引气剂及消泡剂对高性能混凝土长期性能及耐久性的影响

徐新，李雪

（徐州中联混凝土有限公司，江苏　徐州　221100）

引气剂及消泡剂对高性能混凝土长期性能及耐久性的影响

徐新，李雪

（徐州中联混凝土有限公司，江苏徐州221100）

本研究对高性能混凝土添加不同掺量的引气剂和消泡剂，并进行0～300次抗冻融试验，测试其试件在冻融前后的质量、动弹性模量及电通量等试验的数据。对比试验数据得出，随着冻融次数的增加，高性能混凝土的质量损失并不明显。150次冻融循环后是高性能混凝土动弹性模量显著降低的分界点。

含气量抗冻融性；电通量；动弹性模量

0　前言

混凝土作为工程结构的主要材料已经近一个世纪。随着社会的进步，建筑业对混凝土的要求越来越高，逐渐形成了有着高性能、高强度以及良好的可施工性的高性能混凝土。高性能混凝土具有高强度、高流动度和高耐久性的特点。和普通混凝土相比，其内部结构更密实，抗渗能力更强，但同时也使得高性能混凝土的整体变形能力降低，也就是我们俗称的“变脆了”[1]。因此，在冻融循环这种恶劣的环境中效果如何，对加入引气剂和消泡剂是否可以改善高性能混凝土的抗冻融性及工作性能进行了试验。

1　试验原材料

水泥：淮海中联 P·O42.5水泥，28d 强度为48.7MPa；

粉煤灰：国华Ⅱ级粉煤灰，需水量比为98%；

矿粉：徐州中诚 S95级矿粉，28d 活性指数为102%；

河砂：Ⅱ区中砂，细度模数2.5，含泥量1.8%；

碎石：5～31.5mm 连续级配碎石；

减水剂：中岩 HL-700聚羧酸减水剂；

引气剂：苏博特 GYQ-Ⅱ；

消泡剂：中岩 XP-I；

水：市政自来水。

2　配合比及试验

2.1高性能混凝土的配合比

表1　高性能混凝土配合比　k/m3

2.2.1试件及试验方法

首先将各原材料按照配合比称重完毕，将引气剂或者消泡剂加入外加剂内混合。同时把矿物掺合料及骨料倒入搅拌机内搅拌半分钟，然后加入水和混合后的外加剂再搅拌2分钟。最后将拌合物置于模具中，在振动台上轻微震动抹面成型，24h 后拆模并放置在温度 (20±2)℃相对湿度95% 的养护室内养护。28d 时根据 GB/T50082—2009《普通混凝土长期性能和耐久性能试验方法标准》[2]进行试验。

高性能混凝土试件尺寸为150mm×150mm×150mm 的标准立方体抗压强度试件；100mm×100mm×400mm 的棱柱体抗冻融试件；φ100mm×50mm 的圆柱形电通量试件。

本次抗冻融试验是根据 GB/T50082—2009《普通混凝土长期性能和耐久性能试验方法标准》中的快冻法进行试验。在试件养护24d 时将其浸泡在 (20±2)℃的水中，水面顶面于试件顶面高度差在25mm。每冻融50次，取出试件测量质量和动弹性模量。

2.2.2耐久性试验设备

此次耐久性试验使用了北京耐久伟业科技有限公司的“DT-18型混凝土动弹性模量测定仪”、“NJDR-3型微机全自动混凝土快速冻融实验设备”、“NJ-BSJ 型混凝土智能真空饱水机”、“NJ-DTL-6混凝土氯离子电通量测定仪”；日本三洋试验机工业株式会社制造的“混凝土-7L 直读式精密混凝土含气量测定仪”。

