引气剂不同掺量对混凝土性能影响的研究*

2018-01-22蒋丽燕

商品混凝土 2018年1期

蒋丽燕

（浙江建设职业技术学院建筑工程系，浙江杭州 311231）

众所周知，混凝土是我国用量最大的建筑材料，目前我国混凝土的年使用量已超过 20 亿立方米。其广泛应用于工业和民用建筑、水工建筑和城市建筑等。随着“一带一路”战略的提出，南海岛礁工程、渤海湾通道、港珠澳大桥、兰新高铁、川藏铁路、青藏公路等一大批重大基础工程正在我国海洋和西部严酷环境区域建设或规划中，上述这些地区昼夜温差较大，混凝土在水分传输进去之后很容易因水结冰产生膨胀应力最终导致膨胀破坏[1-2]。因此，如何防止混凝土因水分的进入而导致破坏已经成为研究者们研究的热点，比如降低水灰比，加入引气剂都是较好的方法[3]。加入引气剂后混凝土中会引入大量的均匀分布的微小封闭气孔，在低温条件下，随着水分的进入，这些水分转化成冰，对混凝土产生的膨胀应力有一定的缓冲与消减作用，从而能够大幅度提高混凝土的抗冻性能[4-5]。目前，关于掺加引气剂最佳掺量没有统一定论，在实际工程中应根据工程不同部位来确定其最佳掺量。本文系统研究了不同引气剂掺量对混凝土的抗压强度、抗碳化性以及抗冻性的影响，为工程的实际应用提供了一定的理论指导。

1 试验

1.1 试验原材料

水泥采用某厂生产的 P·Ⅱ52.5 级水泥；粗集料为石灰岩碎石，并且采用连续级配且粒径范围是10～20mm；细集料为河砂且为中砂，细度模数为2.65。引气剂的主要成分为十二烷基硫酸钠，阴离子型表面活性剂，其气泡稳定性为 91.5%，表面张力为35.3×10-5N/cm。水泥主要化学成份见表1。

表1 水泥的化学组成 %

1.2 试验方案

根据前期大量探索试验探究，设计研究了不同引气剂掺量对混凝土的含气量和抗压强度的影响，并通过加速碳化试验研究了不同引气剂掺量的抗碳化性能，通过冻融循环试验研究了引气剂掺量对混凝土的抗冻性影响。详细的试验配比如表2 所示。

表2 混凝土配合比kg/m3

按照配合比要求称取各原料，采用强制式单卧轴混凝土搅拌机干混 2 分钟后加水，再次搅拌 180s，采用振动成型，试样尺寸为 100mm×100mm×100mm（用于抗压强度测试试验）和 100mm×100mm×400mm（用于加速碳化试验和抗冻性试验）的混凝土试块，试样脱模成型后先在 (20±3)℃、相对湿度 95% 以上的标准养护室养护至不同龄期后，进行测强和加速碳化试验以及抗冻性试验。

