引氣劑不同摻量對混凝土性能影響的研究*

蔣麗燕

（浙江建設職業技術學院建筑工程系，浙江 杭州 311231）

眾所周知，混凝土是我國用量最大的建筑材料，目前我國混凝土的年使用量已超過 20 億立方米。其廣泛應用于工業和民用建筑、水工建筑和城市建筑等。隨著“一帶一路”戰略的提出，南海島礁工程、渤海灣通道、港珠澳大橋、蘭新高鐵、川藏鐵路、青藏公路等一大批重大基礎工程正在我國海洋和西部嚴酷環境區域建設或規劃中，上述這些地區晝夜溫差較大，混凝土在水分傳輸進去之后很容易因水結冰產生膨脹應力最終導致膨脹破壞[1-2]。因此，如何防止混凝土因水分的進入而導致破壞已經成為研究者們研究的熱點，比如降低水灰比，加入引氣劑都是較好的方法[3]。加入引氣劑后混凝土中會引入大量的均勻分布的微小封閉氣孔，在低溫條件下，隨著水分的進入，這些水分轉化成冰，對混凝土產生的膨脹應力有一定的緩沖與消減作用，從而能夠大幅度提高混凝土的抗凍性能[4-5]。目前，關于摻加引氣劑最佳摻量沒有統一定論，在實際工程中應根據工程不同部位來確定其最佳摻量。本文系統研究了不同引氣劑摻量對混凝土的抗壓強度、抗碳化性以及抗凍性的影響，為工程的實際應用提供了一定的理論指導。

1 試驗

1.1 試驗原材料

水泥采用某廠生產的 P·Ⅱ52.5 級水泥；粗集料為石灰巖碎石，并且采用連續級配且粒徑范圍是10～20mm；細集料為河砂且為中砂，細度模數為2.65。引氣劑的主要成分為十二烷基硫酸鈉，陰離子型表面活性劑，其氣泡穩定性為 91.5%，表面張力為35.3×10-5N/cm。水泥主要化學成份見表1。

表1 水泥的化學組成 %

1.2 試驗方案

根據前期大量探索試驗探究，設計研究了不同引氣劑摻量對混凝土的含氣量和抗壓強度的影響，并通過加速碳化試驗研究了不同引氣劑摻量的抗碳化性能，通過凍融循環試驗研究了引氣劑摻量對混凝土的抗凍性影響。詳細的試驗配比如表2 所示。

表2 混凝土配合比kg/m3

按照配合比要求稱取各原料，采用強制式單臥軸混凝土攪拌機干混 2 分鐘后加水，再次攪拌 180s，采用振動成型，試樣尺寸為 100mm×100mm×100mm（用于抗壓強度測試試驗）和 100mm×100mm×400mm（用于加速碳化試驗和抗凍性試驗）的混凝土試塊，試樣脫模成型后先在 (20±3)℃、相對濕度 95% 以上的標準養護室養護至不同齡期后，進行測強和加速碳化試驗以及抗凍性試驗。

