王松亮，孫琳，劉先國，婁躍恒

（徐州中聯混凝土有限公司，江蘇 徐州 221100）

0 前言

近年來，隨著“一帶一路”戰(zhàn)略的提出，西部地區(qū)及海洋領域的建設與發(fā)展越來越受到國家的重視，一大批重大基礎工程正在建設或規(guī)劃中[1]。這些區(qū)域環(huán)境復雜，晝夜溫度變化巨大，尤其海水中侵蝕性離子種類多且含量高；上述因素都對混凝土的耐久性能提出了更高的要求。但受到本身固有屬性的影響，混凝土容易在外界荷載與環(huán)境的影響下出現開裂；而這些被認為對混凝土結構承載性無害的裂縫將成為外界侵蝕性介質的進入通道，從而對混凝土的耐久性產生負面影響[2,3]。

在低溫寒冷環(huán)境下，混凝土中的水分發(fā)生液—固相變而產生體積膨脹，最終導致混凝土結構被破壞[1,4]。引氣劑可以在混凝土拌合物中引入大量微小、封閉而穩(wěn)定的氣泡，緩解水分液固—相變產生的膨脹應力，提高混凝土抗凍性能[4]。常用的引氣劑種類有松香樹脂類鈉鹽化物、烷基苯磺酸鹽類、脂肪醇類、木質素磺酸鹽類、天然皂類等。其中天然皂類引氣劑引氣效果良好，但受資源制約，成本過高；松香樹脂類鈉鹽化物因反應程度不同，質量差異較大；烷基苯磺酸鹽類、脂肪醇類、木質素磺酸鹽類引氣劑引入的氣泡較大，穩(wěn)定性較差[5]。這些不利因素制約了引氣劑的使用。

納米 SiO2粉體是混凝土研究中常用的納米改性劑，具有良好的火山灰活性、晶核作用和微集料效應，能有效改善混凝土性能[6]。本文擬通過在抗凍融混凝土中摻入納米 SiO2，研究其對混凝土性能的影響。

1 原材料

（1）水泥：淮海中聯 P·O42.5 水泥，標準稠度需水量比 28.2%，28d 抗壓強度 54.1MPa。

（2）粉煤灰：國華Ⅰ級灰，45μm 方孔篩篩余6.8%，28d 活性指數 78%。

（3）礦粉：徐鋼 S95 級礦粉，流動度比 96%，28d活性指數 99%。

（4）河砂：Ⅱ 區(qū)中砂，含泥量 1.5%，細度模數2.6。

（5）碎石：公稱粒徑 5～31.5mm 碎石，含泥量0.5%。

（6）水：市政自來水。

（7）減水劑：蘇博特 PCA-1 聚羧酸減水劑，減水率 19.0%。

（8）引氣劑：十二烷基硫酸鈉，白色粉末狀固體。

（9）納米 SiO2：上海德固賽，粒徑范圍 10～50nm，二氧化硅純度 99%。

2 試驗方法

在抗凍融混凝土內摻入納米 SiO2以改善混凝土性能。調整納米 SiO2摻量，檢測混凝土性能變化。試驗以強度等級 C35、抗凍等級 F200 的抗凍融混凝土配合比為基準配合比，具體配合比見表1。

表1 試驗用 C 35 F 200 基準配合比.g/m3

混凝土性能檢測參照 GB/T 50080—2016《普通混凝土拌合物性能試驗方法標準》、GB/T 50081—2002《普通混凝土力學性能試驗方法標準》及 GB/T 50082—2009《普通混凝土長期性能和耐久性能試驗方法標準》的相關規(guī)定執(zhí)行。

3 試驗結果與討論

3.1 混凝土工作性能檢測結果

在基準配合比中摻入納米 SiO2，調整納米 SiO2的摻量，配制混凝土并檢測混凝土拌合物工作性能，檢測結果如表2 所示，其中0 號試驗未摻加引氣劑。

表2 混凝土拌合物工作性能檢測結果

圖1 混凝土拌合物工作性能檢測結果

由表2 和圖1 可知，摻入引氣劑后混凝土拌合物的工作性能有所提高，這是由于引氣劑引入的大量微小氣泡能起到類似于滾珠的作用，可提高混凝土拌合物的流動性[4]；引氣劑與納米 SiO2同時摻入，混凝土拌合物的含氣量基本無變化，而坍落度與擴展度大幅降低。納米SiO2可以細化漿體中氣泡的孔徑，使氣泡數量增加；但與水泥等膠凝材料相比，納米 SiO2具有更大的比表面積，對水分有較強的吸附作用，使得混凝土拌合物中自由水減少，流動性降低[2]。

3.2 混凝土力學性能檢測結果

采用 3.1 中混凝土拌合物制作抗壓強度試塊，經標準養(yǎng)護后檢測混凝土的抗壓強度，試驗結果如表3 所示。

結果表明：摻入引氣劑后，混凝土力學性能因含氣量上升而有所下降；摻入納米 SiO2后，混凝土力學性能隨其摻量的增加而提高。納米 SiO2顆粒微小，具有很高的火山灰活性，可與水泥水化產生的 Ca(OH)2反應生成 C-S-H 凝膠，從而提高混凝土強度[2,5]；同時納米SiO2作為改性劑，可以細化引氣劑引入氣泡的孔徑，減少有害孔數量，并使混凝土中孔隙分布更均勻，有利于混凝土強度提高。

表3 硬化混凝土力學性能檢測結果

圖2 硬化混凝土力學性能檢測結果

3.3 混凝土抗凍性能檢測結果

檢測試驗混凝土的抗凍性能，檢測結果如表4 和圖3 所示。

表4 混凝土質量損失率檢測結果 %

由結果可知，摻入引氣劑后，混凝土的質量損失率大幅降低；同時摻入納米 SiO2，混凝土的質量損失率有所下降，且下降幅度隨摻量的提高而增加。引氣劑引入的大量微小氣泡為混凝土內水的液固相變引起的體積膨脹提供了緩沖空間[1,4]；納米 SiO2的摻入使氣泡的孔徑細化，在混凝土中的分布更加均勻，對混凝土內水的相變引起的體積膨脹的緩解作用進一步提高，從而使得混凝土的抗凍性能有所提高。

圖3 混凝土質量損失率檢測結果

4 結論

（1）與膠凝材料相比，納米 SiO2具有更大的比表面積，摻入混凝土中將吸附大量的水，從而導致混凝土的工作性能大幅下降。

（2）納米 SiO2可以細化引氣劑引入氣泡的孔徑，使其在混凝土中分布更加均勻，混凝土的含氣量基本無變化，而抗壓強度有所提高；同時可以提高對混凝土內水的相變引起的體積膨脹的緩解作用，從而提高混凝土抗凍性能。