度明顯高于7 d的碳化深度，也就是說混凝土的碳化深度隨著養護時間的增加而增加。這是因為隨著引氣劑含量的增加，混凝土攪拌過程中的氣泡增多，加劇了酸性氣體向混凝土擴散的速度，從而使得碳化速度增加，且養護時間越長，碳化程度越高。

4 結 論

(1) 隨著引氣劑含量的增加，混凝土的含氣量逐漸上升；在相同的引氣劑含量下，Ⅰ系列混凝土的含氣量都比Ⅱ系列混凝土含氣量略高或者基本持平。

(2) 隨著引氣劑含量從0%增加至0.02%過程中，Ⅰ系列和Ⅱ系列混凝土的坍落度逐漸增加，且Ⅱ系列混凝土的坍落度在同一引氣劑含量下都小于Ⅰ系列混凝土的坍落度。

(3) 隨著引氣劑含量的增加，混凝土的抗壓強度與劈拉強度先增加而后降低。在同一引氣劑含量下，隨著養護時間的增加，混凝土的抗壓強度與劈拉強度呈現出梯度上升的趨勢。

(4) 在引氣劑含量較低時，引氣劑的摻入可以產生大量的微小氣泡來截斷毛細孔結構，增加孔隙的曲折度，從而起到抑制滲水的作用；隨著引氣劑含量的增加，混凝土的碳化深度也逐漸增加。

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