引气剂对高抗渗混凝土力学性能的影响

王 刚 郭 剑 徐守明 唐 雨 李晋源

(1. 攀枝花学院，攀枝花 617000； 2. 米易县质安站，攀枝花 617000； 3. 中国华西工程设计建设有限公司，成都 610031)

1 引 言

随着土木与建筑工业的快速发展，混凝土的应用范围不断扩大，对混凝土提出了越来越高的要求。例如在修补结构中，除了要求混凝土结构满足安全与耐久性外，还要求混凝土具备高抗渗水性、高防碳化性能和高流动性等特点[1 ]。其中，抗渗主要就是防止渗漏。抗渗与一般混凝土主要区别就在于抗渗混凝土里面要添加一种膨胀剂。抗渗混凝土一般添加HEA、UEA、AEA等膨胀剂或有机硅等抗渗。在新混凝土的配制过程中，通常需要向混凝土中掺入减水剂、粉煤灰和引气剂等材料，由于各种原料对混凝土的作用规律存在差异。国内外的科研工作者从20世纪60年代开始，就开展了相应的研究，并取得了一系列重要的成果[2]。本文主要在大量混凝土碳化及新老混凝土使用性能的研究基础上，为了达到混凝土结构的高抗渗性能，通过制作小型混凝土试件的方法，研究了引气剂含量与其他掺合料同时存在的作用下，引气剂对混凝土试件的作用规律，既是提高和改善混凝土性能的需要，也可以充分掌握引气剂对混凝土构件性能的影响，为合理利用引气剂含量，提高混凝土的使用性能提供必要的参考。

2 试验材料与方法

2.1 试验材料

试验用水泥为河南三星水泥工业有限公司的粉煤灰(30%)硅酸盐水泥，强度为C30，试验用砂细度为2.7，试验用石子大小在4～16 mm之间，粉煤灰河南松川矿山机械有限公司生产的一级粉煤灰，细度为5.2%，需水量比为93%，减水剂为江西百好新型建筑材料有限公司生产的聚羧酸减水剂，减水率在20%左右；引气剂为河北凝盛建材科技有限公司生产的NS-3型引气剂，引气剂各指标均达到GB 8076—1997标准[3]。

2.2 试验方案

为了对比分析在添加有各种掺合料情况下，引气剂含量对混凝土坍塌度、渗透性能和防碳化性能的影响，从而得到引气剂对混凝土性能的作用规律，本文采用了如表1所示的Ⅰ、Ⅱ两种设计方案，Ⅰ-1—Ⅰ-4系列为添加不同引气剂的试件，Ⅱ-1—Ⅱ-4系列为对应的添加粉煤灰和不同引气剂含量的系列，其他参数基本一致。

表1混凝土的配料

Table1Concretemixturekg/m3

2.3 试件制作

按照DB/T 50080《普通混凝土拌合物性试验方法》和《普通混凝土力学性能试验方法》(GB/T 50081—2002)[4]中混凝土试件的成型与养护方法的有关规定[3, 4]，制作了尺寸为100 mm×100 mm×100 mm的试件162个。研究了混凝土试件7 d、28 d、60 d和90 d的抗压强度与劈拉强度，并对7 d与28 d的碳化深度，以及60 d的渗透深度进行了测试。

2.4 测试方法

采用坍落度法测定混凝土拌合物的坍落度，在YES-3000万能压力机上进行混凝土的抗压试验，采用WE-300型万能压力机进行了劈拉强度的测试，渗透性试验是在LSK-Q59微机控制高精度抗渗仪上进行。碳化深度的测试则采用快速碳化法，在CCB-70型混凝土碳化试验箱中进行，用以测量碳化深度，测试过程中保持箱内CO2浓度为20%左右，相对湿度为70%左右，温度控制在20 ℃。碳化深度的检测采用酚酞检测方法，利用酚酞遇碱变红的特点，在试件断裂面上喷上 1%的酚酞乙醇溶液，经30 s 后，测出两侧面的碳化深度，碳化深度的测试精确至1 mm。

3 结果与分析

3.1 混凝土含气量的影响

图1所示为所添加的NS-3型引气剂含量对试验混凝土含气量的影响变化曲线。从图中可以看出，随着引气剂含量从0%增加至0.02%过程中，Ⅰ-1—Ⅰ-4和Ⅱ-1—Ⅱ-4系列构件中混凝土的含气量逐渐上升；且从图中可以看出，在相同的引气剂含量下，Ⅰ系列混凝土的含气量都比Ⅱ系列混凝土含气量略高或者基本持平，由此可以看出，混凝土中粉煤灰对混凝土中含气量有一定的影响。当引气剂含量在0%～0.02%范围内，混凝土含气量从1.5%上升至5.2%，引气剂的含量的增加使混凝土含气量逐渐增加。这是因为当掺入引气剂后，在混凝土的搅拌过程中可以形成大量弥散分布的微小气泡，从而使得混凝土含气量增加。

