張 瑋，王鐵強，潘全路，趙繼勛

(河北省水利水電科學研究院，石家莊 050000)

水工混凝土主要指用于水利水電工程中的混凝土。一般來講，水工混凝土建筑體積巨大，且直接與水接觸，它以耐久性為首要設計指標，這種混凝土有可能為基礎設施工程提供100年以上的使用壽命，這就要求混凝土具有很高的耐久性。如今外加劑已經(jīng)成為混凝土中必不可少的第五元素，它在很大程度上提高了混凝土的耐久性、強度與適應性，引氣劑的研發(fā)和生產(chǎn)已經(jīng)逐步變成了外加劑領域的一個熱點。有種觀念認為引氣劑會降低混凝土的抗壓強度，而且由于氣泡的存在，會使混凝土表面在硬化后留下微小孔洞，使混凝土表面變得粗糙不光潔，并且引氣劑的加入會使混凝土中存在許多氣泡，使混凝土內(nèi)部變得不密實，這與要求混凝土插搗密實恰好相反。其實這種認知是不合理也是不恰當?shù)?。適量合理地加入引氣劑不僅不會影響混凝土的工作性能和耐久性能，同時引氣后形成相互獨立的、微小的氣泡被均勻穩(wěn)定地引入到混凝土中，這就像滾珠軸承的作用，將顯著改善混凝土拌和物的和易性，并極大地抑制了混凝土泌水和離析現(xiàn)象的發(fā)生。引氣劑的加入能使混凝土的含氣量達到3%以上。引氣劑引入到混凝土中穩(wěn)定存在的氣泡是相當微小的，其直徑約為20～1000 μm，由于各個氣泡被彼此隔離，切斷了混凝土由于硬化收縮產(chǎn)生的毛細孔通道，使外部水分不易滲入，可減緩其水分結冰膨脹的作用，從而提高混凝土的抗凍融循環(huán)能力［1］。在總的膠凝材料用量及單位用水量不變的條件下能使混凝土的抗凍性提高到F100以上。水工混凝土大多與多水環(huán)境接觸，這就要求混凝土具有較強的抵抗冰凍破壞的能力及較高的抗?jié)B等級，引氣劑已成為水工混凝土配合比設計不可缺少的組分。

1 試驗原材料及配合比

1.1 試驗原材料

混凝土試拌采用P.O42.5水泥、Ⅱ級粉煤灰，細骨料為天然河砂，粗骨料為人工碎石，二級配石子20～40mm與5～20mm選用質量比為6∶4。水膠比定為0.44，粉煤灰摻量為23%，采用GK-3000(液體)減水劑、GK-9A引氣劑 (膏狀)。水泥與引氣劑檢驗結果見表1、表2。

表1 水泥的檢驗結果

表2 GK-9A(膏狀)引氣劑檢驗結果

1.2 試驗配合比

試驗采用是否摻入引氣劑，然后按表3的配合比成型混凝土試件。試驗通過調節(jié)減水劑的摻量，研究泌水與不泌水時摻引氣劑對水工混凝土工作性能、力學性能和耐久性能的影響。

表3 混凝土配合比 單位:kg/m3

2 引氣劑對水工混凝土工作性能的影響

混凝土工作性能按《水工混凝土試驗規(guī)程》(SL 352—2006)進行測試。摻與不摻引氣劑混凝土坍落度結果如圖1所示。

從圖1可以看出，摻入引氣劑后，混凝土拌和物的坍落度明顯增大。不泌水且不摻引氣劑時混凝土拌和物坍落度為160 mm，摻入0.003%的引氣劑后，坍落度增大至180 mm;泌水混凝土由于保水性不好出現(xiàn)離析、露石，拌和物坍落度為140mm;加入引氣劑后，泌水現(xiàn)象與拌和物和易性有所改善，同時坍落度達到165mm。這說明一定摻量的引氣劑可以改善混凝土的工作性能，同時從拌和物的狀態(tài)來看，對混凝土泌水現(xiàn)象有一定的抑制作用。

圖1 引氣劑對混凝土工作性能的影響

圖2 引氣劑對混凝土泌水率的影響

引氣劑用以在新拌混凝土中引入一定量的氣泡，有效地改善了混凝土內(nèi)部的孔結構。由于小氣泡均勻穩(wěn)定地分布在混凝土中能起到滾珠軸承的作用，從而改善混凝土拌和物的流動性，增加其坍落度。

3 引氣劑對水工混凝土泌水的影響

混凝土拌和物從澆筑之后到開始凝結期間，由于各組成材料的密度不同，如果配比不合理、黏聚性差，會出現(xiàn)骨料和膠凝材料下沉、水分上浮現(xiàn)象，在已澆筑的混凝土表面析出水分。此現(xiàn)象稱為泌水［4］。泌水的通道產(chǎn)生于水泥漿與固相骨料之間，同時伴隨著泌水現(xiàn)象而出現(xiàn)。泌水現(xiàn)象對于混凝土耐久性的影響，主要在于水分從混凝土內(nèi)部分泌到其表面以后，在混凝土中形成了由內(nèi)而外的細小通道。而這些通道首先降低混凝土的抗?jié)B透能力，而且對于混凝土的抗?jié)B透性能的影響非常大，這一點必須引起足夠的重視，并積極采取有效措施加以解決落實。

