引气及搅拌作用对混凝土性能的影响

俞学文

摘要：混凝土在建筑工程的使用中要求良好的耐久性能。在混凝土中，合理含气量的引入有助于大幅度提高混凝土使用性、耐久性和抗滲性。1990年以来，混凝土技术有了一个较大的进展——引气混凝土技术，并在现在的建筑结构中得到了广泛应用。而混凝土的引气效果受到很多因素的影响，其中，搅拌作为混凝土生产的最基本制备方法，也对混凝土的性能具有很大的影响。

关键词：混凝土；含气量；孔结构；引气剂；搅拌

1 前言

混凝土是我国建筑业中使用最为广泛的材料，它的耐久性直接关系着工程的寿命，是混凝土工程中需要关注以及研究的重点问题。我国为增强其耐久性，采用的最普遍的方法便是增加混凝土中的含气量[1]。而主要采用的手段便是，在搅拌的过程中，加入引气剂。事实证明，引气剂的加入虽然一定程度上提高了混凝土的含气量，进而提高其耐久性，但也造成了混凝土强度在一定程度上的减弱。

2 混凝土的重要性能指标——含气量

含气量是对混凝土性能非常重要的一个评价指标。含气量是指混凝土中所含有的微小气泡在砂浆中的百分比。含气量与混凝土的一些宏观性能有很大的联系：首先，混凝土中的含气量的存在，使得游离水的向上运动受到阻碍，进而改善了混凝土的抗渗透性能。其次，新拌泥土在凝固前的含气量的存在，等同于相同体积的水泥浆，因此，提高了混凝土的和易性；然后，含气量与抗压强度也有很大的关系，当含气量有1%的增加时，抗压强度则会有4～5%的降低。

3 引气对混凝土性能的影响

引气剂，具有界面活性、起泡和稳泡等作用，它的掺入，使得搅拌时有大量的尺寸小的气泡被带入，最终使得混凝土的含气量与孔隙率得到了大大提高，并对混凝土的保水性和工作性起到改善作用，以及使得混凝土的抗冻性、抗渗性等性能得到提高，但却造成了混凝土的抗压强度的一定程度上的削弱。

长期的工程实践与室内研究资料表明：提高混凝土抗冻耐久性的一个十分重要而有效的措施是在混凝土拌合物中掺入一定量的引气剂。引气剂是具有憎水作用的表面活性物质，它可以明显的降低混凝土拌合水的表面张力和表面能，使混凝土内部产生大量的微小稳定的封闭气泡。这些气泡切断了部分毛细管通路，能使混凝土结冰时产生的膨胀压力得到缓解，不使混凝土遭到破坏，起到缓冲减压的作用，并最终阻止了混凝土的破坏[2]。

国际材料与结构研究实验联合会RILEM会议报告，指出在拌和物中4%左右体积的气体的引入能够有效防止混凝土裂缝。近年来 ，引气已经在实际工程得到广泛应用，并取得很好的效果。

经过国内外的研究分析，在应用实践中采用如下推荐的引气量，如表1所示

4 搅拌对混凝土性能的影响

4.1搅拌方式

4.1.1 普通强制搅拌方式

搅拌过程中，搅拌叶片对物料进行诸如剪切、抛出、推挤等强制搅拌作用，并同时把空气引进了水泥浆之中，进而浆体包裹空气形成气泡。其中由于带入的空气只有很小的一部分因为气泡直径小留存下来，大部分则意味尺寸过大而被挤压出去，因此，新拌混凝土具有较小的含气量和硬化后的孔隙率。

4.1.2振动搅拌方式

振动搅拌的方式，能够通过搅拌叶片的强制搅拌作用，使得物料振动，并对带入的大气泡进行分裂，进而使得气泡以小气泡的形式存在。所以振动搅拌通过孔隙细化，使得更多气体得以留存，进而使得混凝土中的含气量和孔隙率得到提高，改善混凝土的抗压强度和耐久性[3]。振动搅拌方式最终改变了混凝土中的含气量和孔结构，与引气剂的作用有本质上的区别。

4.2搅拌设备

水泥混凝土搅拌设备是混凝土生产中的一个重要设备，其作用是将组成物料搅拌均匀，进而生产出合格的混凝土产品。它的性能和水平能够对混凝土的质量造成重大的影响。例如，对于搅拌臂排列形式选择的不同，会生产不同性能偏向的混凝土。这种排列方式（如图2）下，所搅拌出来的混凝土具有良好的匀质性，极高的强度以及极小的含气量。

4.3充盈率

搅拌机充盈率是指其出料容积和几何容积的比值，充盈率的大小对混凝土搅拌质量有着直接的影响。搅拌机充盈率的提高，使得生产率提高，然而充盈率的提高，代表搅拌筒中混合料上方的空间减小，因而拌筒中的沸腾效也会受限减弱，最终导致搅拌效果的变差。混凝土中的含气量和其分布随之发生变化。搅拌机充盈率最适的范围是0.32～0.35或 0.35～0.40 。

4.4拌筒形式

同一搅拌机中，如果拌筒内同时装入搅拌的混凝土量变多，那么混凝土的含气量就会变小，但当装入混凝土的量超过一定程度时，含气量反而会变大。拌筒长度会影响到混合料三维均布的实现。在相同的条件下，与宽短形拌筒搅拌相比，窄长形拌筒搅拌出的混凝土含气量要普遍偏高。

4.5搅拌速度

搅拌线速度一般是指搅拌叶片最外端处的最大线速度。搅拌速度是与硬化后混凝土的强度成反比的，同时离差系数比较小，最终搅拌时间过长，效率低下[4]。但是，搅拌速度的过快也会引起混凝土强度的下降，同时离差系数也会增大。原因是，随着搅拌速度增大，被搅拌物料的离心力也会变大。

4.6 搅拌时间

搅拌时间，是从全部混合料投入搅拌筒到新拌混凝土卸出的整个过程所经历的时间。搅拌时间的选取原则是在对搅拌混凝土性能进行保证的前提下，将搅拌时间尽可能缩短。搅拌时间与降低混凝土的匀质性有着联系，会对混凝土的强度造成影响。在搅拌过程中，如果搅拌时间过低，那么搅拌出的混凝土的各项性能指标将难以达到要求。而搅拌时间过长，则会出现“过搅拌”问题。

5 总结

振动搅拌和引气剂的同时使用，能够有助于更好引气效果的获取，同时，两种技术方法，在对混凝土孔结构方面的改善上可以做到优势互补。如果混凝土的抗冻性对混凝土含气量的要求是要达到 4.5%以上时，那么采用这种方法，能够减少引气剂的用量，并提高混凝土的强度。

参考文献

[1]王博. 振动搅拌提高混凝土性能的机理及其试验研究[D].长安大学，2014.

[2]康峰. 废弃混凝土再生利用的研究[D].天津大学，2008.

[3]付昌会. 搅拌方式对水泥混凝土含气量与性能影响的研究[D].长安大学，2011.

[4]刘远. 基于损伤理论的混凝土抗冻耐久性随机预测方法研究[D].浙江大学，2006.