不同类型的引气剂对掺粉煤灰混凝土性能的影响

李洪涛，丁继英，王家丰，宋永良

（浙江五龙化工股份有限公司，浙江 313201）

粉煤灰的特点在于其粒子呈现球形，它能改善混凝土的工作性并且通过火山灰反应提高长期强度,能够降低水泥掺量从而减少因水化反应产生的热量等实用价值。而另一方面，其缺点在于粉煤灰含有未燃烧的碳粒对引气剂有很强的吸附作用，从而造成在引气剂使用过程当中掺量增加或含气量经时损失的增大[1]。

近年来随着各种高强度以及高流动性混凝土不断得到研究开发，在混凝土中掺入一定量的粉煤灰作为胶凝材料代替部分水泥越来越普遍。正是这种发展使得外加剂也在不断的改进和研发出性能更好、适应性更为广泛的外加剂以满足市场的需要。特别是近年来，为改善坍落度的经时损失和混凝土的耐久性等，以聚羧酸为主要成分的减水剂逐渐成为引气减水剂、高效引气减水剂的主流。大家知道聚羧酸系的减水剂对改善混凝土的工作性以及耐久性有着突出的表现，同时聚羧酸减水剂不像萘系减水剂在温度较低的情况下施工需增加减水剂的掺量，聚羧酸的掺量变化受温度影响较小。但是聚羧酸与萘系减水剂相比引气量较高，在有些情况下还会造成引气量的经时增加，因此调整含气量的技术就越发显得重要。

1 原材料

水泥：铜陵海螺P.O42.5水泥；

粉煤灰：太仓捷杰，具体规格如表1所示；

表1 粉煤灰规格

砂：赣江砂，细度模数为2.7;

石子：新开元石子;

所选的四种不同类别的引气剂分别为：

（1）松香酸及其盐中的一种，在文中的编号为AEA-1;

（2）高级脂肪醇硫酸盐中的一种，在文中的编号为AEA-2；

（3）高级烷基磺酸盐中的一种，在文中的编号为AEA-3;

（4）由几种不同类型的引气剂和一种或几种纤维素复合而成的一种新型复合引气剂，该引气剂在文中的编号为AEA-4。

2 试验

2.1 引气能力的比较

本节主要讨论几种不同种类引气剂的引气能力的比较，试验遵照GB8076-2008《混凝土外加剂》和GB/T50080中的相关规定。试验所用配合比如表2所示。

表2 含气量测定所用配合比 kg/m3

由于影响引气量的因素颇多，如引气剂的掺量、水泥品种和用量、掺合料品种和用量、集料、搅拌方式和时间、停放时间、环境温度、振捣方法和振捣时间等等[2]。为避免上述多种因素的影响，试验中我们除了引气剂品种改变外，其它条件固定不变，具体结果如下图1所示。

从图1显示的结果来看，四种不同类别的引气剂在该体系中的引气能力有着明显的差别，其中AEA-4在低掺量的情况下引气能力比较突出，而AEA-2则在大掺量的情况下含气量增加的比较明显。从上述情况来看，在现实的应用当中对引气剂的使用，我们可以在含气量不高的混凝土采用AEA-4这种复合型引气剂，而在大含气量的混凝土当中我们可以选择AEA-2这样的引气剂。

2.2 气泡稳定性方面的比较

对于一种引气剂品质的判定，除了引气能力之外，所引气泡的稳定性也是其品质好坏的一个重要指标。研究表明，气泡的稳定与静表面张力并非简单的关系，还取决一些其它的条件，包括气泡周围形成有一定机械强度和弹性的膜、要有适当的膜表面强度、适当的液相介质粘度、使泡膜不易流失、泡膜的动电电位提高等，对于混凝土这样的多项系统，情况就更复杂了。在本节中为了避免其它条件的干扰，试验采用统一配合比，试验采用同一材料。试验遵照GB8076-2008《混凝土外加剂》和GB/T50080中的相关规定。试验所用配合比如表3所示。

表3 气泡损失测定所用配合比 kg/m3

具体试验结果的对比如下图2所示

从图2的结果对比来看，AEA-4复合型引气剂的气泡损失较小，也就是说气泡相对较为稳定，而AEA-2引气剂引气能力虽然优于AEA-1、AEA-3两种引气剂，但在气泡的稳定性方面，AEA-2效果最差。

2.3 抗冻融方面

研究引气剂我们不得不考虑它对混凝土抗冻能力的改善，提高混凝土的抗冻性也是我们使用引气剂的目的之一。想必大家在实验中或工程使用当中也经常遇到过这样的情况，同样的强度等级、同样的配合比、同样的含气量大小，但是却有着不一样的抗冻能力。我们知道在混凝土的抗冻方面，除了含气量大小的影响之外，还有一个重要的因素就是混凝土中所引的气泡的品质，比如气泡粒径的大小、气泡的间距系数等等。影响这些的因素很多，比如水泥的品种和掺量、矿物掺合料的品种和掺量大小、集料的不同、引气剂品种的不同、引气剂与其它减水剂成分的协同效应等等，在本节试验中主要对比一下几种不同类别的引气剂对抗冻融的影响。试验遵照GB8076-2008《混凝土外加剂》、GB/T50080以及《普通混凝土长期性能和耐久性能试验方法》GBJ82—85中的相关规定。试验所用配合比同表2。

试验中为了排除含气量大小的不同对抗冻融方面的影响，我们对每一种引气剂都做了掺量上的调整，使得混凝土的含气量大小都严格控制在4.5±0.2%的范围之内，具体试验结果如表4所示。

