混凝土引气剂是解决混凝土抗冻的“灵丹妙药”

　　在北方地区寒冷的冬季，混凝士产生冻融破坏的结果就在实际工程中，使用引气剂也有二十多年的时间了，地点包括新疆的阿勒泰、乌鲁木齐、塔城，甘肃兰州、嘉峪关，陕西西安、延安，内蒙古的呼和浩特、锡林浩特、海拉尔、包头，东北的长春、哈尔滨，北京等地。总之，作者有我国整个北方地区，在机场跑道和道路中使用引气剂的经验，涉及二十多个不同类型的工程。

　　1冻融破坏对工程的危害

　　图1和图2是我国北方几个地区民航机场发生冻融破坏的照片。在北方地区寒冷的冬季，混凝士产生冻融破坏的结果就是表面脱落，俗称掉皮。图1所示的两幅照片为北方某机场刚修建的道面(我国民航一般将”飞机跑道、停飞行的站坪、停机坪的路面称为道面)。经过一个冬天的掉皮情况，第一幅为全景照片，第二幅为局部放大图。从照片可以看出，该路面已基本不能使用。图2所示的混凝土路面是北方某--机场经过-一个冬天的破坏情况。尽管当时加了引气剂，实验室测定含气量为4%以上，抗冻融循环次数也做到了350次以上，但由于施工时水灰比掌握不好，使原计划的半干硬性混凝土在施工时变成了流动性混凝土。由此可见，引气剂掺量和实验室做出的抗冻融循环次数数据，对流动性混凝土实际工程的抗冻性可能没有帮助。图3所示的两幅照片为贵阳机场2008年春节期间突降百年不遇冰灾后机场道面的破坏情况。第一幅为全景照片，第二幅为道面破坏情况放大图。这种冻融破坏发生在南方极为罕见，给机场的飞行安全造成严重威胁。从以上照片可以看出，冰冻破坏一般表现为混凝土3~5mm砂浆层在冬季发生脱落。脱落的面积有大有小，大的整块板全部脱落，以至新修的道面无法使用，直接报废。所以，抗冻问题是寒冷地区许多工程能否正常使用并保证其耐久性的关键。

　　2目前全世界对提高抗冻性的公认措施和方法一加入引气剂

　　加入引气剂提高混凝土中的含气量，可以大幅度提高抗冻能力，这一国际混凝土科技界公认的学术观点似乎从来没有被人怀疑过。表1是作者在我国不同地区、不同的工地所取得的试验数据，清楚表明了加入引气剂后混凝土中的含气量、抗冻融循环次数和混凝土各种性能指标之间的关系。根据表1可以分析得出如下结论:21砂率与含气量的关系当砂率在32%以下时，砂率的大小与含气量的大小关系很不明显，但可以确认是呈正比关系，即随着砂率的增加，含气量也在缓慢增加;但砂率处在32%至35%之间时，砂率的大小与含气量的大小关系很明显，即随着砂率的增加，含气量会明显增加;当砂率大于35%时，砂率的大小与含气量又找不到关系了，总结这个规律如图4所示。

　　2 2维勃稠度与含气量的关系

　　当维勃稠度(单位为秒，用s表示，下同)在8s以下时，维勃稠度与含气量的关系很不明显，但可以确认是呈反比关系，即随着维勃稠度的增加，含气量也在缓慢减小:但维勃稠度处在8s至18s之间时，维勃稠度与含气量的关系很明显，即随着维勃稠度的增加，含气量会明显减小:当维勃稠度大于18s时，维勃稠度与含气量又找不到关系了，总结这个规律如图5所示。

　　2 3混凝土性质与引气剂作用的关系由于干硬性混凝土维勃稠度--般都在18s以上。从图5中可以看出，加入引气剂以后，干硬性混凝土的含气量一般在2%以下，比不加引气剂的普通混凝土的含气量略高或持平。尽管作者偶尔也能引入2%~2.5%的气来，但后来被证明是砂中含水量的误测。

　　在干硬性混凝土中加入引气剂无法引入我们所需要的含气量，其原因是什么呢?主要有:影响含气量的主要因素是坍落度大小，坍落度越大，同等条件下，含气量越大:其次是水灰比，水灰比越大，同等条件下含气量也越大。次要因素还有引气剂的品质与含量，砂子的含泥量等。水灰比和坍落度决定了含气量的大小，而干硬性混凝土基本上是没有坍落度的，水灰比也极低。这种情况下引不出气来就不难理解了。所以，在真正的干硬性混凝土中无法达到能增加其抗冻性的含气量来，这是作者在工程实践中得出的重要结论。作者在我国不同的地方、不同的工程中，使用过许多不同的引气剂产品，有时为了能增加含气量，采用不断加大引气剂含量的办法，这种办法对干硬性混凝土来说，并没有明显效果。也就是说，用加入引气剂的方法来提高干硬性混凝土的抗冻性能，是没有明显效果的。但加入引气剂，对提高半干硬性和塑性混凝土的抗冻性能，效果是明显的:对提高流动性混凝土的抗冻性能，又没有明显效果。图2所示的照片就说明了这一点。作者总结这个规律如图6所示。

