引氣劑不同摻量對(duì)混凝土性能影響的研究*

蔣麗燕

（浙江建設(shè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院建筑工程系，浙江 杭州 311231）

眾所周知，混凝土是我國(guó)用量最大的建筑材料，目前我國(guó)混凝土的年使用量已超過 20 億立方米。其廣泛應(yīng)用于工業(yè)和民用建筑、水工建筑和城市建筑等。隨著“一帶一路”戰(zhàn)略的提出，南海島礁工程、渤海灣通道、港珠澳大橋、蘭新高鐵、川藏鐵路、青藏公路等一大批重大基礎(chǔ)工程正在我國(guó)海洋和西部嚴(yán)酷環(huán)境區(qū)域建設(shè)或規(guī)劃中，上述這些地區(qū)晝夜溫差較大，混凝土在水分傳輸進(jìn)去之后很容易因水結(jié)冰產(chǎn)生膨脹應(yīng)力最終導(dǎo)致膨脹破壞[1-2]。因此，如何防止混凝土因水分的進(jìn)入而導(dǎo)致破壞已經(jīng)成為研究者們研究的熱點(diǎn)，比如降低水灰比，加入引氣劑都是較好的方法[3]。加入引氣劑后混凝土中會(huì)引入大量的均勻分布的微小封閉氣孔，在低溫條件下，隨著水分的進(jìn)入，這些水分轉(zhuǎn)化成冰，對(duì)混凝土產(chǎn)生的膨脹應(yīng)力有一定的緩沖與消減作用，從而能夠大幅度提高混凝土的抗凍性能[4-5]。目前，關(guān)于摻加引氣劑最佳摻量沒有統(tǒng)一定論，在實(shí)際工程中應(yīng)根據(jù)工程不同部位來確定其最佳摻量。本文系統(tǒng)研究了不同引氣劑摻量對(duì)混凝土的抗壓強(qiáng)度、抗碳化性以及抗凍性的影響，為工程的實(shí)際應(yīng)用提供了一定的理論指導(dǎo)。

1 試驗(yàn)

1.1 試驗(yàn)原材料

水泥采用某廠生產(chǎn)的 P·Ⅱ52.5 級(jí)水泥；粗集料為石灰?guī)r碎石，并且采用連續(xù)級(jí)配且粒徑范圍是10～20mm；細(xì)集料為河砂且為中砂，細(xì)度模數(shù)為2.65。引氣劑的主要成分為十二烷基硫酸鈉，陰離子型表面活性劑，其氣泡穩(wěn)定性為 91.5%，表面張力為35.3×10-5N/cm。水泥主要化學(xué)成份見表1。

表1 水泥的化學(xué)組成 %

1.2 試驗(yàn)方案

根據(jù)前期大量探索試驗(yàn)探究，設(shè)計(jì)研究了不同引氣劑摻量對(duì)混凝土的含氣量和抗壓強(qiáng)度的影響，并通過加速碳化試驗(yàn)研究了不同引氣劑摻量的抗碳化性能，通過凍融循環(huán)試驗(yàn)研究了引氣劑摻量對(duì)混凝土的抗凍性影響。詳細(xì)的試驗(yàn)配比如表2 所示。

表2 混凝土配合比kg/m3

按照配合比要求稱取各原料，采用強(qiáng)制式單臥軸混凝土攪拌機(jī)干混 2 分鐘后加水，再次攪拌 180s，采用振動(dòng)成型，試樣尺寸為 100mm×100mm×100mm（用于抗壓強(qiáng)度測(cè)試試驗(yàn)）和 100mm×100mm×400mm（用于加速碳化試驗(yàn)和抗凍性試驗(yàn)）的混凝土試塊，試樣脫模成型后先在 (20±3)℃、相對(duì)濕度 95% 以上的標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)室養(yǎng)護(hù)至不同齡期后，進(jìn)行測(cè)強(qiáng)和加速碳化試驗(yàn)以及抗凍性試驗(yàn)。

1.3 試驗(yàn)方法

1.3.1 抗壓強(qiáng)度

按 GB/T 50081—2002《普通混凝土力學(xué)性能試驗(yàn)方法標(biāo)準(zhǔn)》進(jìn)行，分別測(cè)量按上述配合比成型制備的混凝土在設(shè)計(jì)齡期的抗壓強(qiáng)度。

1.3.2 加速碳化試驗(yàn)

按照 GB/T 50082—2009《普通混凝土長(zhǎng)期性能和耐久性能試驗(yàn)方法標(biāo)準(zhǔn)》進(jìn)行。

1.3.3 抗凍性試驗(yàn)

按照 GB/T 50082—2009《普通混凝土長(zhǎng)期性能和耐久性能試驗(yàn)方法標(biāo)準(zhǔn)》進(jìn)行。

1.3.4 微觀試驗(yàn)

引氣劑的摻加對(duì)混凝土的孔結(jié)構(gòu)影響非常大，因此研究引氣劑的摻量變化對(duì)混凝土孔結(jié)構(gòu)的變化具有重要意義。本研究采用汞壓法對(duì)混凝土孔結(jié)構(gòu)進(jìn)行檢測(cè)。

2 結(jié)果與討論

2.1 引氣劑摻量對(duì)新拌混凝土的含氣量的影響

表3 和圖1 表示不同引氣劑摻量對(duì)新拌混凝土的含氣量的影響。摻加不同引氣劑摻量后，在新拌混凝土5min 后對(duì)其進(jìn)行含氣量的測(cè)定。