表4 四种引气剂的抗冻融方面的比较

从表4的数据中显示，四种不同类型的引气剂在抗冻融方面有着明显的不同，其中我们上文中提到的气泡最为稳定的AEA-4在抗冻方面也有着良好的表现，而气泡最不稳定的AEA-2的抗冻融方面也相对差一些。

2.4 抗硫酸盐侵蚀性能方面的比较

首先我们先讨论一下硫酸盐侵蚀的机理， 硫酸盐侵蚀可分为化学硫酸盐侵蚀和物理硫酸盐侵蚀两类。化学硫酸盐侵蚀要有硫酸根离子参与化学反应，物理硫酸盐侵蚀一般指硫酸盐结晶[3]。不管是化学腐蚀还是物理腐蚀，它们都有一个先决条件就是盐水对混凝土的渗透，而引气剂的掺入可以在混凝土中形成一些封闭的气泡从而阻断了混凝土中的一些毛细孔，从而提高了混凝土的抗渗性。当然引气剂并不是抗硫酸盐侵蚀的主要助剂，但是我们也不能忽略它在这方面所起到的作用。在本节中，笔者就这四种不同类别引气剂的抗腐蚀性做了一个简单的对比，为了避免含气量大小的影响因素，我们把混凝土的含气量严格控制在4.5±0.2%的范围之内。试验方法参照GB 2420—1981和《混凝土抗硫酸盐类侵蚀防腐剂》JC/T1011-2006中的相关规定进行。具体测试结果如表5所示。

表5 抗蚀系数对比

从表5中的数据显示来看，不同类型的引气剂在混凝土中所起的抗腐蚀也存在着一定的差异。

3 工程应用方面

在外加剂应用方面，国内外很少是单一成分用在混凝土当中的。尤其在中国，由于幅员辽阔，各地的材料差异较大，外加剂的调整与复配就更显得越发重要。目前，对于超塑化剂在普通硅酸盐水泥混凝土、灰泥以及净浆中的影响已有了广泛的研究[4,5]。

随着重点工程对混凝土耐久性要求的提高，引气剂在外加剂中所扮演的角色也越来越重要。对于不同的配合比、不同的材料、不同的减水剂类型，不同种类的引气剂所起的作用也不尽相同。所以在外加剂的复配中，引气剂的应用技术也就更加讲究了。笔者挑选了两个比较典型的工程实例，在这两个工程实例中分别用了聚羧酸和萘系减水剂。

3.1 工程应用实例一

这个工程是京沪高速常州至上海段的某一工区的桩基，该部位的混凝土强度等级为C35，具体配合比如表6所示。

表6 C35桩基配合比 kg/m3

该混凝土中采用聚羧酸系减水剂，在前期的复配调整中，在聚酸酸减水剂的母料分别加入不同比例的上述四种引气剂来调整混凝土的含气量以达到施工的要求。上述四种引气成分的掺入都能达到引气能力的要求，但是四种不同类型的引气剂所引的气泡的稳定性以及其对混凝土坍落度损失的影响却不尽相同。具体如图3和图4中所示。

从图3中可以看出，AEA-4这种复合型引气剂在含气量的损失方面较小，而其它三种单一掺入的引气剂的气泡稳定性就显得略差了一些。

从图4中可以看出，混凝土的坍落度损失与其含气量的损失比较一致，AEA-4这种复合型引气剂的掺入有着良好的保坍效果。

综合上述塑化混凝土的性能比较再结合混凝土后期的各项指标，在该部位的混凝土中，我们最终选择了AEA-4这种复合引气剂来作为聚羧酸减水剂的一种助剂来调整其含气量的大小。

3.2 工程应用实例二

这个工程是钱塘江九桥的一个梁体部位，该部位混凝土强度等级为C50，其具体配合比如表7所示。

表7 C50梁体配合比 kg/m3

该混凝土中采用萘系减水剂，在前期的适应性调整中，仍然用了上述四种不同类型的引气成份来作为助剂来调整混凝土的含气量和坍落度损失，其具体结果如图5和图6中所示。

从图5中可以看出，掺入AEA-2的混凝土的气泡较为稳定。

结合图5和图6中的数据可以看出，在该体系中，AEA-2这种引气剂的掺入使得混凝土的气泡更为稳定，坍落度损失更小。

4 结论

综合以上实验和工程应用的情况，我们总结出以下几条结论：

（1）不同引气剂所产生气泡的品质（气泡参数）不同，对混凝土所带来的性能也不尽相同。

（2）气泡的稳定性和混凝土的坍落度损失有着一定的对应关系。

（3）不同类型的引气剂，对于同一个标号的混凝土，即使含气量调整的完全一样，其抗冻性能也未必一样。

（4）不同的引气剂复合使用比单一使用有着更好的适应性。

（5）不同的引气剂与不同的减水剂复合使用时也存在着适应性和协同效应。

[1]绿川雅之等.各种引气剂及抑泡剂对混凝土经时变化状态等的影响[J].混凝土.2009（3）：70-72

[2]施惠生 孙振平 邓恺等.混凝土外加剂实用技术大全[M].中国建材工业出版社, 2008.

[3]罩立香,混凝土的硫酸盐侵蚀机理及其影响因素[D]湖北：武汉工业大学，1998．

[4]N.S. Berke, M.P. Dallaire, M.C. Hicks, A. Kerkar, New developments in shr- inkage-reducing admixtures, CANMET/ACI 5th International Conference on Super- plasticizers and Other Chemical Admixtures in Concrete. Supplementary Papers, Malhotra, 1997, pp. 971–998.

[5]S. Chandra, J. Bjfrnstrfm, Influence of cement and superplasticizers type and dosage on the fluidity of cement mortars—Part I[J], Cem. Concr.Res. 2002,32 (10):1605–1611.