含气量对混凝土性能的影响

赵长江，王松亮，刘先国

（1. 江苏名和集团有限公司，江苏 镇江 212003；2. 徐州中联混凝土有限公司，江苏 徐州 221100）

0 前言

我国北方地区冬季比较寒冷，容易结冰，混凝土受冻融循环破坏严重[1]，因此对混凝土的抗冻性能要求较高。研究表明，含气量是影响混凝土抗冻性的重要因素[2]，混凝土生产企业通常采用掺加引气剂的方法提高混凝土的含气量。引气剂能在混凝土中引入大量微小均匀的气泡，为混凝土中水的相变产生的冻胀压力提供缓冲，从而提高混凝土的抗冻性能。

混凝土的含气量受到引气剂品种与掺量、原材料品种与用量、生产工艺、施工方式等多种因素的影响[3]，其大小不仅影响混凝土抗冻性，对混凝土和易性、强度、抗渗等性能也有明显影响[4]。相比抗冻混凝土，普通混凝土的含气量较低，但其对混凝土性能的影响也不可忽视。本文拟通过掺加引气剂与消泡剂调整混凝土的含气量，研究含气量对混凝土性能的影响。

1 原材料

（1）水泥：淮海中联 P·O42.5 水泥，标准稠度用水量 28.4%，28d 抗压强度 50.5MPa。

（2）粉煤灰：国华 Ⅰ 级灰，45μm 方孔筛筛余6.1%，28d 活性指数 76%。

（3）矿粉：徐钢 S95 级矿粉，流动度比 100%，28d 活性指数 99%。

（4）天然河砂：Ⅱ 区中砂，含泥量 1.2%，细度模数 2.5。

（5）碎石：公称粒径 5～20mm 碎石，含泥量0.5%。

（6）水：市政自来水。

（7）外加剂：苏博特 PCA-1 高效减水剂，减水率18.6%。

（8）引气剂：苏博特 GYQ®-Ⅰ 引气剂。

（9）消泡剂：苏博特 PXP-Ⅰ 混凝土消泡剂。

2 试验方法

以强度等级 C35 的普通混凝土配合比为理论配合比，具体配合比见表 1。根据理论配合比配制混凝土，通过掺入引气剂与消泡剂来控制混凝土的含气量，检测不同含气量混凝土的性能。

表1 试验用 C35 理论配合比

混凝土性能检测参照 GB/T 50080—2016《普通混凝土拌合物性能试验方法标准》、GB/T 50081—2002《普通混凝土力学性能试验方法标准》及 GB/T 50082—2009《普通混凝土长期性能和耐久性能试验方法标准》的相关规定执行。

3 试验结果及讨论

3.1 含气量对混凝土工作性能的影响

以 C35 理论配合比为基准配合比，掺入消泡剂或引气剂配制混凝土，改变消泡剂或引气剂用量以调整混凝土含气量。检测混凝土拌合物的工作性能，检测结果如表 2 所示。

由表 2 和图 1 可以看出，随着混凝土含气量的增加，混凝土拌合物的坍落度明显提高，且 1h 坍落度损失下降；但含气量过高时，混凝土拌合物的坍落度有所下降，且 1h 坍落度损失增加。一般来说，混凝土中胶凝材料体系的颗粒级配与最佳状态有所差别[5]，而引气剂引入的微小气泡能改善胶凝材料体系颗粒级配，减少颗粒空隙中的填充水；同时引入的气泡能在水泥浆体中起到润滑作用，提高混凝土流动性[4]。但含气量过高时，过量的微小气泡会合并为大气泡，使得上述作用削弱，且大气泡更容易逃逸，进而导致混凝土坍落度损失加大。

表2 不同含气量混凝土工作性能检测结果

图1 不同含气量混凝土坍落度变化

3.2 含气量对混凝土力学性能的影响

以上述所配制混凝土制作混凝土强度标准试块，检测硬化混凝土抗压强度，试验结果如表 3 所示。

表3 不同含气量混凝土力学性能检测结果

图2 不同含气量混凝土抗压强度变化

结果表明：当含气量较低时，混凝土的抗压强度变化很小；当含气量过高时，混凝土的抗压强度随着含气量的增加而迅速下降。混凝土配合比相同时，气泡量的增加将降低混凝土的密实度，进而导致混凝土抗压强度降低[6]；而混凝土含气量较低时，引气剂引入的微小气泡能阻断混凝土中的毛细孔通道，分散混凝土内部应力[7]，两种作用相互抵消，混凝土抗压强度变化不大。混凝土含气量过高时，微小气泡合并为大气泡，使混凝土内毛细孔通道相互连通，导致混凝土抗压强度大幅下降。

3.3 含气量对混凝土耐久性能的影响

混凝土耐久性能是影响混凝土质量的关键因素之一，关系着混凝土的安全性和使用寿命。抗渗等级、抗冻等级、碳化深度、电通量是混凝土耐久性的重要指标，分别检测混凝土的相关耐久性能，检测结果如表 4所示。

表4 不同含气量混凝土耐久性能检测结果

图3 含气量与电通量的关系曲线

图4 含气量与碳化深度的关系曲线

图5 含气量与冻融循环次数的关系曲线

结果表明：随着含气量的提高，混凝土的电通量与碳化深度增加，冻融循环次数则先增加后降低。混凝土含气量的提高使得硬化混凝土的密实度降低，空气中的CO2和混凝土内的氯离子在混凝土中的移动能力增加，导致混凝土抗碳化和抗氯离子渗透性能降低；微小气泡的引入能缓解水的相变产生的压力，提高混凝土的抗冻能力，但过量的气泡会导致混凝土抗冻融性能的降低。

4 结论

（1）混凝土中引入适量的微小气泡可以改善胶凝材料体系颗粒级配，并起到润滑作用，从而提高混凝土工作性能；但过量气泡会导致混凝土工作性能降低。

（2）混凝土含气量较低时，混凝土力学性能变化不大；但过高的含气量将导致混凝土力学性能大幅下降。

（3）含气量的提高会导致混凝土抗渗、抗碳化、抗氯离子渗透性能降低；混凝土抗冻融性能随着含气量的提高先提高后降低。