氣泡參數對混凝土抗凍性影響的研究進展

楊凡，田陸飛

(山東廣信工程試驗檢測有限公司，山東 濟南 250022)

混凝土因具有優越的性能而廣泛應用于建筑、軍工、水利、海工等工程。目前，針對不同的工程要求和施工條件，設計并制備出了多種不同性能和功能的混凝土，例如：輕骨料混凝土、高強混凝土、泵送混凝土、流態混凝土、防水混凝土、聚合物混凝土、噴射混凝土、纖維混凝土、瀝青混凝土、耐火混凝土。這些混凝土對性能的要求更高。混凝土在攪拌時，會裹進一定數量的空氣，使混凝土內部含有一定量的空氣，當混凝土硬化后就會在內部形成大小不均勻的氣孔，從而影響混凝土的強度和耐久性。

目前，改進混凝土強度和耐久性的方法有很多種，主要有提高水泥的質量、添加粉煤灰、調整各組分的配合比、將混凝土的孔隙重新進行調整級配，增減不同尺寸的孔并改變其數量。應用最多的方法是通過向混凝土中添加引氣劑來改變硬化混凝土的氣孔結構，從而達到提高混凝土耐久性的作用。引氣劑的摻入，在混凝土中會引入大量均勻分布、相互獨立的類似于球形狀的微小的氣泡，這些氣泡在混凝土中起到了滾珠的作用，使混凝土的和易性得到極大的改善和提高；也能夠減小水的流動，進而降低了泌水率；引入的微小氣泡破壞了毛細管的連續性，使得混凝土中水的主要通道——連通的大毛細管減少，改善了抗滲性；均勻分布的微小氣泡可以緩解結冰產生的膨脹應力和滲透壓力，提高抗凍性能。由此可以看出，氣泡的尺寸、數量、分布狀態對混凝土的耐久性起非常重要的作用，硬化混凝土中的氣泡參數，必將影響混凝土的性能。因此對硬化混凝土中氣泡參數的研究變得尤為重要。

1 氣泡參數的測定方法

混凝土的抗凍性不僅與混凝土中氣體含量有關，而且跟混凝土中氣泡的數目、尺寸、分布、氣泡間距等有關。楊華全等[1]研究了氣泡平均半徑、氣泡間距系數對混凝土強度和抗凍性能的影響，結果表明：混凝土抗壓強度隨著氣泡平均半徑的增大而降低；氣泡間距系數越小，混凝土的抗凍耐久指數越大，抗凍性越好。目前，研究硬化混凝土中氣泡參數的方法主要有顯微鏡法和壓汞儀法。顯微鏡法是按照《水工混凝土試驗規程》(DL/T 5150-2001)直線導線法進行的。在制備好的試樣表面上選定長度和間距均勻的直線，從第一條導線起點開始，分別測量并記錄視域中氣泡個數及顯微鏡測微尺截取的每個氣泡的弦長刻度值。第一條導線測試完全后再按照順序測試第二、第三…… 條導線，直到測試完規定的導線長度。壓汞儀法是基于毛細管中不潤濕液體的性質。壓汞儀法可以測定多孔材料的孔徑大小、孔隙體積，從而計算出孔徑分布。在一般低壓的情況下，壓汞儀測定的孔徑小，為幾個到幾百個微米，且所需要的樣品尺寸較小，不能有效的代表整個混凝土的結構，因此該方法測定的孔徑分布跟真實結構存在一定的誤差。

