含氣量對混凝土性能的影響

趙長江，王松亮，劉先國

（1. 江蘇名和集團有限公司，江蘇 鎮江 212003；2. 徐州中聯混凝土有限公司，江蘇 徐州 221100）

0 前言

我國北方地區冬季比較寒冷，容易結冰，混凝土受凍融循環破壞嚴重[1]，因此對混凝土的抗凍性能要求較高。研究表明，含氣量是影響混凝土抗凍性的重要因素[2]，混凝土生產企業通常采用摻加引氣劑的方法提高混凝土的含氣量。引氣劑能在混凝土中引入大量微小均勻的氣泡，為混凝土中水的相變產生的凍脹壓力提供緩沖，從而提高混凝土的抗凍性能。

混凝土的含氣量受到引氣劑品種與摻量、原材料品種與用量、生產工藝、施工方式等多種因素的影響[3]，其大小不僅影響混凝土抗凍性，對混凝土和易性、強度、抗滲等性能也有明顯影響[4]。相比抗凍混凝土，普通混凝土的含氣量較低，但其對混凝土性能的影響也不可忽視。本文擬通過摻加引氣劑與消泡劑調整混凝土的含氣量，研究含氣量對混凝土性能的影響。

1 原材料

（1）水泥：淮海中聯 P·O42.5 水泥，標準稠度用水量 28.4%，28d 抗壓強度 50.5MPa。

（2）粉煤灰：國華 Ⅰ 級灰，45μm 方孔篩篩余6.1%，28d 活性指數 76%。

（3）礦粉：徐鋼 S95 級礦粉，流動度比 100%，28d 活性指數 99%。

（4）天然河砂：Ⅱ 區中砂，含泥量 1.2%，細度模數 2.5。

（5）碎石：公稱粒徑 5～20mm 碎石，含泥量0.5%。

（6）水：市政自來水。

（7）外加劑：蘇博特 PCA-1 高效減水劑，減水率18.6%。

（8）引氣劑：蘇博特 GYQ?-Ⅰ 引氣劑。

（9）消泡劑：蘇博特 PXP-Ⅰ 混凝土消泡劑。

2 試驗方法

以強度等級 C35 的普通混凝土配合比為理論配合比，具體配合比見表 1。根據理論配合比配制混凝土，通過摻入引氣劑與消泡劑來控制混凝土的含氣量，檢測不同含氣量混凝土的性能。

表1 試驗用 C35 理論配合比

混凝土性能檢測參照 GB/T 50080—2016《普通混凝土拌合物性能試驗方法標準》、GB/T 50081—2002《普通混凝土力學性能試驗方法標準》及 GB/T 50082—2009《普通混凝土長期性能和耐久性能試驗方法標準》的相關規定執行。

3 試驗結果及討論

3.1 含氣量對混凝土工作性能的影響

以 C35 理論配合比為基準配合比，摻入消泡劑或引氣劑配制混凝土，改變消泡劑或引氣劑用量以調整混凝土含氣量。檢測混凝土拌合物的工作性能，檢測結果如表 2 所示。

由表 2 和圖 1 可以看出，隨著混凝土含氣量的增加，混凝土拌合物的坍落度明顯提高，且 1h 坍落度損失下降；但含氣量過高時，混凝土拌合物的坍落度有所下降，且 1h 坍落度損失增加。一般來說，混凝土中膠凝材料體系的顆粒級配與最佳狀態有所差別[5]，而引氣劑引入的微小氣泡能改善膠凝材料體系顆粒級配，減少顆粒空隙中的填充水；同時引入的氣泡能在水泥漿體中起到潤滑作用，提高混凝土流動性[4]。但含氣量過高時，過量的微小氣泡會合并為大氣泡，使得上述作用削弱，且大氣泡更容易逃逸，進而導致混凝土坍落度損失加大。

表2 不同含氣量混凝土工作性能檢測結果

圖1 不同含氣量混凝土坍落度變化

3.2 含氣量對混凝土力學性能的影響

以上述所配制混凝土制作混凝土強度標準試塊，檢測硬化混凝土抗壓強度，試驗結果如表 3 所示。

表3 不同含氣量混凝土力學性能檢測結果

圖2 不同含氣量混凝土抗壓強度變化

結果表明：當含氣量較低時，混凝土的抗壓強度變化很小；當含氣量過高時，混凝土的抗壓強度隨著含氣量的增加而迅速下降。混凝土配合比相同時，氣泡量的增加將降低混凝土的密實度，進而導致混凝土抗壓強度降低[6]；而混凝土含氣量較低時，引氣劑引入的微小氣泡能阻斷混凝土中的毛細孔通道，分散混凝土內部應力[7]，兩種作用相互抵消，混凝土抗壓強度變化不大。混凝土含氣量過高時，微小氣泡合并為大氣泡，使混凝土內毛細孔通道相互連通，導致混凝土抗壓強度大幅下降。

3.3 含氣量對混凝土耐久性能的影響

混凝土耐久性能是影響混凝土質量的關鍵因素之一，關系著混凝土的安全性和使用壽命。抗滲等級、抗凍等級、碳化深度、電通量是混凝土耐久性的重要指標，分別檢測混凝土的相關耐久性能，檢測結果如表 4所示。

表4 不同含氣量混凝土耐久性能檢測結果

圖3 含氣量與電通量的關系曲線

圖4 含氣量與碳化深度的關系曲線

圖5 含氣量與凍融循環次數的關系曲線

結果表明：隨著含氣量的提高，混凝土的電通量與碳化深度增加，凍融循環次數則先增加后降低。混凝土含氣量的提高使得硬化混凝土的密實度降低，空氣中的CO2和混凝土內的氯離子在混凝土中的移動能力增加，導致混凝土抗碳化和抗氯離子滲透性能降低；微小氣泡的引入能緩解水的相變產生的壓力，提高混凝土的抗凍能力，但過量的氣泡會導致混凝土抗凍融性能的降低。

4 結論

（1）混凝土中引入適量的微小氣泡可以改善膠凝材料體系顆粒級配，并起到潤滑作用，從而提高混凝土工作性能；但過量氣泡會導致混凝土工作性能降低。

（2）混凝土含氣量較低時，混凝土力學性能變化不大；但過高的含氣量將導致混凝土力學性能大幅下降。

（3）含氣量的提高會導致混凝土抗滲、抗碳化、抗氯離子滲透性能降低；混凝土抗凍融性能隨著含氣量的提高先提高后降低。