混凝土泌水率按《水工混凝土試驗規(guī)程》 (SL 352—2006)進行測試。不同配比的泌水結果如圖2所示。

從圖2可以看出，配比編號為Z-1的混凝土泌水率為35%，配比編號為Z-2的混凝土泌水率為20%，配比編號為M-1的混凝土泌水率為63%，配比編號為M-2的混凝土泌水率為45%。水分從混凝土內(nèi)部泌出到表面，需要經(jīng)過較長的距離，猶如經(jīng)過彎彎曲曲的微細水管，最后到達表面。如果各種材料顆粒級配好，堆積密實，孔隙微細，則水分泌出需要經(jīng)過的距離很長，會使泌水量減小;或者水分泌出的通道被阻斷，泌水量也會減?。?-6］。由于引氣劑的作用在混凝土攪拌過程中能使其包裹大量微小的氣泡，而這些微小的氣泡又能穩(wěn)定地存在于混凝土體內(nèi)，切斷混凝土中毛細孔通路，或者延長水分泌出的通道從而達到抑制混凝土泌水的作用。

4 引氣劑對水工混凝土抗氯離子滲透性能的影響

該試驗采用NEL法評價氯離子擴散系數(shù)，評價標準見表4，數(shù)據(jù)分析見表5。

表4 NEL法評價氯離子擴散系數(shù)標準

表5 泌水與不泌水氯離子滲透性

由數(shù)據(jù)統(tǒng)計結果可看出編號Z-1和編號M-1的試塊處于同一水平，編號Z-3和編號M-3的試塊處于同一水平，從配比來看，Z-1是壓力泌水率較小不加引氣劑的配比，Z-3是壓力泌水率較小加引氣劑的配比，M-1是壓力泌水率較大不加引氣劑的配比，M-3是壓力泌水率較小加引氣劑的配比。由各個配比對比分析可得出以下結論:

a.Z-1＜M-1、Z-3＜M-3，泌水會降低混凝土的抗?jié)B性能。

b.Z-1＞Z-3、M-1＞M-3，混凝土中存在穩(wěn)定均勻的氣泡會提高其抗?jié)B性能。

5 引氣劑對水工混凝土抗凍融性能的影響

混凝土抗凍融性能按《水工混凝土試驗規(guī)程》(SL 352—2006)進行測試。摻與不摻引氣劑的混凝土抗凍融性能試驗結果見表6。

表6 混凝土200次快速凍融試驗結果

從表6可以看出，摻引氣劑混凝土試件均能達到200次凍融循環(huán)。不泌水時，不摻引氣劑的混凝土試件質量損失率與摻引氣劑試件接近，但相對動彈性模量低于破壞值;泌水時，雖然不摻引氣劑的混凝土試件質量損失率與摻引氣劑試件接近但都較大，不摻引氣劑的混凝土試件相對動彈性模量低于破壞值，即達不到200次凍融循環(huán)的要求。

引氣劑的引氣作用可以在新拌混凝土中引入一定量的氣泡，有效地改善混凝土內(nèi)部的孔結構，從而提高混凝土的力學性能。引氣劑的加入，使得混凝土內(nèi)部的孔間距變小，對混凝土受凍時的破壞力起緩沖作用，從而提高混凝土抗凍性。

6 結論

a.引氣劑具有增加混凝土坍落度、改善混凝土工作性能的作用。

b.引氣劑的加入可以有效降低混凝土的泌水率。

c.引氣劑的加入可以降低混凝土氯離子滲透性能，提高混凝土的抗?jié)B性能。

d.引氣劑的加入可以提高混凝土抗凍融破壞的性能。

e.引氣劑作為混凝土外加劑中一個重要獨立的品種，它在不至于大幅度降低混凝土強度的前提下為提高混凝土抗凍融性能提供了有效可行的方法，同時對改善混凝土拌和物工作性能、抑制混凝土泌水和提高混凝土抗?jié)B性能也有很大作用，具有很大的經(jīng)濟價值和社會效益。

［1］馮浩，朱清江.混凝土外加劑工程應用手冊［M］.北京:中國建筑工業(yè)出版社，1999.

［2］GB 8076—2008.混凝土外加劑［S］.北京:中國標準出版社，2008.

［3］SL 352—2006.水工混凝土試驗規(guī)程［S］.北京:中國水利水電出版社，2006.

［4］柯昌君，程從密.混凝土泌水的成因及其控制［J］.建筑技術開發(fā)，2004(4):39-41.

［5］徐峰.混凝土泌水及減少泌水的措施［J］.混凝土及加筋混凝土，1989(6):14-15.

［6］劉加平，等.外加劑改進混凝土泌水的試驗研究［J］.混凝土與水泥制品，2004(4):14-16.