表3 混凝土含氣量檢測(cè)結(jié)果

圖1 引氣劑摻量與新拌混凝土的含氣量的關(guān)系

從圖表中能夠看出隨著引氣劑摻量的增加，混凝土中含氣量在增加，且增加幅度在增大

2.2 引氣劑摻量對(duì)混凝土的抗壓強(qiáng)度的影響

表4 和圖2 表示不同引氣劑摻量對(duì)混凝土的抗壓強(qiáng)度的影響。

表4 混凝土強(qiáng)度檢測(cè)結(jié)果

圖2 引氣劑含量對(duì)混凝土抗壓強(qiáng)度的影響

從圖中能夠看出同一齡期下隨著引氣劑摻量的增加呈現(xiàn)先增大后減小的趨勢(shì)，當(dāng)摻加 2‰ 引氣劑的時(shí)候其抗壓強(qiáng)度最大，超過 2‰ 引氣劑摻量混凝土的抗壓強(qiáng)度會(huì)降低。究其原因，一方面由于引氣劑的“滾珠效應(yīng)”，引氣劑的摻加引入了氣泡能增加混凝土的流動(dòng)性，增大混凝土之間的密實(shí)程度，從而導(dǎo)致混凝土強(qiáng)度的增加，這體現(xiàn)為引氣劑的正作用；另一方便，由于引氣劑的摻加，導(dǎo)致產(chǎn)生了大量的氣泡，混凝土中存在大量的氣泡，導(dǎo)致混凝土中孔隙率增大，而混凝土的抗壓強(qiáng)度又與其孔結(jié)構(gòu)密切相關(guān)，最終導(dǎo)致混凝土的抗壓強(qiáng)度降低，這體現(xiàn)為引氣劑的負(fù)效應(yīng)。混凝土的抗壓強(qiáng)度最終由這兩方面原因決定，因此在摻加 2‰ 引氣劑之前，混凝土的抗壓強(qiáng)度隨著引氣劑的增加而增大，在摻加 2‰ 引氣劑之后，混凝土的抗壓強(qiáng)度隨著引氣劑摻量的增加而降低。

2.3 引氣劑摻量對(duì)混凝土的抗碳化性能的影響

表5 和圖3 表示不同引氣劑摻量對(duì)混凝土的抗碳化性能的影響。

表5 混凝土碳化深度檢測(cè)結(jié)果 mm

圖3 引氣劑摻量對(duì)混凝土的抗碳化性能的影響

從圖表中能夠看出，隨著摻加 2‰ 引氣劑的混凝土抗碳化性能最好，不摻加引氣劑摻量的混凝土抗碳化能力次之，且隨著引氣劑摻量的增加，混凝土的抗碳化能力減弱。這是因?yàn)閾郊?2‰ 引氣劑摻量的混凝土其抗壓強(qiáng)度最大、結(jié)構(gòu)最密實(shí)，故其抗碳化能力最強(qiáng)，隨著引氣劑摻量的增加，混凝土的抗壓強(qiáng)度降低，混凝土中含有大量的氣泡導(dǎo)致二氧化碳能夠快速的進(jìn)入混凝土內(nèi)部，降低混凝土的抗碳化能力。

2.4 引氣劑摻量對(duì)混凝土的抗凍性能的影響

表6 和圖4 表示不同引氣劑摻量對(duì)混凝土的抗凍性能的影響。從表圖中能夠看出，摻加 5‰ 引氣劑摻量對(duì)混凝土的抗凍性極其不利，在凍融循環(huán) 180 次，其質(zhì)量損失已經(jīng)達(dá)到了 1.4%；摻加 2‰ 引氣劑摻量對(duì)混凝土抗凍性最好，摻加 1‰ 引氣劑摻量對(duì)混凝土的抗凍性次之，且隨著引氣劑摻量的增加，混凝土的抗凍性能減弱。這是因?yàn)閾郊虞^多的引氣劑導(dǎo)致大量的氣泡存在混凝土內(nèi)部，導(dǎo)致混凝土內(nèi)部較為疏松，大量的水分能夠較快的進(jìn)入到混凝土內(nèi)部，最終加速了混凝土的破壞。

表6 混凝土的質(zhì)量損失率檢測(cè)結(jié)果 %

圖4 不同引氣劑摻量對(duì)混凝土的抗凍性能的影響

3 不同摻量引氣劑對(duì)混凝土孔結(jié)構(gòu)的影響

圖5 表示不同引氣劑摻量對(duì)混凝土孔結(jié)構(gòu)的影響，從圖中能夠看出，摻加 2‰ 引氣劑摻量的混凝土孔隙率最小，摻加 5‰ 引氣劑摻量的混凝土孔隙率最大；摻加2‰ 引氣劑摻量的混凝土的最可幾孔隙最小，摻加 5‰引氣劑摻量的混凝土最可幾孔隙最大，且摻加 5‰ 引氣劑摻量的混凝土大于 300A 的孔明顯增多。這也解釋了為什么摻加 2‰ 引氣劑摻量能提高混凝土的抗壓強(qiáng)度、抗碳化性能以及抗凍性。

圖5 不同引氣劑摻量對(duì)混凝土孔結(jié)構(gòu)的影響

4 結(jié)論

（1）隨著引氣劑摻量的增加，混凝土含氣量增大，且增加幅度變大。

（2）摻加 2‰ 引氣劑摻量能提高混凝土的抗壓強(qiáng)度、抗碳化性能以及抗凍性，是最優(yōu)摻量，大于 2‰，隨著摻量的增加，混凝土的抗凍性降低。

[1]王修田，錢春秀，游有鯤，等．含氣量對(duì)混凝土抗凍性能與抗?jié)B性能的影響[J]．混凝土與水泥制品，2014．

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[4]王慶石，王起才，張凱，等．不同含氣量混凝土的孔結(jié)構(gòu)及抗凍性分析[J]．硅酸鹽通報(bào)，2015. 1．

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