3.2 混凝土坍落度的影响

图2所示为引气剂含量对混凝土坍落度的影响。从图中可以看出，随着引气剂含量从0%增加至0.02%的过程中，Ⅰ系列和Ⅱ系列混凝土的坍落度逐渐增加，且Ⅰ系列混凝土的坍落度在同一引气剂含量下都小于Ⅱ系列混凝土的坍落度，尤其当引气剂含量较少时(0%～0.01%)。当引气剂含量在0%～0.02%范围内，Ⅱ系列混凝土的坍落度从180 mm上升至220 mm，而Ⅰ系列混凝土的坍落度则从60 mm上升至200 mm。掺入引气剂可以使得混凝土中产生滚珠效应从而使得填充料与胶凝材料之间的空隙增加，这样在搅拌过程中混凝土的流动性可以得到改善，从而增加了坍落度[5]。Ⅱ系列混凝土的坍落度大于Ⅰ系列混凝土的坍落度，可认为是由于掺入了粉煤灰造成的。此外，在引气剂含量为0.015%时候，Ⅰ系列混凝土的坍落度迅速增加至接近Ⅱ系列混凝土的坍落度的水平，这可能是由于此时混凝土中的微气泡数量已经较好地填充了骨料与胶凝材料孔隙，混凝土拌合物的流动性达到一个较为理想的水平。

图1 引气剂含量对混凝土含气量的影响Fig.1 The effect of air-entraining agent content on concrete gas-containing

图2 引气剂含量对混凝土坍落度的影响Fig.2 The effect of air-entraining agent content on concrete slump

3.3 混凝土强度的影响

图3与图4所示分别列出了Ⅰ系列混凝土构件中引气剂含量对混凝土试件7 d、28 d、60 d和90 d的抗压强度与劈拉强度的影响的变化曲线。从图中可以看出，随着引气剂含量的增加，在不同的养护时间下，引气剂含量对混凝土抗压强度与劈拉强度的影响的变化趋势保持一致。当引气剂含量为0.01%时，混凝土的抗压强度与劈拉强度都有一定程度的增加；继续增加引气剂含量至0.015%以上时，混凝土的抗压强度与劈拉强度逐渐降低。在同一引气剂含量下，随着养护时间的增加，混凝土的抗压强度与劈拉强度呈现出梯度上升的趋势。当引气剂含量适当增加时，由于引气作用减小了沉降和泌水现象，使得混凝土抗压强度和劈拉强度略有增加；随着掺入引气剂含量的增加，会使得混凝土内部的孔隙数量增加、密实性降低[6]，从而导致混凝土的强度下降。

图3 引气剂含量对混凝土抗压强度的影响Fig.3 The effect of air-entraining agent content on concrete compressive strength

图4 引气剂含量对混凝土劈拉强度的影响Fig.4 The effect of air-entraining agent content on concrete split tensile strength

3.4 混凝土渗透深度与碳化深度的影响

图5所示为引气剂含量对混凝土渗透深度的影响曲线。从图5中可以看出，随着引气剂含量的增加，Ⅰ系列和Ⅱ系列混凝土的渗透深度先降低而后增加，且Ⅱ系列混凝土的渗透深度都大于Ⅰ系列。在引气剂含量较低时，引气剂的掺入可以产生大量的微小气泡来截断毛细孔结构，增加孔隙的曲折度，从而起到抑制渗水的作用；当引气剂含量增加到0.015%后，由于混凝土中大量气泡的存在，逐步形成了渗水通道，混凝土的渗透深度又开始增加。因此，在实际掺入引气剂过程中，引气剂的含量需通过一定的试验来确定。同时，由Ⅱ系列和Ⅰ系列的渗透深度的对比试验中还可以发现，掺杂有粉煤灰的Ⅱ系列混凝土的渗透深度较大，表明粉煤灰具有增大混凝土渗透深度的作用。

图5 引气剂含量对混凝土渗透深度的影响Fig.5 The effect of air-entraining agent content on concrete penetrating depth

图6 引气剂含量对混凝土碳化深度的影响Fig.6 The effect of air-entraining agent content on concrete carbonation depth

图6所示为混凝土养护7 d和28 d后引气剂含量对混凝土碳化深度的影响。从图中可以看出，随着引气剂含量在增加，混凝土的碳化深度也逐渐增加，也就是说随着引气剂含量的增加，混凝土的防碳化能力逐渐降低。在同一引气剂含量下，28 d的碳化深度明显高于7 d的碳化深度，也就是说混凝土的碳化深度随着养护时间的增加而增加。这是因为随着引气剂含量的增加，混凝土搅拌过程中的气泡增多，加剧了酸性气体向混凝土扩散的速度，从而使得碳化速度增加，且养护时间越长，碳化程度越高。

4 结 论

(1) 随着引气剂含量的增加，混凝土的含气量逐渐上升；在相同的引气剂含量下，Ⅰ系列混凝土的含气量都比Ⅱ系列混凝土含气量略高或者基本持平。

(2) 随着引气剂含量从0%增加至0.02%过程中，Ⅰ系列和Ⅱ系列混凝土的坍落度逐渐增加，且Ⅱ系列混凝土的坍落度在同一引气剂含量下都小于Ⅰ系列混凝土的坍落度。

(3) 随着引气剂含量的增加，混凝土的抗压强度与劈拉强度先增加而后降低。在同一引气剂含量下，随着养护时间的增加，混凝土的抗压强度与劈拉强度呈现出梯度上升的趋势。

(4) 在引气剂含量较低时，引气剂的掺入可以产生大量的微小气泡来截断毛细孔结构，增加孔隙的曲折度，从而起到抑制渗水的作用；随着引气剂含量的增加，混凝土的碳化深度也逐渐增加。

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Zhao Haitao, Wang panxiu, Yue Chunwei. Numerical research on concrete tensile strength based on micro-random aggregate model [J]. Structural Engineers, 2012, 28(4):40-44.(in Chinese)

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