2 氣泡參數對混凝土性能影響的研究

硬化混凝土的氣泡參數對混凝土的抗凍融耐久性起著至關重要的作用。在嚴寒地區的工程都使用引氣劑來改善混凝土的抗凍融耐久性。張德思等[2]探討了氣孔參數、強度等級等對普通混凝土和粉煤灰混凝土抗凍融耐久性的影響。結果表明：氣泡間距系數對普通混凝土和粉煤灰混凝土的抗凍融耐久性有著決定性的影響。胡澤清等[3]用氣泡參數判定混凝土的抗凍耐久性，結果表明：常態混凝土和泵送混凝土的氣泡參數分別小于250μm 和300μm，混凝土可以獲得良好的抗凍性。黃孝蘅等[4]通過對混凝土試件的快速凍融結果及硬化混凝土的氣泡觀測，找出二者之間的關系。研究結果表明：水灰比越小，間距系數臨界值越小，初步判定混凝土抗凍性能的優劣，從而達到縮短試驗周期、保證工程質量的目的。李俊毅[5]對硬化混凝土氣泡間距系數的臨界值進行了分析，建議港工混凝土施工規范中增補規定，對于有抗凍要求混凝土的氣泡間距系數，其臨界值取0.230mm，這對評估硬化混凝土抗凍性有著重要實際意義。嚴捍東等[6]研究了高摻量粉煤灰水工混凝土的氣泡參數和抗凍性能。結果表明：氣泡結構的穩定性隨著粉煤灰摻量的增大而提高，氣泡間距在0.50mm 以下都是高抗凍混凝土。張云清等[7]研究了氣泡結構特征對混凝土抗鹽凍性能的影響。結果表明：混凝土的平均氣泡間距和氣泡平均直徑在很大程度上依賴于含氣量，含氣量越高，平均氣泡間距和氣泡平均直徑越小。高性能混凝土具有良好抗鹽凍性所要求的氣泡平均間距與強度等級有關，在強度等級低于C50 時，混凝土的氣泡平均間距必須小于250μm，當強度等級提高到C60 以上時可增大到700μm。隨著研究的深入，研究人員發現，引氣劑提高混凝土抗凍性的本質機理是改善氣泡參數。但是經實踐證明，盡管新拌混凝土的含氣量相同，由于所用的外加劑種類、水灰比等條件的不同，使硬化混凝土中的氣泡參數發生變化，從而影響混凝土的抗凍性[8]。因此有必要對硬化混凝土中氣泡參數進行研究。

3 結語

混凝土中的含氣量不是決定混凝土抗凍性優劣的唯一參數，引入氣泡的氣泡參數同樣是非常重要的影響因素。在含氣量一定的情況下，混凝土的抗凍性取決于混凝土中氣泡間距系數和數量，氣泡間距越小，氣泡個數越多，混凝土的抗凍性越好。但是硬化混凝土中的氣泡結構在水灰比、外加劑等條件下，與新拌混凝土中的氣泡結構不同，因此今后的研究重點將是建立新拌混凝土氣泡參數和硬化混凝土氣泡參數的聯系，進而研究混凝土的抗凍性。

[1]楊華全，周世華，蘇杰.氣泡參數對引氣混凝土性能的影響[J].水力發電, 2009,35(1): 18-19

[2]張德思，成秀珍.硬化混凝土氣孔參數的研究[J].西北工業大學學報, 2002,20(1):10-13.

[3]胡澤清，鄒一寶, 馬芳.用氣泡參數判定混凝土抗凍耐久性的探討[J].粉煤灰, 2009(3): 3-4.

[4]黃孝蘅，許彩虹，王麗文.硬化混凝土中氣泡性質對抗凍性影響的試驗研究[J].中國港灣建設, 2003(3): 14-17.

[5]李俊毅.硬化混凝土氣泡間距系數的臨界值[J].港口工程, 1997(3): 27-29.

[6]嚴捍東，孫偉，李鋼.大摻量粉煤灰水工混凝土的氣泡參數和抗凍性研究[J].工業建筑, 2001(8): 40-43.

[7]張云清，余紅發，王甲春.氣泡結構特征對混凝土抗鹽凍性能的影響[J].華南理工大學學報(自然科學版),2010(11): 11-15.

[8]李俊毅，李曉明, 許彩虹.新拌混凝土氣泡參數分析法評估混凝土抗凍性[J].水運工程, 2005(11): 5-8.