引氣劑及消泡劑對高性能混凝土長期性能及耐久性的影響

徐新，李雪

（徐州中聯混凝土有限公司，江蘇　徐州　221100）

引氣劑及消泡劑對高性能混凝土長期性能及耐久性的影響

徐新，李雪

（徐州中聯混凝土有限公司，江蘇徐州221100）

本研究對高性能混凝土添加不同摻量的引氣劑和消泡劑，并進行0～300次抗凍融試驗，測試其試件在凍融前后的質量、動彈性模量及電通量等試驗的數據。對比試驗數據得出，隨著凍融次數的增加，高性能混凝土的質量損失并不明顯。150次凍融循環后是高性能混凝土動彈性模量顯著降低的分界點。

含氣量抗凍融性；電通量；動彈性模量

0　前言

混凝土作為工程結構的主要材料已經近一個世紀。隨著社會的進步，建筑業對混凝土的要求越來越高，逐漸形成了有著高性能、高強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強度、高流動度和高耐久性的特點。和普通混凝土相比，其內部結構更密實，抗滲能力更強，但同時也使得高性能混凝土的整體變形能力降低，也就是我們俗稱的“變脆了”[1]。因此，在凍融循環這種惡劣的環境中效果如何，對加入引氣劑和消泡劑是否可以改善高性能混凝土的抗凍融性及工作性能進行了試驗。

1　試驗原材料

水泥：淮海中聯 P·O42.5水泥，28d 強度為48.7MPa；

粉煤灰：國華Ⅱ級粉煤灰，需水量比為98%；

礦粉：徐州中誠 S95級礦粉，28d 活性指數為102%；

河砂：Ⅱ區中砂，細度模數2.5，含泥量1.8%；

碎石：5～31.5mm 連續級配碎石；

減水劑：中巖 HL-700聚羧酸減水劑；

引氣劑：蘇博特 GYQ-Ⅱ；

消泡劑：中巖 XP-I；

水：市政自來水。

2　配合比及試驗

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試件及試驗方法

首先將各原材料按照配合比稱重完畢，將引氣劑或者消泡劑加入外加劑內混合。同時把礦物摻合料及骨料倒入攪拌機內攪拌半分鐘，然后加入水和混合后的外加劑再攪拌2分鐘。最后將拌合物置于模具中，在振動臺上輕微震動抹面成型，24h 后拆模并放置在溫度 (20±2)℃相對濕度95% 的養護室內養護。28d 時根據 GB/T50082—2009《普通混凝土長期性能和耐久性能試驗方法標準》[2]進行試驗。

高性能混凝土試件尺寸為150mm×150mm×150mm 的標準立方體抗壓強度試件；100mm×100mm×400mm 的棱柱體抗凍融試件；φ100mm×50mm 的圓柱形電通量試件。

本次抗凍融試驗是根據 GB/T50082—2009《普通混凝土長期性能和耐久性能試驗方法標準》中的快凍法進行試驗。在試件養護24d 時將其浸泡在 (20±2)℃的水中，水面頂面于試件頂面高度差在25mm。每凍融50次，取出試件測量質量和動彈性模量。

2.2.2耐久性試驗設備

此次耐久性試驗使用了北京耐久偉業科技有限公司的“DT-18型混凝土動彈性模量測定儀”、“NJDR-3型微機全自動混凝土快速凍融實驗設備”、“NJ-BSJ 型混凝土智能真空飽水機”、“NJ-DTL-6混凝土氯離子電通量測定儀”；日本三洋試驗機工業株式會社制造的“混凝土-7L 直讀式精密混凝土含氣量測定儀”。

3　試驗結果與分析

3.1試驗結果

拌合物性能及抗壓強度見表2，抗凍融及動彈性模量試驗數據見表3～8，其中動彈性模量的泊松比值取0.15。300次凍融循環后外觀見圖1～6。

3.2試驗分析

引氣劑可以在混凝土中引入大量均勻封閉的微小氣泡，在拌合物里可以起到類似滾珠的作用。從表2的數據中我們可以看到，增加引氣劑后，混凝土拌合物的流動度明顯增加，加入消泡劑則相反，而坍落度的差距對工作性能的影響并不大，但對于28d 的抗壓強度影響明顯。含氣量越大，密實度越小，抗壓強度也就越小。當含氣量在4.8% 以內時，4組試件的含氣量最大相差2.2%，而抗壓強度差距在8MPa。含氣量超過4.8% 時，3組試件最大相差1.1%，而抗壓強度卻相差9.8MPa?？梢钥闯鲈诤瑲饬砍^4.8% 以后，是高性能混凝土抗壓強度明顯下降的一個分界點。

