浅谈引气剂对水工混凝土性能的影响

2014-07-12王铁强潘全路赵继勋

中国水能及电气化 2014年4期

张玮，王铁强，潘全路，赵继勋

(河北省水利水电科学研究院，石家庄 050000)

水工混凝土主要指用于水利水电工程中的混凝土。一般来讲，水工混凝土建筑体积巨大，且直接与水接触，它以耐久性为首要设计指标，这种混凝土有可能为基础设施工程提供100年以上的使用寿命，这就要求混凝土具有很高的耐久性。如今外加剂已经成为混凝土中必不可少的第五元素，它在很大程度上提高了混凝土的耐久性、强度与适应性，引气剂的研发和生产已经逐步变成了外加剂领域的一个热点。有种观念认为引气剂会降低混凝土的抗压强度，而且由于气泡的存在，会使混凝土表面在硬化后留下微小孔洞，使混凝土表面变得粗糙不光洁，并且引气剂的加入会使混凝土中存在许多气泡，使混凝土内部变得不密实，这与要求混凝土插捣密实恰好相反。其实这种认知是不合理也是不恰当的。适量合理地加入引气剂不仅不会影响混凝土的工作性能和耐久性能，同时引气后形成相互独立的、微小的气泡被均匀稳定地引入到混凝土中，这就像滚珠轴承的作用，将显著改善混凝土拌和物的和易性，并极大地抑制了混凝土泌水和离析现象的发生。引气剂的加入能使混凝土的含气量达到3%以上。引气剂引入到混凝土中稳定存在的气泡是相当微小的，其直径约为20～1000 μm，由于各个气泡被彼此隔离，切断了混凝土由于硬化收缩产生的毛细孔通道，使外部水分不易渗入，可减缓其水分结冰膨胀的作用，从而提高混凝土的抗冻融循环能力［1］。在总的胶凝材料用量及单位用水量不变的条件下能使混凝土的抗冻性提高到F100以上。水工混凝土大多与多水环境接触，这就要求混凝土具有较强的抵抗冰冻破坏的能力及较高的抗渗等级，引气剂已成为水工混凝土配合比设计不可缺少的组分。

1 试验原材料及配合比

1.1 试验原材料

混凝土试拌采用P.O42.5水泥、Ⅱ级粉煤灰，细骨料为天然河砂，粗骨料为人工碎石，二级配石子20～40mm与5～20mm选用质量比为6∶4。水胶比定为0.44，粉煤灰掺量为23%，采用GK-3000(液体)减水剂、GK-9A引气剂 (膏状)。水泥与引气剂检验结果见表1、表2。

表1 水泥的检验结果

表2 GK-9A(膏状)引气剂检验结果

1.2 试验配合比

试验采用是否掺入引气剂，然后按表3的配合比成型混凝土试件。试验通过调节减水剂的掺量，研究泌水与不泌水时掺引气剂对水工混凝土工作性能、力学性能和耐久性能的影响。

表3 混凝土配合比单位:kg/m3

2 引气剂对水工混凝土工作性能的影响

混凝土工作性能按《水工混凝土试验规程》(SL 352—2006)进行测试。掺与不掺引气剂混凝土坍落度结果如图1所示。

从图1可以看出，掺入引气剂后，混凝土拌和物的坍落度明显增大。不泌水且不掺引气剂时混凝土拌和物坍落度为160 mm，掺入0.003%的引气剂后，坍落度增大至180 mm;泌水混凝土由于保水性不好出现离析、露石，拌和物坍落度为140mm;加入引气剂后，泌水现象与拌和物和易性有所改善，同时坍落度达到165mm。这说明一定掺量的引气剂可以改善混凝土的工作性能，同时从拌和物的状态来看，对混凝土泌水现象有一定的抑制作用。