1.3 试验方法

1.3.1 抗压强度

按 GB/T 50081—2002《普通混凝土力学性能试验方法标准》进行，分别测量按上述配合比成型制备的混凝土在设计龄期的抗压强度。

1.3.2 加速碳化试验

按照 GB/T 50082—2009《普通混凝土长期性能和耐久性能试验方法标准》进行。

1.3.3 抗冻性试验

按照 GB/T 50082—2009《普通混凝土长期性能和耐久性能试验方法标准》进行。

1.3.4 微观试验

引气剂的掺加对混凝土的孔结构影响非常大，因此研究引气剂的掺量变化对混凝土孔结构的变化具有重要意义。本研究采用汞压法对混凝土孔结构进行检测。

2 结果与讨论

2.1 引气剂掺量对新拌混凝土的含气量的影响

表3 和图1 表示不同引气剂掺量对新拌混凝土的含气量的影响。掺加不同引气剂掺量后，在新拌混凝土5min 后对其进行含气量的测定。

表3 混凝土含气量检测结果

图1 引气剂掺量与新拌混凝土的含气量的关系

从图表中能够看出随着引气剂掺量的增加，混凝土中含气量在增加，且增加幅度在增大

2.2 引气剂掺量对混凝土的抗压强度的影响

表4 和图2 表示不同引气剂掺量对混凝土的抗压强度的影响。

表4 混凝土强度检测结果

图2 引气剂含量对混凝土抗压强度的影响

从图中能够看出同一龄期下随着引气剂掺量的增加呈现先增大后减小的趋势，当掺加 2‰ 引气剂的时候其抗压强度最大，超过 2‰ 引气剂掺量混凝土的抗压强度会降低。究其原因，一方面由于引气剂的“滚珠效应”，引气剂的掺加引入了气泡能增加混凝土的流动性，增大混凝土之间的密实程度，从而导致混凝土强度的增加，这体现为引气剂的正作用；另一方便，由于引气剂的掺加，导致产生了大量的气泡，混凝土中存在大量的气泡，导致混凝土中孔隙率增大，而混凝土的抗压强度又与其孔结构密切相关，最终导致混凝土的抗压强度降低，这体现为引气剂的负效应。混凝土的抗压强度最终由这两方面原因决定，因此在掺加 2‰ 引气剂之前，混凝土的抗压强度随着引气剂的增加而增大，在掺加 2‰ 引气剂之后，混凝土的抗压强度随着引气剂掺量的增加而降低。

2.3 引气剂掺量对混凝土的抗碳化性能的影响

表5 和图3 表示不同引气剂掺量对混凝土的抗碳化性能的影响。

表5 混凝土碳化深度检测结果 mm

图3 引气剂掺量对混凝土的抗碳化性能的影响

从图表中能够看出，随着掺加 2‰ 引气剂的混凝土抗碳化性能最好，不掺加引气剂掺量的混凝土抗碳化能力次之，且随着引气剂掺量的增加，混凝土的抗碳化能力减弱。这是因为掺加 2‰ 引气剂掺量的混凝土其抗压强度最大、结构最密实，故其抗碳化能力最强，随着引气剂掺量的增加，混凝土的抗压强度降低，混凝土中含有大量的气泡导致二氧化碳能够快速的进入混凝土内部，降低混凝土的抗碳化能力。

2.4 引气剂掺量对混凝土的抗冻性能的影响

表6 和图4 表示不同引气剂掺量对混凝土的抗冻性能的影响。从表图中能够看出，掺加 5‰ 引气剂掺量对混凝土的抗冻性极其不利，在冻融循环 180 次，其质量损失已经达到了 1.4%；掺加 2‰ 引气剂掺量对混凝土抗冻性最好，掺加 1‰ 引气剂掺量对混凝土的抗冻性次之，且随着引气剂掺量的增加，混凝土的抗冻性能减弱。这是因为掺加较多的引气剂导致大量的气泡存在混凝土内部，导致混凝土内部较为疏松，大量的水分能够较快的进入到混凝土内部，最终加速了混凝土的破坏。

表6 混凝土的质量损失率检测结果 %

图4 不同引气剂掺量对混凝土的抗冻性能的影响

3 不同掺量引气剂对混凝土孔结构的影响

图5 表示不同引气剂掺量对混凝土孔结构的影响，从图中能够看出，掺加 2‰ 引气剂掺量的混凝土孔隙率最小，掺加 5‰ 引气剂掺量的混凝土孔隙率最大；掺加2‰ 引气剂掺量的混凝土的最可几孔隙最小，掺加 5‰引气剂掺量的混凝土最可几孔隙最大，且掺加 5‰ 引气剂掺量的混凝土大于 300A 的孔明显增多。这也解释了为什么掺加 2‰ 引气剂掺量能提高混凝土的抗压强度、抗碳化性能以及抗冻性。