引氣劑對混凝土耐久性能影響的試驗研究

顏世濤，張琦，陸洋，謝慧東

（山東華森建材集團有限公司，山東 濟南 250101）

0 前言

混凝土結構是土木工程領域應用最為廣泛、最為常見的結構形式。眾所周知，鋼筋混凝土是一種耐久性能良好的建筑材料，然而，在使用荷載和環境等因素作用下，仍會出現材料老化、腐蝕，以及由此引起的結構性能劣化等問題[1-3]。在一般大氣環境條件下，混凝土碳化是鋼筋銹蝕的重要前提。鋼筋不斷地銹蝕促使混凝土保護層開裂，產生沿筋裂縫和剝落，進而導致粘結力減小、鋼筋受力面積減小、結構耐久性和承載力降低等一系列不良后果[4-5]。因此，進行混凝土抗凍和抗碳化研究，無論是對既有建筑物的耐久性評定、維修加固還是對建筑物的耐久性設計均有重要意義[6-7]。

本文主要研究引氣劑對混凝土耐久性能（抗凍性和抗碳化性等性能）的影響。

1 試驗材料與試驗儀器、試驗設計方案

1.1 試驗材料

采用濟南山水水泥有限公司的 P·O42.5 水泥；濟南鴻騰公司 S95 級礦渣；章丘電廠Ⅱ級粉煤灰；泰安某砂廠生產的河砂，細度模數 2.8，含泥量 1.3%；濟南某石料廠 5～25mm 連續級配碎石；山東華森外加劑廠聚羧酸減水劑；日本東邦引氣劑。膠凝材料的化學成分見表1 所示。

表 1 膠凝材料的化學成分分析 %

1.2 試驗儀器

混凝土攪拌機、混凝土振動臺、抗壓強度試件試模、抗凍性試件試模、萬能實驗壓力機、全自動抗凍儀，全自動碳化儀等等。

1.3 試驗設計方案

本文主要研究了引氣劑對混凝土耐久性（抗凍性和抗碳化性等性能）的影響。混凝土配合比及初始坍落度見表 2。

表 2 混凝土配合比及初始坍落度

2 試驗結果和分析

2.1 引氣劑摻量對混凝土抗凍性影響試驗

表 3 為引氣劑摻量對混凝土抗凍性能影響的試驗結果。

從表 3 中可知：無論是否摻礦物摻合料，當加入引氣劑后，其高性能混凝土的抗凍性都會大大提高，且摻量越多提高越明顯。比如當無礦物摻合料時，不加引氣劑（4#試樣），其混凝土抗凍融循環次數僅 150 次；而當加 0.02% 引氣劑（5#試樣），其混凝土抗凍融循環次數可達 300 次，且 300 次的相對動彈性模量在 80% 以上；當加 0.040% 引氣劑（6#試樣），其混凝土 300 次的相對動彈性模量仍在 90% 以上。當礦物摻合料復摻15% 時，不加引氣劑（1#試樣），其混凝土抗凍融循環次數僅 50 次；而當加 0.02% 引氣劑（2#試樣），其混凝土抗凍融循環次數可達 175 次；當加 0.04% 引氣劑（3#試樣），其混凝土抗凍融循環次數可達 275 次。

從表 3 中還可以看出：雖然引氣劑的加入使混凝土的抗凍性提高，但是當加 0.04% 引氣劑時（3#試樣），加礦物摻合料的混凝土的抗凍性達不到 300 次；若再繼續提高引氣劑的摻量，能提高其混凝土抗凍性能，但會影響其它性能（如抗碳化性能等）。

表 3 引氣劑摻量對混凝土抗凍性能影響的試驗結果

2.2 引氣劑摻量對混凝土抗碳化性影響試驗

（1）引氣劑摻量對混凝土碳化深度影響試驗結果

圖 1 是引氣劑摻量對混凝土碳化深度的影響。

圖 1 引氣劑摻量對混凝土碳化深度的影響

從圖 1 中可以看出：當摻入引氣劑后，混凝土碳化深度增大，隨著碳化時間延長其混凝土碳化深度增加越多；另外，引氣劑摻量越高，混凝土碳化深度越大。

主要因為是：當引氣劑加入混凝土時，將會引入部分大、小氣泡，增加混凝土內部的孔隙率，雖然這些孔隙可以改善混凝土內部結構，但它們為 CO2氣體的進入提供方便，為碳化反應提供環境條件；且碳化時間越長，CO2氣體的進入和碳化反應越容易進行。因此，引氣劑將會降低混凝土抗碳化能力。

（2）引氣劑摻量對混凝土碳化前后強度影響試驗結果和分析

圖 2 為引氣劑摻量對混凝土碳化或未碳化強度變化的影響。

圖 2 引氣劑摻量對混凝土碳化前后強度的影響

從圖 2 中可知：隨著引氣劑摻量的增加，混凝土未碳化的抗壓強度逐漸下降，隨著標準養護齡期的延長，混凝土未碳化的抗壓強度逐漸增大；當不加引氣劑時，混凝土碳化后抗壓強度高于相應未碳化抗壓強度，當加引氣劑時，混凝土碳化后 28d 抗壓強度卻低于相應未碳化抗壓強度，且摻量越高越明顯。

3 結論

（1）隨著引氣劑摻量的增加，混凝土抗凍性能逐漸提高，且引氣劑摻量越高其抗凍性提高越明顯。

（2）隨著引氣劑摻量的增加，混凝土抗碳化性逐漸降低，說明引氣劑的加入將降低混凝土抗碳化性能。