　　以上结论与当前学术界公认的观点有所不同。以上我们已经证明引气剂对提高干硬性和流动性混凝土的抗冻性没有效果，那么我们在有抗冻要求的工程结构施工中，是不是不提倡使用呢?它真的抗冻能力差吗?我们如何用最好的方式来提高工程结构的抗冻性呢?必须使用半干硬性或塑性混凝土吗?必须加入引气剂吗?下面我们对这个问题进行探讨。

　　3冻融破坏的机理简述

　　混凝土是一种带孔结构的材料，内部有不少肉眼可见与不可见的微小裂缝和孔隙。在遇雨和有水的环境下，水就会沿着这些孔隙和微小裂缝渗透到混凝土内部，渗透的大小用渗透率来表示。在我国北方地区的冬天，渗透到混凝土中的水在夜晚环境零度以下温度时就会结冰，结冰后体积膨胀就会对混凝土产生拉应力，当这个拉应力大于其抗拉能力时表面就会发生破坏，这就是冻融破坏的原理和过程。我们用抗冻融循环次数来表示抗冻能力的大小。

　　4对提高实体工程抗冻能力方法和措施的研究.

　　我们刚刚论述了产生冻融破坏的原因主要是外界的水渗入到了混凝土中的孔隙和细小的裂缝中。那么我们就可以根据这个原理，提出一些方法和措施来提高抗冻能力:①提高混凝土密实度，减少混凝土内部的孔際率和微小裂缝;②提高混凝:士表面的抗拉能力，使之能产生更大的阻力来抵抗冻融破坏时的拉应力:?在混凝土中加入引气剂，可以提高部分品种的混凝土的抗冻能力。我们还可以在这里做-一个没有科学性的设思:假如在混凝土中消灭了孔際，其自身就不会存在冻融破坏的问题。而这是做不到的，但我们可以通过各种措施，尽可能地提高密实度，减少孔際率。也可以达到提高抗冻能力的目的，而这在实际工程中是可以做到的。影响混凝土密实性的因素主要有:①水灰比:②配合比:③水泥品种及矿物成分组成:④粗细骨料的级配、含泥量及用量等:?施工时的外界气象环境条件:?施工工艺等。影响表面抗拉能力的因素主要有:①抹面遍数:②表面砂浆厚度:③表面微小裂缝，④搅拌时间和均匀程度等。影响含气量大小的因素有:①坍落度;②水灰比:?骨料的含泥量等。以上就是作者总结的影响抗冻能力的因素。我们找到了这些影响因素，自然就能找到提高抗冻能力的方法和措施。事实上对一个具体的实体工程来说，其抗冻能力的大小是由以上几种因素或十几种因素组合影响后形成的。鉴于学术界对引气剂提高抗冻能力的迷信，作者在这里有必要强调的是，引气剂的作用是在混凝土孔腺中加入微小的气泡来提高抗冻能力。从上面的分析就可以将其理解为--种补救措施。也就是说提高密实度，减少孔隙率和微小裂缝、提高表面的抗拉能力和加入引气剂，都是提高抗冻能力的有效方法。加入引气剂，只是方法之--而已。混凝土是一个，系统的、复杂的科学。即使是找到了全部.的影响因素，也不--定能找到行之有效的解决问题的方法和措施。因为这些影响因素对同一个间题的影响不是同等的。往往由于工程的局限性，比如气候，原材料等(这种局限性儿乎在每-一个工程中都是存在的和不能避免的)，我们不可能对每-一个影响因素都能提出解决的方法。在这里我们还有必要对这种局限性做进一-步解释:对一个具体的工程来说，①环境是无法改变的:②水泥和其他原材料的改变可能会引起工程成本的上升，超出人们能容忍的范围:?施工工艺的改变也可能存在同样的问题。作者把这些影响因素分为主要因素，次要因素和一般因素。这种划分主要源于自己二十多年在北方地区的施工工程经验。一般情况下，只要解决了主要因素，次要婴因素在可控的范围，这个问题就基本解决了:相反，如果只抓住次要因素