引气剂对混凝土的影响

　　中文科技期刊数据库（引文版） 工程技术 2016 年 12 月 18 315 引气剂对混凝土的影响 程俊立 韩艳飞 河南省第二建设集团有限公司，河南 新乡 453000 摘要：气泡参数对引气混凝土抗冻融耐久性起着至关重要的作用。表征硬化混凝土气泡体系特征的参数主要有 3 个，即含气量、气泡平均半径和气泡间距系数。研究表明，气泡间距系数对混凝土抗冻性影响很大，气泡间距系数越小，混凝土抗冻性越好。Powers 提出，有抗冻要求的混凝土，其气泡间距系数不应超过 250μm，即气泡间距准则。但后续的研究表明，250μm的临界气泡间距系数不尽合理。 关键词：引气剂；混凝土；影响 中图分类号：T...

　　中文科技期刊数据库（引文版） 工程技术 2016 年 12 月 18 315 引气剂对混凝土的影响 程俊立 韩艳飞 河南省第二建设集团有限公司，河南 新乡 453000 摘要：气泡参数对引气混凝土抗冻融耐久性起着至关重要的作用。表征硬化混凝土气泡体系特征的参数主要有 3 个，即含气量、气泡平均半径和气泡间距系数。研究表明，气泡间距系数对混凝土抗冻性影响很大，气泡间距系数越小，混凝土抗冻性越好。Powers 提出，有抗冻要求的混凝土，其气泡间距系数不应超过 250m，即气泡间距准则。但后续的研究表明，250m的临界气泡间距系数不尽合理。 关键词：引气剂；混凝土；影响 中图分类号：TU528.042.4 文献标识码：A 文章编号：1671-5659(2016)12-0315-02 1 导言 混凝土耐久性是当今国内外混凝土领域的研究热点,而混凝土的抗冻性是混凝土耐久性研究领域最重要的组成部分之一,也是目前我国北方地区混凝土工程面临的最严峻的问题之一。 2 引气剂的工作机理 2.1 稳定机理 （1）引气剂是表面活性剂,能够明显降低液气界面张力,有助于减小气泡直径,形成稳定的微小气泡。这些小气泡能降低表面能其双膜间液体粘度较大,比重较轻,使气泡膜中液体的下流速度及渗出的过程极为缓慢,形成亚稳定的泡膜。在测定表面张力时还发现引气剂所成膜还具有表面弹性,这将使得气泡更具稳定性。 （2）使气泡表层液膜之间产生静电斥力作用,减少小气泡因靠近造成互相兼并成大气泡的现象,提高气泡的稳定性。同时增大了水化膜厚度及机械强度作用,减少了气泡的兼并与增大,提高了气泡表面粘度及液膜弹性。 （3）引气剂通过其极性基团可能吸附大量的水泥颗粒或者水泥水化颗粒使之沉积于气泡表面,使气泡实际上成了气-固-液三相气泡。固体颗粒罩盖薄膜使气泡表层膜厚度增大,机械强度和弹性提高。 2.2 抗冻机理 从物化知识可知:冰点是水和冰两相饱和蒸汽压相等的平衡点,这是水、冰自由能相等两相可以共存的惟一点。在热力学理论中有冰点下降 Kubelka 公式(2)T=2MTS/rQ(2)式中,TS 为正常冰点,270K;为水的表面张力系数 ,N/m;M 为 水 的 克 分 子 量 ,18.02mol; 为 水 的 密度,g/cm3;r 为冰晶半径,cm;Q 为水的融解潜热,J/g。公式中、Q、、M 都代入试验数值,可以求出和各负温对应的、微小冰晶可以稳定存在的尺寸下限,由此可判断:在材料内部在某指定温度下不冻水数量为一常数,可以看作材料总空隙率的函数。当结冰时,自由水的逃逸速度慢于结冰形成的膨胀速度,当水压超过混凝土抗拉强度极限时发生破坏。powers 通过研究相邻气泡的位置提出了透水容器壁模型,建立两气泡间的水泥浆薄层模型,水泥浆薄层的临界(半)厚度由公式(2)得出 Dcr=[2KB/0.09Wf(dm/dt)]1/2(2)式中,K 为容器壁渗透系数,m/s;B 为容器破坏压力,MPa;Wf 为混凝土中孔隙全部水量,m3;dm/dt 为为其随温度的变化率,1/K。