淺議引氣劑在水工混凝土中的作用與應(yīng)用

1、    淺議引氣劑在水工混凝土中的作用與應(yīng)用             摘要：介紹了混凝土凍融破壞的機理、引氣劑的抗凍作用及過程、引氣劑的技術(shù)經(jīng)濟效益、引氣劑對混凝土強度的影響及引氣劑摻量與混凝土各項指標的關(guān)系，指出了摻引氣劑混凝土施工時應(yīng)注意的問題。    關(guān)鍵詞：引氣劑；水工混凝土；作用與應(yīng)用    水電工程中采用的混凝土，根據(jù)其結(jié)構(gòu)部位及工作條件，應(yīng)滿足抗壓、抗凍、抗?jié)B等各項指標及施

2、工和易性要求，以上各項技術(shù)指標既影響結(jié)構(gòu)的安全和使用使命，也影響工程造價，在甘南地區(qū)影響水工混凝土使用壽命的一項指標是抗凍性，在水工混凝土中摻合引氣劑是混凝土達到設(shè)計使用壽命的一個有效途徑。本文就引氣劑在水工混凝土中的作用與用途談點粗淺的看法。    根據(jù)國際標準化組織（ISO）關(guān)于“混凝土砂漿及灌注用靜漿外加劑的定義及分類”中規(guī)定，引氣劑是指“能在混凝土或砂漿中形成細小的均勻分布的并在硬化后仍能保持空氣微泡的外加劑，這種外加劑引進的氣孔是分散性的氣泡，尺寸0.050.25mm，它對水泥凝結(jié)和硬化速度的改變不顯著”。    1混凝土凍

3、融破壞的機理    混凝土早期受凍時，其內(nèi)部必然有大量的可凍水，水由液相轉(zhuǎn)為固相，體積要增大9%左右，它勢必導(dǎo)致混凝土的體積膨脹，這種體積變化可稱為凍脹變形，它的特點是融解后不能完全恢復(fù)原形而殘留部分變形，這種殘留變形又稱為殘余變形。凍脹變形和殘留變形是混凝土在早期受凍過程中由于凍水引起的內(nèi)部結(jié)構(gòu)損失（內(nèi)部結(jié)構(gòu)出現(xiàn)裂紋強度受損）和外表體積變化最直接的綜合表現(xiàn)，成冰過程由于膨脹所產(chǎn)生的應(yīng)力（按8Mpa/mm2計算）已超過水泥漿的抗拉強度，不可避免地造成破壞，這就是凍脹應(yīng)力造成的混凝土結(jié)構(gòu)破壞。    2引氣劑的抗凍作用及過程 

4、   引氣劑是表面活性物質(zhì)，它的最大特點之一是提高混凝土的抗凍性。引氣劑能提高混凝土的抗凍性，是由于混凝土中有微小分散的空氣泡存在，以及由此發(fā)生的材料結(jié)構(gòu)上的變化，使混凝土拌合物總的體積含水量減少，單位體積中開口的毛細管數(shù)量也減少，這些氣泡阻塞了毛細管彼此之間的聯(lián)絡(luò)通道，使毛細管網(wǎng)成為被隔開的礦化空氣泡。同時表面活性物質(zhì)在管壁上吸附，并使其憎水化，混凝土具有這種結(jié)構(gòu)時，混凝土內(nèi)凍結(jié)水分的破壞作用就難以實現(xiàn)。這是因為毛細管吸附力比不摻引氣劑時小得多，浸入飽和會受阻礙。另外，如果含有空氣泡的混凝土中開口毛細管部分被水填塞，那么當(dāng)水分在毛細管中結(jié)冰時，由于毛細管中存在著礦化空氣泡

5、，結(jié)冰時膨脹水分可以從毛細管中被擠到由空氣泡組成的而且被薄的礦化膜和毛細管分開的后備地帶膨脹腔中去，從而起到卸壓和緩沖的作用，使混凝土結(jié)構(gòu)免遭破壞。當(dāng)冰融化時，表面張力作用又將水排回到毛細孔中，氣泡就如同一個永久的安全閥一樣對混凝土內(nèi)部結(jié)構(gòu)繼續(xù)起到保護作用。    使用引氣劑時，由于混凝土內(nèi)部結(jié)構(gòu)改變而使混凝土抗凍性能提高的表現(xiàn)歸納起來有4個方面：（1）由于降低了水灰比（引氣劑或引氣減水劑都具有一定的減水能力），混凝土中水泥砂子的密實度得到提高；（2）由于減少了混凝土拌合物的體積含水量，混凝土中沉陷毛細管的體積減少；（3）由于毛細管通道被礦化空氣泡阻塞，毛細管壁表

6、面憎水化以及開口孔隙轉(zhuǎn)變?yōu)殚]塞狀態(tài)，使毛細管吸附力降低；（4）以閉塞氣泡形式存在于膨脹體系中的空氣泡于水分凍結(jié)時對壓力的局部增加起到緩沖作用。    3引氣劑的技術(shù)經(jīng)濟效益    長期以來，有關(guān)引氣劑的技術(shù)效果介紹得很多，但可綜述為：    （1）由于引氣劑的分散潤滑及減水作用顯著而改善混凝土的工作性與和易性。（2）由于引氣劑氣泡的滾珠潤滑作用，提高了混凝土的可泵性。（3）由于引氣劑的表面吸附作用，水泥漿黏度提高，可明顯提高混凝土泌水沉降收縮。（4）摻用引氣劑的混凝土由于需水量減少，毛細孔率也明顯降低，混

