摘要：研究了引氣劑對硬化混凝土強(qiáng)度和氣泡特征參數(shù)的影響規(guī)律。結(jié)果表明:適宜的含氣量不會對混凝土的抗壓強(qiáng)度產(chǎn)生較大影響,但卻使氣泡間隔系數(shù)大大降低,從而極大提高了其抗凍性能。引氣劑品種對新拌混凝土含氣量與硬化混凝土含氣量的相關(guān)性、硬化混凝土氣泡間隔系數(shù)會產(chǎn)生顯著影響,僅通過測定新拌混凝土含氣量來評價抗凍質(zhì)量,可能會出現(xiàn)較大偏差。

　　關(guān)鍵詞：混凝土; 　引氣劑; 　抗壓強(qiáng)度; 　氣泡特征; 　抗凍性

　　20世紀(jì)90年代以來,我國水泥混凝土路面得到了前所未有的迅猛發(fā)展,截至2005 年底,我國有鋪裝路面53. 27 萬公里,其中水泥混凝土路面30. 66 萬公里,約占58 %[1 ] 。但在不少高寒和寒冷地區(qū),水泥混凝土路面凍害相當(dāng)嚴(yán)重,造成了巨大的經(jīng)濟(jì)損失。摻加引氣劑使硬化混凝土具有合理的氣泡結(jié)構(gòu)是提高其抗凍性最有效的措施,但目前道路混凝土中引氣劑的應(yīng)用并不普遍。究其原因,除擔(dān)心引氣劑會過多降低混凝土的強(qiáng)度,還主要與我國引氣劑品牌眾多,質(zhì)量良莠不齊,應(yīng)用中經(jīng)常出現(xiàn)質(zhì)量問題有關(guān)[2 ] 。表征硬化混凝土氣泡結(jié)構(gòu)特征的參數(shù)主要有3 個,即含氣量、平均氣泡徑和氣泡間隔系數(shù),其中氣泡間隔系數(shù)最為重要[3 ] 。因此,該文選取國內(nèi)常用的5 種引氣劑,通過試驗研究了含氣量、引氣劑品種對硬化混凝土強(qiáng)度、氣泡特征參數(shù)的影響規(guī)律,以期對推廣應(yīng)用引氣劑、提高混凝土路面的抗凍耐久性有所裨益。

　　1試驗

　　1. 1原材料

　　水泥:北水京都42. 5 級普硅水泥;粗集料:5 —25 mm 連續(xù)繼配碎石,石粉含量0. 4 % ,壓碎指標(biāo)5. 5 %;細(xì)集料:細(xì)砂,細(xì)度模數(shù)1. 0 ,屬特細(xì)砂;機(jī)制砂,細(xì)度模數(shù)3. 5 ,屬Ⅰ區(qū)粗砂;粉煤灰:山東德州華能Ⅰ級低鈣粉煤灰;減水劑:SHP21 緩凝型減水劑;引氣劑:A(皂素類引氣劑,非離子型表面活性劑,主要成份三萜皂甙,褐色粉劑) ,B(松香類引氣劑,陰離子表面活性劑,主要成份改性松香酸鹽,棕色液體) ,C(烷基磺酸鹽類引氣劑,陰離子表面活性劑,主要成份十二烷基苯磺酸鈉,白色粉劑) ,D(松香類引氣劑,陰離子表面活性劑,主要成份松香熱聚物,液體) ,E(松香類引氣劑,陰離子表面活性劑,主要成份改性松香酸鹽,液體。

　　1. 2配合比

　　分別采用0. 60 、0. 50 、0. 40 、0. 30 的水膠比,配合比設(shè)計如表1 所示。試件采取統(tǒng)一成型制度( 振動臺15 —20s) , 設(shè)計含氣量為0 % —2 %(基準(zhǔn), 不摻引氣劑) 、3 % —4 %、4 % —5 %、5 % —6 % 4 個等級。測定新拌混凝土含氣量,硬化混凝土28 d 抗壓強(qiáng)度,硬化混凝土的氣泡特征參數(shù)。

　　1. 3方法

　　1) 含氣量與抗壓強(qiáng)度　參照《公路工程水泥及水泥混凝土試驗規(guī)程(J TG E30 —2005) 》的相關(guān)規(guī)定進(jìn)行, 新拌混凝土含氣量使用SAN YO 直讀式含氣量測定儀測定,抗壓強(qiáng)度采用邊長為100 mm 的立方體試件。

　　2) 硬化混凝土氣泡特征參數(shù)　采用MIC2840201 型硬化混凝土孔隙結(jié)構(gòu)測定儀,該設(shè)備為我國首次引進(jìn),能自動測定硬化混凝土的氣孔特征參數(shù),減少測試中的人工誤差,提高精度和速度。其測試面積為60 mm ×60 mm ,圓形度值取0. 60 ,像素刪除標(biāo)準(zhǔn)值取10 ,閾值取200 左右。該設(shè)備的組裝配置如圖1 所示。將混凝土試件標(biāo)養(yǎng)28 d ,切割成厚度為1 —2 cm 試樣,表面經(jīng)研磨、清潔并涂熒光劑,將試樣表面的熒光劑仔細(xì)研磨掉,僅使氣孔中充滿熒光劑,用于氣泡特征參數(shù)測定。

