引气剂对混凝土耐久性能影响的试验研究

颜世涛，张琦，陆洋，谢慧东

（山东华森建材集团有限公司，山东 济南 250101）

0 前言

混凝土结构是土木工程领域应用最为广泛、最为常见的结构形式。众所周知，钢筋混凝土是一种耐久性能良好的建筑材料，然而，在使用荷载和环境等因素作用下，仍会出现材料老化、腐蚀，以及由此引起的结构性能劣化等问题[1-3]。在一般大气环境条件下，混凝土碳化是钢筋锈蚀的重要前提。钢筋不断地锈蚀促使混凝土保护层开裂，产生沿筋裂缝和剥落，进而导致粘结力减小、钢筋受力面积减小、结构耐久性和承载力降低等一系列不良后果[4-5]。因此，进行混凝土抗冻和抗碳化研究，无论是对既有建筑物的耐久性评定、维修加固还是对建筑物的耐久性设计均有重要意义[6-7]。

本文主要研究引气剂对混凝土耐久性能（抗冻性和抗碳化性等性能）的影响。

1 试验材料与试验仪器、试验设计方案

1.1 试验材料

采用济南山水水泥有限公司的 P·O42.5 水泥；济南鸿腾公司 S95 级矿渣；章丘电厂Ⅱ级粉煤灰；泰安某砂厂生产的河砂，细度模数 2.8，含泥量 1.3%；济南某石料厂 5～25mm 连续级配碎石；山东华森外加剂厂聚羧酸减水剂；日本东邦引气剂。胶凝材料的化学成分见表1 所示。

表 1 胶凝材料的化学成分分析 %

1.2 试验仪器

混凝土搅拌机、混凝土振动台、抗压强度试件试模、抗冻性试件试模、万能实验压力机、全自动抗冻仪，全自动碳化仪等等。

1.3 试验设计方案

本文主要研究了引气剂对混凝土耐久性（抗冻性和抗碳化性等性能）的影响。混凝土配合比及初始坍落度见表 2。

表 2 混凝土配合比及初始坍落度

2 试验结果和分析

2.1 引气剂掺量对混凝土抗冻性影响试验

表 3 为引气剂掺量对混凝土抗冻性能影响的试验结果。

从表 3 中可知：无论是否掺矿物掺合料，当加入引气剂后，其高性能混凝土的抗冻性都会大大提高，且掺量越多提高越明显。比如当无矿物掺合料时，不加引气剂（4#试样），其混凝土抗冻融循环次数仅 150 次；而当加 0.02% 引气剂（5#试样），其混凝土抗冻融循环次数可达 300 次，且 300 次的相对动弹性模量在 80% 以上；当加 0.040% 引气剂（6#试样），其混凝土 300 次的相对动弹性模量仍在 90% 以上。当矿物掺合料复掺15% 时，不加引气剂（1#试样），其混凝土抗冻融循环次数仅 50 次；而当加 0.02% 引气剂（2#试样），其混凝土抗冻融循环次数可达 175 次；当加 0.04% 引气剂（3#试样），其混凝土抗冻融循环次数可达 275 次。

从表 3 中还可以看出：虽然引气剂的加入使混凝土的抗冻性提高，但是当加 0.04% 引气剂时（3#试样），加矿物掺合料的混凝土的抗冻性达不到 300 次；若再继续提高引气剂的掺量，能提高其混凝土抗冻性能，但会影响其它性能（如抗碳化性能等）。

表 3 引气剂掺量对混凝土抗冻性能影响的试验结果

2.2 引气剂掺量对混凝土抗碳化性影响试验

（1）引气剂掺量对混凝土碳化深度影响试验结果

图 1 是引气剂掺量对混凝土碳化深度的影响。

图 1 引气剂掺量对混凝土碳化深度的影响

从图 1 中可以看出：当掺入引气剂后，混凝土碳化深度增大，随着碳化时间延长其混凝土碳化深度增加越多；另外，引气剂掺量越高，混凝土碳化深度越大。

主要因为是：当引气剂加入混凝土时，将会引入部分大、小气泡，增加混凝土内部的孔隙率，虽然这些孔隙可以改善混凝土内部结构，但它们为 CO2气体的进入提供方便，为碳化反应提供环境条件；且碳化时间越长，CO2气体的进入和碳化反应越容易进行。因此，引气剂将会降低混凝土抗碳化能力。

（2）引气剂掺量对混凝土碳化前后强度影响试验结果和分析

图 2 为引气剂掺量对混凝土碳化或未碳化强度变化的影响。

图 2 引气剂掺量对混凝土碳化前后强度的影响

从图 2 中可知：随着引气剂掺量的增加，混凝土未碳化的抗压强度逐渐下降，随着标准养护龄期的延长，混凝土未碳化的抗压强度逐渐增大；当不加引气剂时，混凝土碳化后抗压强度高于相应未碳化抗压强度，当加引气剂时，混凝土碳化后 28d 抗压强度却低于相应未碳化抗压强度，且掺量越高越明显。

3 结论

（1）随着引气剂掺量的增加，混凝土抗冻性能逐渐提高，且引气剂掺量越高其抗冻性提高越明显。

（2）随着引气剂掺量的增加，混凝土抗碳化性逐渐降低，说明引气剂的加入将降低混凝土抗碳化性能。