7、凝土中的毛細孔通道被微小氣泡切斷，使混凝土抗?jié)B性能得到提高。（5）適量的氣泡能緩沖混凝土中因凍融產(chǎn)生的膨脹應(yīng)力，使混凝土的抗凍標號提高數(shù)倍。（6）混凝土的抗腐性能很大程度取決于自身的滲透性和密實性，因此，摻用引氣劑的混凝土抗腐性也有明顯的提高。（7）近期研究發(fā)現(xiàn)，由于引氣劑的微小氣泡可有效地隔離水泥粒子在分散后重新吸附，因此用于預(yù)拌混凝土可降低混凝土坍落度經(jīng)時損失率。摻用引氣劑的混凝土結(jié)構(gòu)物由于耐久性的提高，使用期延長，所    帶來的經(jīng)濟效益更無法估算。    4引氣劑對混凝土強度的影響    “混凝土

8、引氣會降低強度”這是多年來許多工程設(shè)計人員的觀念，加之許多資料中強調(diào)含氣量增加1%，抗壓強度會降低34%。因此得出了摻用引氣劑不能保證混凝土施工質(zhì)量的結(jié)論，實踐證明上述觀點是很不全面的。    4.1混凝土強度不僅跟含氣量有關(guān)，也與引入氣泡的結(jié)構(gòu)和孔徑有關(guān)，經(jīng)測試分析，較細密穩(wěn)定的微小氣泡基本都是無害孔（孔徑50m以下），對混凝土強度影響極小。    4.2水膠比是影響混凝土強度的主要因素，引氣劑有一定的減水功能，其減水率可達10%，因此應(yīng)選用水膠比較低的引氣劑，水膠比減少1%，混凝土強度可增加24%，這是引氣劑不會降低混凝土強度的原

9、因之一。    4.3混凝土結(jié)構(gòu)中水灰比分布是不均勻的，坍落度較低時，粗骨料下方易集中泌水，不但會影響抗壓強度，對混凝土抗折強度影響更大，而摻用引氣劑后，上述情況得到改善，十分有利于混凝土強度的提高。    4.4引氣劑對混凝土強度的影響還與引入的氣泡數(shù)量有關(guān)。研究證明，較低標號的混凝土含氣量即使達到5%，也不會影響強度，而C50、C60高強度混凝土則通過調(diào)整引氣劑摻量，將含氣量控制在3%左右，對強度亦不會產(chǎn)生影響。    4.5引氣劑對混凝土和易性的改善，易密實和泌水率的降低，減少了混凝土界面缺陷引起的

10、強度降低。    5引氣劑摻量與混凝土各項指標的關(guān)系    松香聚熱物引氣劑摻量與混凝土含氣量的關(guān)系如表5-1。    用相同比例配制混凝土?xí)r，混凝土的水灰比越大引氣量越大。表5-2是相同砂率（41%），相同的用水量（155kg/m3），松香類引氣劑摻量3/10 000時，不同水灰比的混凝土含氣量。    混凝土的砂率越大，摻相同比例的引氣劑，經(jīng)攪拌產(chǎn)生的含氣量越多。表5-3是水灰比相同（0.42），單方用水量相同（155kg/m3），引氣劑的摻量為3/10 000時，不同砂

11、率配制混凝土的含氣量。    從表53可以看出，砂率越大，引氣量越多。在配制抗凍混凝土?xí)r，為了保持較多的含氣量，宜適當(dāng)加大砂率。    不同細度模數(shù)的砂，對混凝土含氣量也有一定的影響。表5-4是用相同水灰比（0.42），相同砂率（41%），引氣劑的摻量為3/10 000時，不同細度模數(shù)的砂配制的混凝土的含氣量。    從表54可以看出，砂子太粗或太細均會使混凝土的和易性變差，不利于裹住較多的氣泡，因此，配制防凍混凝土最好用小砂，有利于氣泡的穩(wěn)定性。    6摻引氣劑混凝土施工

12、時應(yīng)注意的問題    6.1摻引氣劑的混凝土在攪拌時應(yīng)較常規(guī)混凝土增加30s左右，以利于氣泡充分形成。另外，溫度對氣泡的形成    與穩(wěn)定關(guān)系也很大，溫度高時氣泡膜不穩(wěn)定，形成的氣泡少且不穩(wěn)定，而在低溫下拌制的防凍混凝土可以形成較多且穩(wěn)定的氣泡，配制出性能較優(yōu)的防凍混凝土。    引氣混凝土在施工時，以機械拌和為宜，澆筑時振搗時間不宜過長，振搗時間太長會使氣泡逸出太多，不利于混凝土的防凍性能；振搗方式也應(yīng)注意，振動臺振搗與高頻振搗棒插入振搗比較起來，高頻振搗對混凝土含氣量損失較大；另外采用泵送的施工方法，由于泵壓的作用也會引起混凝土含氣量的損失。引氣混凝土養(yǎng)護以覆蓋灑水養(yǎng)護為宜，嚴禁蒸氣養(yǎng)護。    以上這些影響又因材料種類、骨料級配及引氣劑的品種不同而不同，因此施工方法和材料確定以后，在選擇引氣劑時一定要通過模擬現(xiàn)場施工條件的試驗，以便保證使用效果。    參考文獻    1姚治邦.水工建筑材料常用配方及工藝M.南京：河海大學(xué)出版社，1989.6.    2王世芳.建筑