混凝土引气剂对混凝土气泡特征参数的影响“巨大”

　　摘要:对比研究了掺6种引气剂混凝土的含气量、气泡间距系数、孔径分布及气泡平均直径等气泡特征参数.结果表明，除个别引气剂外,掺不同引气剂的新拌混凝土,其含气量与硬化混凝土含气量及气泡间距系数之间不存在相关性;即使新拌混凝土含气量相同,掺加不同品种引气剂混凝土的气泡间距系数、孔径分布依然有显著差别.同一品种引气剂,随含气量增加,气泡间距系数先减小后增加,小气泡和气泡总数先增加后减少;含气量过大,气泡结构变差.用含气量来评价掺不同品种引气剂混凝土的抗冻性,可能会产生较大的偏差.

　　影响混凝土抗冻性的材料因素很多，其中引气作用最为重要.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、气泡平均直径和气泡间距系数,其中，气泡间距系数最为重要.这3个参数相互之间有一定的关系，含气量一定时，气泡越小,气泡间距就越小.Saucier等人口收集了许多数据,建立了新拌混凝土的含气量与硬化混凝土气泡间距系数的关系图,认为二者之间存在定量关系,即新拌混凝土的含气量(体积分数,后同)在相当大的程度上反映出混凝土中气泡体系的基本状况,可作为混凝土抗冻性的材料特征参数之一.由于气泡间距系数测试较困难,在实际工程中一般通过控制新拌混凝土含气量来保证混凝土的抗冻性.许丽萍等人[3]收集了国内外有关资料,对新拌混凝土和硬化混凝土的含气量进行了回归分析，发现二者之间存在一定的相关性.然而上述研究中绝大部分数据来源于国外相关文献的报导.引气剂在一些发达国家的应用肥有几十年的历史,应用技术比较完善,质量也比.较稳定,而我国的引气剂尚处于推广应用阶段,种类和牌号很多，质量良莠不齐.目前,对国内引气剂的性能及其对混凝土气孔特征参数的影响研究少之又少,开展此方面的研究对引气剂合理使用及其推广应用意义重大.笔者选取国内几种常见的引气剂，对比研究其气泡特征参数,希望对引气剂的推广应用有所帮助.

　　原材料及试验方法

　　1.1原材料

　　水泥:宝山水泥厂42.5级普硅水泥;砂:中砂,细度模数2.63;粗集料:5~20mm碎石，级配见表l.

　　引气剂选用了6中不同的牌号,分别是:SJ三萜皂甙引气剂;改性松香热聚物类引气剂(以B,C表示);合成引气剂，成分不详(以D表示);烷基磺酸盐类引气剂(以E表示);皂素类复合引气剂(以F表示).

　　1.2混凝土配合比(质量比)

　　水泥B水B砂B石=350B178B600B1 240引气剂按水泥用量的百分比(质量分数)掺加，不同引气剂掺量根据新拌混凝土的含气量调整,混凝土的坍落度控制在30~50 mm,低频振动台振动15s成型,测试新拌混凝土的含气量或成型试件用于测试硬化混凝土气泡特征参数.

　　1.3混凝土拌和物含气量测试

　　参照5普通混凝土拌合物性能试验方法6(GB/T50080)2002),采用SANYO直读式含气量测定仪测定含气量。

　　1.4硬化混凝土气孔参数测试

　　混凝土试件为10 cm 10 cm 10 cm的立方体,标准养护28d，切割成厚度为1~2 cm试件,经打磨、抛光、清洁并喷涂荧光剂,待干燥后放入试验台测试.在测试软件中，输入水泥浆体含量、测试范围阈值等参数,并用模板标定尺寸后，由硬化混凝.土气泡参数测定仪自动采集数据.本试样测试区域为60mm 60mm,气泡圆形度值取0.25,阈值取33.设置完成后,系统由COSMOS软件自动采集数据并自动计算得到结果.硬化混凝士气泡特征参数计算公式如下:.

