气泡参数对混凝土抗冻性影响的研究进展

杨凡，田陆飞

(山东广信工程试验检测有限公司，山东 济南 250022)

混凝土因具有优越的性能而广泛应用于建筑、军工、水利、海工等工程。目前，针对不同的工程要求和施工条件，设计并制备出了多种不同性能和功能的混凝土，例如：轻骨料混凝土、高强混凝土、泵送混凝土、流态混凝土、防水混凝土、聚合物混凝土、喷射混凝土、纤维混凝土、沥青混凝土、耐火混凝土。这些混凝土对性能的要求更高。混凝土在搅拌时，会裹进一定数量的空气，使混凝土内部含有一定量的空气，当混凝土硬化后就会在内部形成大小不均匀的气孔，从而影响混凝土的强度和耐久性。

目前，改进混凝土强度和耐久性的方法有很多种，主要有提高水泥的质量、添加粉煤灰、调整各组分的配合比、将混凝土的孔隙重新进行调整级配，增减不同尺寸的孔并改变其数量。应用最多的方法是通过向混凝土中添加引气剂来改变硬化混凝土的气孔结构，从而达到提高混凝土耐久性的作用。引气剂的掺入，在混凝土中会引入大量均匀分布、相互独立的类似于球形状的微小的气泡，这些气泡在混凝土中起到了滚珠的作用，使混凝土的和易性得到极大的改善和提高；也能够减小水的流动，进而降低了泌水率；引入的微小气泡破坏了毛细管的连续性，使得混凝土中水的主要通道——连通的大毛细管减少，改善了抗渗性；均匀分布的微小气泡可以缓解结冰产生的膨胀应力和渗透压力，提高抗冻性能。由此可以看出，气泡的尺寸、数量、分布状态对混凝土的耐久性起非常重要的作用，硬化混凝土中的气泡参数，必将影响混凝土的性能。因此对硬化混凝土中气泡参数的研究变得尤为重要。

1 气泡参数的测定方法

混凝土的抗冻性不仅与混凝土中气体含量有关，而且跟混凝土中气泡的数目、尺寸、分布、气泡间距等有关。杨华全等[1]研究了气泡平均半径、气泡间距系数对混凝土强度和抗冻性能的影响，结果表明：混凝土抗压强度随着气泡平均半径的增大而降低；气泡间距系数越小，混凝土的抗冻耐久指数越大，抗冻性越好。目前，研究硬化混凝土中气泡参数的方法主要有显微镜法和压汞仪法。显微镜法是按照《水工混凝土试验规程》(DL/T 5150-2001)直线导线法进行的。在制备好的试样表面上选定长度和间距均匀的直线，从第一条导线起点开始，分别测量并记录视域中气泡个数及显微镜测微尺截取的每个气泡的弦长刻度值。第一条导线测试完全后再按照顺序测试第二、第三…… 条导线，直到测试完规定的导线长度。压汞仪法是基于毛细管中不润湿液体的性质。压汞仪法可以测定多孔材料的孔径大小、孔隙体积，从而计算出孔径分布。在一般低压的情况下，压汞仪测定的孔径小，为几个到几百个微米，且所需要的样品尺寸较小，不能有效的代表整个混凝土的结构，因此该方法测定的孔径分布跟真实结构存在一定的误差。

2 气泡参数对混凝土性能影响的研究

硬化混凝土的气泡参数对混凝土的抗冻融耐久性起着至关重要的作用。在严寒地区的工程都使用引气剂来改善混凝土的抗冻融耐久性。张德思等[2]探讨了气孔参数、强度等级等对普通混凝土和粉煤灰混凝土抗冻融耐久性的影响。结果表明：气泡间距系数对普通混凝土和粉煤灰混凝土的抗冻融耐久性有着决定性的影响。胡泽清等[3]用气泡参数判定混凝土的抗冻耐久性，结果表明：常态混凝土和泵送混凝土的气泡参数分别小于250μm 和300μm，混凝土可以获得良好的抗冻性。黄孝蘅等[4]通过对混凝土试件的快速冻融结果及硬化混凝土的气泡观测，找出二者之间的关系。研究结果表明：水灰比越小，间距系数临界值越小，初步判定混凝土抗冻性能的优劣，从而达到缩短试验周期、保证工程质量的目的。李俊毅[5]对硬化混凝土气泡间距系数的临界值进行了分析，建议港工混凝土施工规范中增补规定，对于有抗冻要求混凝土的气泡间距系数，其临界值取0.230mm，这对评估硬化混凝土抗冻性有着重要实际意义。严捍东等[6]研究了高掺量粉煤灰水工混凝土的气泡参数和抗冻性能。结果表明：气泡结构的稳定性随着粉煤灰掺量的增大而提高，气泡间距在0.50mm 以下都是高抗冻混凝土。张云清等[7]研究了气泡结构特征对混凝土抗盐冻性能的影响。结果表明：混凝土的平均气泡间距和气泡平均直径在很大程度上依赖于含气量，含气量越高，平均气泡间距和气泡平均直径越小。高性能混凝土具有良好抗盐冻性所要求的气泡平均间距与强度等级有关，在强度等级低于C50 时，混凝土的气泡平均间距必须小于250μm，当强度等级提高到C60 以上时可增大到700μm。随着研究的深入，研究人员发现，引气剂提高混凝土抗冻性的本质机理是改善气泡参数。但是经实践证明，尽管新拌混凝土的含气量相同，由于所用的外加剂种类、水灰比等条件的不同，使硬化混凝土中的气泡参数发生变化，从而影响混凝土的抗冻性[8]。因此有必要对硬化混凝土中气泡参数进行研究。

3 结语

混凝土中的含气量不是决定混凝土抗冻性优劣的唯一参数，引入气泡的气泡参数同样是非常重要的影响因素。在含气量一定的情况下，混凝土的抗冻性取决于混凝土中气泡间距系数和数量，气泡间距越小，气泡个数越多，混凝土的抗冻性越好。但是硬化混凝土中的气泡结构在水灰比、外加剂等条件下，与新拌混凝土中的气泡结构不同，因此今后的研究重点将是建立新拌混凝土气泡参数和硬化混凝土气泡参数的联系，进而研究混凝土的抗冻性。

[1]杨华全，周世华，苏杰.气泡参数对引气混凝土性能的影响[J].水力发电, 2009,35(1): 18-19

[2]张德思，成秀珍.硬化混凝土气孔参数的研究[J].西北工业大学学报, 2002,20(1):10-13.

[3]胡泽清，邹一宝, 马芳.用气泡参数判定混凝土抗冻耐久性的探讨[J].粉煤灰, 2009(3): 3-4.

[4]黄孝蘅，许彩虹，王丽文.硬化混凝土中气泡性质对抗冻性影响的试验研究[J].中国港湾建设, 2003(3): 14-17.

[5]李俊毅.硬化混凝土气泡间距系数的临界值[J].港口工程, 1997(3): 27-29.

[6]严捍东，孙伟，李钢.大掺量粉煤灰水工混凝土的气泡参数和抗冻性研究[J].工业建筑, 2001(8): 40-43.

[7]张云清，余红发，王甲春.气泡结构特征对混凝土抗盐冻性能的影响[J].华南理工大学学报(自然科学版),2010(11): 11-15.

[8]李俊毅，李晓明, 许彩虹.新拌混凝土气泡参数分析法评估混凝土抗冻性[J].水运工程, 2005(11): 5-8.