图1 引气剂对混凝土工作性能的影响

图2 引气剂对混凝土泌水率的影响

引气剂用以在新拌混凝土中引入一定量的气泡，有效地改善了混凝土内部的孔结构。由于小气泡均匀稳定地分布在混凝土中能起到滚珠轴承的作用，从而改善混凝土拌和物的流动性，增加其坍落度。

3 引气剂对水工混凝土泌水的影响

混凝土拌和物从浇筑之后到开始凝结期间，由于各组成材料的密度不同，如果配比不合理、黏聚性差，会出现骨料和胶凝材料下沉、水分上浮现象，在已浇筑的混凝土表面析出水分。此现象称为泌水［4］。泌水的通道产生于水泥浆与固相骨料之间，同时伴随着泌水现象而出现。泌水现象对于混凝土耐久性的影响，主要在于水分从混凝土内部分泌到其表面以后，在混凝土中形成了由内而外的细小通道。而这些通道首先降低混凝土的抗渗透能力，而且对于混凝土的抗渗透性能的影响非常大，这一点必须引起足够的重视，并积极采取有效措施加以解决落实。

混凝土泌水率按《水工混凝土试验规程》 (SL 352—2006)进行测试。不同配比的泌水结果如图2所示。

从图2可以看出，配比编号为Z-1的混凝土泌水率为35%，配比编号为Z-2的混凝土泌水率为20%，配比编号为M-1的混凝土泌水率为63%，配比编号为M-2的混凝土泌水率为45%。水分从混凝土内部泌出到表面，需要经过较长的距离，犹如经过弯弯曲曲的微细水管，最后到达表面。如果各种材料颗粒级配好，堆积密实，孔隙微细，则水分泌出需要经过的距离很长，会使泌水量减小;或者水分泌出的通道被阻断，泌水量也会减小［5-6］。由于引气剂的作用在混凝土搅拌过程中能使其包裹大量微小的气泡，而这些微小的气泡又能稳定地存在于混凝土体内，切断混凝土中毛细孔通路，或者延长水分泌出的通道从而达到抑制混凝土泌水的作用。

4 引气剂对水工混凝土抗氯离子渗透性能的影响

该试验采用NEL法评价氯离子扩散系数，评价标准见表4，数据分析见表5。

表4 NEL法评价氯离子扩散系数标准

表5 泌水与不泌水氯离子渗透性

由数据统计结果可看出编号Z-1和编号M-1的试块处于同一水平，编号Z-3和编号M-3的试块处于同一水平，从配比来看，Z-1是压力泌水率较小不加引气剂的配比，Z-3是压力泌水率较小加引气剂的配比，M-1是压力泌水率较大不加引气剂的配比，M-3是压力泌水率较小加引气剂的配比。由各个配比对比分析可得出以下结论:

a.Z-1＜M-1、Z-3＜M-3，泌水会降低混凝土的抗渗性能。

b.Z-1＞Z-3、M-1＞M-3，混凝土中存在稳定均匀的气泡会提高其抗渗性能。

5 引气剂对水工混凝土抗冻融性能的影响

混凝土抗冻融性能按《水工混凝土试验规程》(SL 352—2006)进行测试。掺与不掺引气剂的混凝土抗冻融性能试验结果见表6。

表6 混凝土200次快速冻融试验结果

从表6可以看出，掺引气剂混凝土试件均能达到200次冻融循环。不泌水时，不掺引气剂的混凝土试件质量损失率与掺引气剂试件接近，但相对动弹性模量低于破坏值;泌水时，虽然不掺引气剂的混凝土试件质量损失率与掺引气剂试件接近但都较大，不掺引气剂的混凝土试件相对动弹性模量低于破坏值，即达不到200次冻融循环的要求。

引气剂的引气作用可以在新拌混凝土中引入一定量的气泡，有效地改善混凝土内部的孔结构，从而提高混凝土的力学性能。引气剂的加入，使得混凝土内部的孔间距变小，对混凝土受冻时的破坏力起缓冲作用，从而提高混凝土抗冻性。