在混凝土中掺入引气剂,通过改变混凝土中的孔径,在较小的引气量下,其抗冻性能大幅度的提升,而其对混凝土强度的影响又较小。 3 引气剂对混凝土的影响 3.1 加入引气剂对新拌混凝土的影响 3.1.1 改善了混凝土的和易性 由于引气剂的掺入,在混凝土中会引入大量均匀分布,相互独立的类球形微小气泡。大量的类球形气泡在混凝土中起到了滚珠的作用,而大量气泡又增加了浆体的体积、浆体粘度和屈服应力,因此混凝土拌合物的和易性得到了极大的改善和提高,坍落度与含气量关系如图 1 所示。掺入引气剂以后,在混凝土配合比设计上具有了一定的优点：由于引气剂具有一定的减水作用,在用水量一定的情况下,掺入引气剂能大大的提升混凝土的坍落度；或在坍落度和单位水泥用量相同的情况下,掺入引气剂能够大大减少单位用水量,从而增加了混凝土的密实性,提高了混凝土的耐久性。 3.1.2 影响抹面性能 泌水的减少可能会影响到混凝土表面的抹平加工,一般都会采用金属(一般为镁制或铝制)工具或是适当推迟抹面开始作业时间有助于减少这种不利影响。实际上,由于泌水小,经适宜加工更能保证引气混凝土表面的耐久性。随着实施工程技术和高层建筑的发展需要,混凝土的可泵性愈来愈重要。实际上,可泵性是混凝土工作性良好的一种特殊表现,由于引气剂增加了混凝土的内聚性和物料间的润滑作用,降低了胀流,使泵送时不会过度离析和泌水,因此加入引气剂可以可提高混凝土的可泵性。但泵送混凝土的含气量也不宜太高,过大的含气量会造成空气可压缩性提高产生不饱和状态,增加泵压损失、降低泵送效率。《混凝土外加剂应用技术规范》中规定此类混凝土的含气量一般要小于 6%。混凝土的可泵性还于混凝土的压力泌水量有关,在同样条件下,减少泌水可提高混凝土的可泵性。在国外和我国大部分城市 80%的泵送混凝土都含有引气剂成分。 3.2 加入引气剂对硬化混凝土性能的影响 3.2.1 改变混凝土的抗渗性能 黄士元教授研究表明,混凝土中引入 4%的含气量,可使混凝土的抗渗性提高约 15%以上。原因是引气剂改变了混凝土的孔结构体系,封闭了许多毛细孔通道,同时在水泥颗粒表面上形成憎水膜,以此来降低了毛细管的抽吸作用。许多引入封闭式小孔不能被水全部填充,多余的用来缓解物理膨胀或化学膨胀所造成的破坏,由于引气剂具有一定的减水作用,所以引气混凝土用水量减少,因而拌合物的离析和泌水性降低,使得混凝土中水分迁移的主要通道(连通的大毛细孔)减少,大量封闭的微小气泡的存在也破坏了毛细管的连续性,从而改善混凝土的抗渗性能。 3.2.2 影响了混凝土的力学性能 引气作用对混凝土的强度是不利的,但对混凝土抗住压力的强度与抗弯拉强度影响有差异。4.5%含气量的混凝土抗冻性指标都能达到 300～400 次。引气混凝土的折压比比普通混凝土提高约 20%,折压比的提高表明了混凝土的韧性提高和抗裂性提高。当混凝土在受压时,由于引气剂的掺入,引入了大量气泡使得受压面积减小而降低承载力,从而使抗住压力的强度降低。混凝土的含气量一定时,抗压强度的降低还受骨料粒形、最大粒径和单位水泥用量等因素的影响。粗骨料的最大粒径越大则混凝土抗压强度降低越小。混凝土抗弯拉强度主要是由骨料和硬化水泥浆体之间的界面薄弱程度决定的。在掺用引气剂时,由于引气作用减小沉降和泌水现象,使混凝土抗弯拉强度在含气量适当增大的情况下反而得到一定的改善。与普通混凝土相比,引气混凝土的弹性模量降低,含气量对弹性模量的影响与对抗压强度相近,正常的情况下不改变强度与弹性模量之间的关系。 3.2.3 提高了混凝土的耐久性 ①改善了混凝土的抗冻性 混凝土中气体的引入主要是为了改善混凝土的抗冻融 （下转第 317 页）