1.3 試驗方法

1.3.1 抗壓強度

按 GB/T 50081—2002《普通混凝土力學性能試驗方法標準》進行，分別測量按上述配合比成型制備的混凝土在設計齡期的抗壓強度。

1.3.2 加速碳化試驗

按照 GB/T 50082—2009《普通混凝土長期性能和耐久性能試驗方法標準》進行。

1.3.3 抗凍性試驗

按照 GB/T 50082—2009《普通混凝土長期性能和耐久性能試驗方法標準》進行。

1.3.4 微觀試驗

引氣劑的摻加對混凝土的孔結構影響非常大，因此研究引氣劑的摻量變化對混凝土孔結構的變化具有重要意義。本研究采用汞壓法對混凝土孔結構進行檢測。

2 結果與討論

2.1 引氣劑摻量對新拌混凝土的含氣量的影響

表3 和圖1 表示不同引氣劑摻量對新拌混凝土的含氣量的影響。摻加不同引氣劑摻量后，在新拌混凝土5min 后對其進行含氣量的測定。

表3 混凝土含氣量檢測結果

圖1 引氣劑摻量與新拌混凝土的含氣量的關系

從圖表中能夠看出隨著引氣劑摻量的增加，混凝土中含氣量在增加，且增加幅度在增大

2.2 引氣劑摻量對混凝土的抗壓強度的影響

表4 和圖2 表示不同引氣劑摻量對混凝土的抗壓強度的影響。

表4 混凝土強度檢測結果

圖2 引氣劑含量對混凝土抗壓強度的影響

從圖中能夠看出同一齡期下隨著引氣劑摻量的增加呈現先增大后減小的趨勢，當摻加 2‰ 引氣劑的時候其抗壓強度最大，超過 2‰ 引氣劑摻量混凝土的抗壓強度會降低。究其原因，一方面由于引氣劑的“滾珠效應”，引氣劑的摻加引入了氣泡能增加混凝土的流動性，增大混凝土之間的密實程度，從而導致混凝土強度的增加，這體現為引氣劑的正作用；另一方便，由于引氣劑的摻加，導致產生了大量的氣泡，混凝土中存在大量的氣泡，導致混凝土中孔隙率增大，而混凝土的抗壓強度又與其孔結構密切相關，最終導致混凝土的抗壓強度降低，這體現為引氣劑的負效應。混凝土的抗壓強度最終由這兩方面原因決定，因此在摻加 2‰ 引氣劑之前，混凝土的抗壓強度隨著引氣劑的增加而增大，在摻加 2‰ 引氣劑之后，混凝土的抗壓強度隨著引氣劑摻量的增加而降低。

2.3 引氣劑摻量對混凝土的抗碳化性能的影響

表5 和圖3 表示不同引氣劑摻量對混凝土的抗碳化性能的影響。

表5 混凝土碳化深度檢測結果 mm

圖3 引氣劑摻量對混凝土的抗碳化性能的影響

從圖表中能夠看出，隨著摻加 2‰ 引氣劑的混凝土抗碳化性能最好，不摻加引氣劑摻量的混凝土抗碳化能力次之，且隨著引氣劑摻量的增加，混凝土的抗碳化能力減弱。這是因為摻加 2‰ 引氣劑摻量的混凝土其抗壓強度最大、結構最密實，故其抗碳化能力最強，隨著引氣劑摻量的增加，混凝土的抗壓強度降低，混凝土中含有大量的氣泡導致二氧化碳能夠快速的進入混凝土內部，降低混凝土的抗碳化能力。

2.4 引氣劑摻量對混凝土的抗凍性能的影響

表6 和圖4 表示不同引氣劑摻量對混凝土的抗凍性能的影響。從表圖中能夠看出，摻加 5‰ 引氣劑摻量對混凝土的抗凍性極其不利，在凍融循環 180 次，其質量損失已經達到了 1.4%；摻加 2‰ 引氣劑摻量對混凝土抗凍性最好，摻加 1‰ 引氣劑摻量對混凝土的抗凍性次之，且隨著引氣劑摻量的增加，混凝土的抗凍性能減弱。這是因為摻加較多的引氣劑導致大量的氣泡存在混凝土內部，導致混凝土內部較為疏松，大量的水分能夠較快的進入到混凝土內部，最終加速了混凝土的破壞。

表6 混凝土的質量損失率檢測結果 %

圖4 不同引氣劑摻量對混凝土的抗凍性能的影響

3 不同摻量引氣劑對混凝土孔結構的影響

圖5 表示不同引氣劑摻量對混凝土孔結構的影響，從圖中能夠看出，摻加 2‰ 引氣劑摻量的混凝土孔隙率最小，摻加 5‰ 引氣劑摻量的混凝土孔隙率最大；摻加2‰ 引氣劑摻量的混凝土的最可幾孔隙最小，摻加 5‰引氣劑摻量的混凝土最可幾孔隙最大，且摻加 5‰ 引氣劑摻量的混凝土大于 300A 的孔明顯增多。這也解釋了為什么摻加 2‰ 引氣劑摻量能提高混凝土的抗壓強度、抗碳化性能以及抗凍性。

圖5 不同引氣劑摻量對混凝土孔結構的影響

4 結論

（1）隨著引氣劑摻量的增加，混凝土含氣量增大，且增加幅度變大。

（2）摻加 2‰ 引氣劑摻量能提高混凝土的抗壓強度、抗碳化性能以及抗凍性，是最優摻量，大于 2‰，隨著摻量的增加，混凝土的抗凍性降低。

[1]王修田，錢春秀，游有鯤，等．含氣量對混凝土抗凍性能與抗滲性能的影響[J]．混凝土與水泥制品，2014．

[2]楊錢榮，黃士元．引氣混凝土的特性研究[J]．混凝土，2008(5): 3-7．

[3]張德思，成秀珍．硬化混凝土氣孔參數的研究[J]．西北工業大學學報，2002，20(1): 10-13．

[4]王慶石，王起才，張凱，等．不同含氣量混凝土的孔結構及抗凍性分析[J]．硅酸鹽通報，2015. 1．

[5]杭美艷，李響．不同引氣劑對混凝土性能的影響[J].江西建材，2015(12): 180-184．