引气剂对混凝土气泡结构的影响研究

引气剂在混凝土的搅拌过程中会产生大量微小气泡，气泡的滚珠、润滑作用显著改善了混凝土的工作性^［1］，这些气泡还可以缓冲混凝土冻融循环过程中产生的膨胀应力，提高混凝土的抗冻性，同时，微小气泡可以切断混凝土中的毛细孔通道，从而改善混凝土的抗渗性能^［2-4］。因此，在国外引气剂被广泛应用于混凝土中，不掺加引气剂的混凝土被称为特殊混凝土。但我国引气剂的应用仍有很大的局限性。一方面是由于很大一部分工作者对引气剂的认识只停留在强度损失方面，另一方面是由于引气剂品种繁多，质量良莠不齐，质量差的引气剂会给工程带来不便^［5］。目前，表征混凝土气泡结构形态的参数通常有含气量、平均直径、气泡间距系数、比表面积、孔径分布、孔形状等，其中前3项是主要参数^［6-9］。但在实际工程中，人们往往用含气量来控制和评价引气效果，该方法虽然简单，但不能真实反映混凝土气泡结构，存在较大偏差。因此，本文通过对比研究国内常用的6种引气剂对混凝土气泡结构的影响，为高品质引气剂的推广应用有所裨益。

1　试验原材料与试验方法

1.1　原材料

水泥为小野田PⅡ52.5水泥；天然砂石集料，砂的细度模数为2.64；石子的粒径为5mm~25mm。试验中应用了6种引气剂，其主要性能指标见表1。

1.2　混凝土配合比

试验中，通过控制不同引气剂及其掺量成型出不同含气量混凝土，引气剂掺量为水泥质量的百分比，基准混凝土配合比为m水:m水泥:m砂:m石子=198:360:850:1030，测试每个配合比新拌混凝土含气量，以及28d硬化混凝土气泡结构参数。

1.3　试验方法

1.3.1　新拌混凝土含气量测试

参照国家标准GB/T50080-2016《普通混凝土拌合物性能试验方法标准》的有关规定测定新拌混凝土含气量。

1.3.2　混凝土气泡结构参数测试　

依据ASTMC457《Standard Test Method for Microscopical Determination of Parameters of the Air-Void Systemin Hardened Concrete》（硬化混凝土气泡参数显微镜测定方法标准），采用自主研发的水泥基材料孔结构的测试分析系统，测试混凝土气泡结构参数。

样品制备流程：成型→切割→打磨→抛光→提高孔及孔壁对比度。

应用软件Image-ProPlus6.0对图像进行处理，图像处理流程：原始RGB图像获取→图像增强→图像灰度处理→二值化→对象分割→测量→数据分析，具体过程参考文献^［10］。

2　试验结果及分析

2.1　新拌混凝土含气量与硬化混凝土含气量

图1显示了新拌混凝土含气量与硬化混凝土含气量的关系，如图1所示，掺加引气剂A、C、D的新拌混凝土含气量与硬化混凝土含气量具有很高的相关性，掺加引气剂F的新拌混凝土含气量与硬化混凝土含气量相关性较差，而掺加引气剂B、E的新拌混凝土含气量与硬化混凝土含气量则不存在相关性。分析其原因，引气剂品种繁多，质量良莠不齐，起泡容量及稳定性也千差万别，前期通过对比试验发现，不同引气剂的起泡容量、泡沫稳定性及气泡液膜强度存在显著差异。由此可见，仅仅通过测定新拌混凝土含气量来控制和评价引气效果，会存在较大偏差，还需要辅助其他检测指标来控制和评价引气剂的引气效果。

2.2　引气剂品种对气泡间距系数的影响

图2显示了新拌混凝土含气量相同下，引气剂品种对硬化混凝土气泡间距系数的影响。如图2（a）所示，虽然掺入引气剂A、B后新拌混凝土的含气量相同（3.5%），但掺加引气剂B的混凝土气泡间距系数较掺加引气剂A的混凝土大33μm。分析其原因，掺加引气剂A的混凝土硬化后含气量为2.62%，掺加引气剂B的混凝土硬化后含气量仅为1.95%，由于引气剂B的气泡稳定性差，硬化后含气量大大减少，导致其气泡间距系数偏大。如图2（b）所示，同样，掺加引气剂D的混凝土硬化后含气量为7.09%，掺加引气剂E的混凝土硬化后含气量仅为6.7%，虽然两者新拌混凝土含气量相同（7.2%），但掺加引气剂E的混凝土气泡间距系数较掺加引气剂D的混凝土大21μm。可见，当新拌混凝土含气量相同时，掺加不同品种引气剂混凝土的气泡间距系数也会存在显著差异。

2.3　引气剂品种对气泡平均直径的影响

    图3显示了新拌混凝土含气量相同下，引气剂品种对硬化混凝土气泡平均直径的影响。如图3所示，新拌混凝土的含气量相同，掺加不同引气剂混凝土的气泡平均直径也存在明显差异。如图3（a）所示，虽然掺入引气剂A、B后新拌混凝土的含气量相同（3.5%），但掺加引气剂B的混凝土气泡平均直径较掺加引气剂A的混凝土大21μm。同样，如图3（b）所示，掺入引气剂D、E后新拌混凝土的含气量相同（7.2%），但掺加引气剂E的混凝土气泡平均直径较掺加引气剂D的混凝土大23μm。可见，硬化混凝土气泡状态不能仅仅用新拌混凝土含气量这一个指标所表征。

2.4　引气剂品种对气泡孔径分布的影响

     图４、图５显示了不同引气剂对硬化混凝土气泡孔径分布的影响，如图４所示，虽然掺入引气剂A、B后新拌混凝土的含气量相同（3.5%），但两混凝土硬化后气泡孔径分布存在明显差异，与B相比，A的孔径分布更加合理，即在10μm~500μm孔径范围气泡孔隙率大，气泡多，在500μm~1600μm孔径范围气泡孔隙率小，气泡少；同样，如图5所示，与E相比，D的孔径分布更加合理，即在10μm~200μm孔径范围气泡孔隙率大，气泡多，在200μm~1600μm孔径范围气泡孔隙率小，气泡少，引入大量微小的气泡有助于减少混凝土的气泡平均直径及气泡间距系数，这与2.2节、2.3节结论是吻合的。

3　结　论

（1）引气剂品种对新拌混凝土含气量与硬化混凝土含气量的相关性具有显著影响，仅通过新拌混凝土含气量来评价掺加不同品种引气剂混凝土的引气效果，可能会存在较大偏差。

（2）当新拌混凝土含气量相同时，掺加不同品种引气剂混凝土的气泡平均直径、气泡间距系数、孔径分布存在显著差异，新拌混凝土的含气量这一指标并不能完全反映硬化混凝土内部气泡的状态及分布。

（3）使用优质引气剂，硬化混凝土中气泡平均直径较小，气泡间距系数较小。用含气量和气泡间距系数双控有利于选择优质引气剂或引气减水剂。

参　考　文　献

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来源：《粉煤灰综合利用》2017.04