3　试验结果与分析

3.1试验结果

拌合物性能及抗压强度见表2，抗冻融及动弹性模量试验数据见表3～8，其中动弹性模量的泊松比值取0.15。300次冻融循环后外观见图1～6。

3.2试验分析

引气剂可以在混凝土中引入大量均匀封闭的微小气泡，在拌合物里可以起到类似滚珠的作用。从表2的数据中我们可以看到，增加引气剂后，混凝土拌合物的流动度明显增加，加入消泡剂则相反，而坍落度的差距对工作性能的影响并不大，但对于28d 的抗压强度影响明显。含气量越大，密实度越小，抗压强度也就越小。当含气量在4.8% 以内时，4组试件的含气量最大相差2.2%，而抗压强度差距在8MPa。含气量超过4.8% 时，3组试件最大相差1.1%，而抗压强度却相差9.8MPa。可以看出在含气量超过4.8% 以后，是高性能混凝土抗压强度明显下降的一个分界点。

不连通的封闭气泡在理论上可以阻隔水的通道，提高抗渗能力，但是在电通量的试验中却相反。试验用的试件经过饱水机的加压饱水，试件中有部分较大气泡或临近气泡被充满自由水形成电流通道，所以通过电量的增减和含气量的多少是成正比的，且随着含气量的增加，电通量的比值会越来越大。

在混凝土缝隙中的自由水是产生冻害的主要原因。其中的自由水在冻融过程中，对孔隙壁反复施加膨胀力，最终导致混凝土的胀裂。从试验数据中可以得出两种解决混凝土冻害的方法。其一是减少气泡，使混凝土的密实度大幅提高，减少混凝土内部自由水的储存空间，在增加混凝土受力体积的同时，还减少了水的膨胀力。其二是在混凝土里增加一定量的微小气泡。这些气泡体积小，在混凝土里比较稳定且分布均匀，气泡之间互不连通。当自由水冻结时，气泡会被压缩，可以大为减轻对孔隙壁的膨胀力；自由水溶解时，气泡便恢复原状，膨胀力随之消失[3]。

除去试验中细微的环境影响和人为操作导致的实验数据偏差不计，从数据中可以发现，前150次的冻融循环对试件的影响并不大，每次的动弹性模量损失递减幅度较小，均不超过3%。而第150次冻融循环以后，高性能混凝土的动弹性模量明显下降，但300次冻融循环后动弹性模量最大损失量不到21.5%。而质量损失的下降反而不太明显，300次冻融循环以后也未超过1.4%。对于高性能混凝土而言，完全可以满足现在的行业规范，不用考虑冻融环境的影响。

表2　高性能混凝土性能及抗压强度

表3　第50次冻融循环后实验数据

表4　第100次冻融循环后实验数据

表5　第150次冻融循环后实验数据

表6　第200次冻融循环后实验数据

表7　第250次冻融循环后实验数据

表8　第300次冻融循环后实验数据

图1　基准试配300次冻融后表面

图2　A1试配300次冻融后表面

图3　A2试配300次冻融后表面

图4　A3试配300次冻融后表面

图5　A4试配300次冻融后表面

图6　A5试配300次冻融后表面

4　结论

（1）少量的引气剂可以在混凝土里引入微小气泡并起到滚珠作用，增加混凝土的流动性，但超过4.8% 的含气量后，抗压强度将大幅下降。消泡剂的效果则相反，有降低混凝土流动性的效果，同时提升少量的抗压强度。

（2）气泡的多少和电通量成正比，混凝土的密实度越高，电通量越小，抗氯离子渗透的能力越强。

（3）引气剂和消泡剂都可以改善混凝土的抗冻融能力，但并不是越多越好，含气量在5% 以内可以提高抗冻性能，超过5% 则开始下降。

（4）高性能混凝土在150次冻融循环以后将进入性能快速下降的分界点，主要表现在动弹性模量上，质量的损失则不明显。高性能混凝土完全可以承受300次冻融循环，在配合比设计上可以不用考虑冻融环境。

[1] 凌立，陈勇．高性能混凝土抗冻融性能试验研究[J]．混凝土，2009(04):49-50．

[2] GB/T50082—2009．普通混凝土长期性能和耐久性能试验方法标准[S]．

[3] 宋拥军．含气量对混凝土抗冻性能的影响[J]．中国三峡建设，1999(11):45-47．

[通讯地址] 徐州市铜山经济开发区第三工业园盛宝路西首徐州中联混凝土有限公司（221100）

徐新（1985―），男，助理工程师，主要从事混凝土设计及耐久性研究，特殊混凝土的研发及应用。