　　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显示了新拌混凝士含气量A与硬化混凝土含气量A。的关系.从图可看到,并不是所有新拌混凝土和硬化混凝土的含气量存在相关性,除掺加SJ引气剂混凝土的拌和物含气量与硬化混凝土含气量存在相关性(相关系数R=0.927 1)外，其余三种分别掺B,C和E引气剂混凝土的拌和物含气量与硬化混凝土的含气量之间没有相关性.这与文献[3]得到结果存在差异，原因可能是其采用的数据大部分来源于国外的文献,而国内的引气剂品种较多,质量参差不齐,气泡的稳定性差别很大.对不同引气剂品种的匀质性对比试验也发现，不同引气剂的气泡高度和稳泡时间也存在很大的差异;此外，采用不同的振捣方式及时间,会使掺不同品种引气剂新拌混凝土和硬化混凝土含气量的差异更加明显4.

　　2.2硬化混凝土气泡间距系数

　　2.2.1引气剂品种对气泡间距系数的影响图2.显示了相同含气量(5.5?0.5)%)下，引气剂品种对混凝土气泡间距系数L的影响.即使新拌混凝土的含气量相同,掺加不同引气剂混凝土的气泡间距系数差别也很大，其中，用SJ引气剂的气泡间距系数为248Lm,比用其他几种引气剂的混凝土低得多;掺加引气剂B和C的混凝土最差,气泡间距系数分别达到了528 Lm和543 Lm.

　　图1?新拌混凝土含气量与硬化混凝土含气量的关系

　　图2?引气剂品种对气泡间距系数的影响

　　由于原材料、水灰比、成型方式及测试方法的不同,国内外研究者测得的气泡间距系数L存在一定的差异,建议的临界气泡间距系数也有所不同.本文仅对掺不同引气剂的混凝土的气泡特性参数进行比较试验,并不能为混凝土抗冻融破坏临界气泡间距系数提供依据.

　　2.2.2含气量A对间距系数L的影响

　　图3显示了掺加同一种引气剂(SJ)后，新拌混凝土含气量A对气泡间距系数的影响.可看到,掺SJ引气剂的混凝土，随含气量增大,气泡间距系数L先减小后增大;含气量过大,气泡间距系数反而增大，对混凝土抗冻反而不利.图4为采用不同品种引气剂的混凝土(包含不同振动方式)的含气量与气泡间距系数L的关系.对掺不同类型引气剂混凝土,新拌混凝土的含气量A与L之间不存在相关性.对于o些掺加劣质引气剂的新拌混凝土,即使含气量大于5.0%,L依然高达500 Lm;而掺加优质引气剂的混凝土经高频振捣后，尽管含气量损失很大,在硬化混凝土中，含气量于2.0%.但混凝土中损失的绝大部分是大气泡和夹杂气泡,大量微小气泡在硬化浆体中保留了下来,气泡间距系数L依然可以小至150 Lm.因此,用新拌混凝土含气量来比较掺不同品种引气剂混凝土的抗冻性,可能会产生较大的偏差.

　　图3?同品种引气剂(SJ)含气量对气泡间距系数的影响

　　图4?不同品种引气剂含气量与气泡间距系数的关系

　　三峡开发总公司试验中心研究也发现,经高频振捣后,大坝结构和大坝外部硬化混凝土的含气量只有2.3%左右，远低于设计要求的4.5%~5.5%,但平均气泡间距系数依然达到了300Lm左右.并以此推定,大坝结构和外部混凝土的抗冻性均能满足F 200的技术要求

　　2.3硬化混凝土气孔孔径d的分布

　　2 3.1不同品种引气混凝土的孔径分布

　　图5显示了不同引气剂对硬化混凝土孔径d分布的影响.可以看到,即使新拌混凝土具有相同含气量,采用不同引气剂的混凝土气泡结构有显著的差异.其中,用SJ引气剂的混凝土气泡总数和小于240 Lm的气孔，明显比其他5种引气剂多;大量微小气泡的引入有助于减小混凝土的气泡间距系数.这与2.2.1结论是吻合的.