不連通的封閉氣泡在理論上可以阻隔水的通道，提高抗滲能力，但是在電通量的試驗中卻相反。試驗用的試件經過飽水機的加壓飽水，試件中有部分較大氣泡或臨近氣泡被充滿自由水形成電流通道，所以通過電量的增減和含氣量的多少是成正比的，且隨著含氣量的增加，電通量的比值會越來越大。

在混凝土縫隙中的自由水是產生凍害的主要原因。其中的自由水在凍融過程中，對孔隙壁反復施加膨脹力，最終導致混凝土的脹裂。從試驗數據中可以得出兩種解決混凝土凍害的方法。其一是減少氣泡，使混凝土的密實度大幅提高，減少混凝土內部自由水的儲存空間，在增加混凝土受力體積的同時，還減少了水的膨脹力。其二是在混凝土里增加一定量的微小氣泡。這些氣泡體積小，在混凝土里比較穩定且分布均勻，氣泡之間互不連通。當自由水凍結時，氣泡會被壓縮，可以大為減輕對孔隙壁的膨脹力；自由水溶解時，氣泡便恢復原狀，膨脹力隨之消失[3]。

除去試驗中細微的環境影響和人為操作導致的實驗數據偏差不計，從數據中可以發現，前150次的凍融循環對試件的影響并不大，每次的動彈性模量損失遞減幅度較小，均不超過3%。而第150次凍融循環以后，高性能混凝土的動彈性模量明顯下降，但300次凍融循環后動彈性模量最大損失量不到21.5%。而質量損失的下降反而不太明顯，300次凍融循環以后也未超過1.4%。對于高性能混凝土而言，完全可以滿足現在的行業規范，不用考慮凍融環境的影響。

表2　高性能混凝土性能及抗壓強度

表3　第50次凍融循環后實驗數據

表4　第100次凍融循環后實驗數據

表5　第150次凍融循環后實驗數據

表6　第200次凍融循環后實驗數據

表7　第250次凍融循環后實驗數據

表8　第300次凍融循環后實驗數據

圖1　基準試配300次凍融后表面

圖2　A1試配300次凍融后表面

圖3　A2試配300次凍融后表面

圖4　A3試配300次凍融后表面

圖5　A4試配300次凍融后表面

圖6　A5試配300次凍融后表面

4　結論

（1）少量的引氣劑可以在混凝土里引入微小氣泡并起到滾珠作用，增加混凝土的流動性，但超過4.8% 的含氣量后，抗壓強度將大幅下降。消泡劑的效果則相反，有降低混凝土流動性的效果，同時提升少量的抗壓強度。

（2）氣泡的多少和電通量成正比，混凝土的密實度越高，電通量越小，抗氯離子滲透的能力越強。

（3）引氣劑和消泡劑都可以改善混凝土的抗凍融能力，但并不是越多越好，含氣量在5% 以內可以提高抗凍性能，超過5% 則開始下降。

（4）高性能混凝土在150次凍融循環以后將進入性能快速下降的分界點，主要表現在動彈性模量上，質量的損失則不明顯。高性能混凝土完全可以承受300次凍融循環，在配合比設計上可以不用考慮凍融環境。

[1] 凌立，陳勇．高性能混凝土抗凍融性能試驗研究[J]．混凝土，2009(04):49-50．

[2] GB/T50082—2009．普通混凝土長期性能和耐久性能試驗方法標準[S]．

[3] 宋擁軍．含氣量對混凝土抗凍性能的影響[J]．中國三峽建設，1999(11):45-47．

[通訊地址] 徐州市銅山經濟開發區第三工業園盛寶路西首徐州中聯混凝土有限公司（221100）

徐新（1985―），男，助理工程師，主要從事混凝土設計及耐久性研究，特殊混凝土的研發及應用。