　　2引氣劑對混凝土抗壓強(qiáng)度的影響分析

　　我國許多混凝土設(shè)計規(guī)范都是以強(qiáng)度作為指標(biāo),摻用引氣劑會使混凝土抗壓強(qiáng)度下降成為工程技術(shù)人員的顧慮。由圖2 可見,硬化混凝土抗壓強(qiáng)度隨含氣量的增加線性下降,基本上每增加1 %的含氣量,抗壓強(qiáng)度降低4 % —5 %。但當(dāng)含氣量小于4 %時,抗壓強(qiáng)度損失均在15 %以內(nèi)。實踐表明,通過適當(dāng)降低水灰比、增加水泥用量等措施可輕而易舉的補(bǔ)償含氣量造成的強(qiáng)度損失,卻能使混凝土的抗凍性能成倍提高。適宜的含氣量還可以改善混凝土的界面特性,提高抗折強(qiáng)度,這對道路混凝土具有更重要的實用價值[4 ] 。

　　由圖3 還可看到,在新拌混凝土含氣量相同(4. 0 % ±0. 5 %) 條件下,摻不同品種引氣劑混凝土的28 d抗壓強(qiáng)度差別不大。這是因為混凝土的強(qiáng)度主要取決于水灰比和水泥用量,雖然不同品種引氣劑引入的氣泡尺寸和分布有所不同,但這種差異對混凝土強(qiáng)度的影響并不明顯。

　　3引氣劑對混凝土氣泡特征參數(shù)的影響分析

　　3. 1新拌混凝土含氣量與硬化混凝土含氣量

　　如圖4 所示,摻引氣劑A、B、D、E 的混凝土拌和物含氣量與硬化混凝土含氣量具有很高的相關(guān)性,相關(guān)系數(shù)可達(dá)到0. 90 、0. 87 、0. 84 和0. 91 ,而使用引氣劑C 的混凝土則不存在相關(guān)性。可見,引氣劑品種對新拌混凝土含氣量與硬化混凝土含氣量的相關(guān)性具有顯著影響。目前工程中普遍通過測定新拌混凝土含氣量來控制抗凍質(zhì)量,受引氣劑品種與質(zhì)量的影響,這可能會出現(xiàn)較大偏差。建議對選用的引氣劑進(jìn)行新拌混凝土含氣量與硬化混凝土含氣量的相關(guān)性檢驗。

　　3. 2硬化混凝土氣泡間隔系數(shù)

　　1) 含氣量對氣泡間隔系數(shù)的影響　圖5 顯示了水膠比為0. 40 時含氣量對混凝土氣泡間隔系數(shù)的影響(不包含引氣劑C) 。可看到,含氣量和氣泡間隔系數(shù)的關(guān)系,與許麗萍等收集國外資料的數(shù)據(jù)進(jìn)行回歸得到的指數(shù)關(guān)系有所不同[5 ] 。摻加引氣劑可使硬化混凝土的氣泡間隔系數(shù)大大降低,非引氣混凝土的氣泡間隔系數(shù)高達(dá)560μm ,而含氣量在3 %時,氣泡間隔系數(shù)即減小到250μm 左右,基本可滿足混凝土路面在凍融環(huán)境下對氣泡間隔系數(shù)的要求[6 ] 。當(dāng)新拌混凝土含氣量大于4 %時,氣泡間隔系數(shù)隨含氣量增加而減小的趨勢則趨于平緩,因此,含氣量的控制不宜過高,應(yīng)在一個合理范圍內(nèi)。

　　2) 引氣劑品種對氣泡間隔系數(shù)的影響　由圖6 可見,雖然新拌混凝土含氣量相同(4 % ±0. 5 %) ,但使用不同品種引氣劑混凝土的氣泡間距系數(shù)有明顯差別。筆者認(rèn)為,這主要與引氣劑引入的氣泡體系穩(wěn)定性不同有關(guān)。圖7 顯示了新拌混凝土含氣量相同(4 % ±0. 5 %) 條件下,使用不同品種引氣劑的硬化混凝土含氣量差別很大,摻加引氣劑C 的混凝土硬化后含氣量僅為1. 892 % ,相當(dāng)于使用引氣劑E 的50 % ,這是造成摻引氣劑C 的混凝土氣泡間隔系數(shù)偏大的主要原因。目前,我國引氣劑品牌眾多,質(zhì)量差異較大,僅通過引氣劑本身的理化指標(biāo)或消泡時間來評定其質(zhì)量顯然不能滿足要求,應(yīng)盡快建立起與摻引氣劑混凝土性能密切相連的質(zhì)量評價體系,這對推廣優(yōu)質(zhì)引氣劑的使用具有重要意義。

　　3. 3 　硬化混凝土平均氣泡直徑

　　由圖8 可見,新拌混凝土含氣量相同(4 % ±0. 5 %) 條件下,使用不同品種引氣劑混凝土的平均氣泡直徑差別不大。試驗表明,平均氣泡直徑主要受水灰比的影響,如圖9 所示,含氣量相同時,水灰比越大,則混凝土的平均氣泡直徑越大。

　　硬化混凝土含氣量一定時,平均氣泡直徑越小,則氣泡間隔系數(shù)越小。但前面的試驗結(jié)果表明,新拌混凝土含氣量相同條件下,使用不同品種引氣劑的硬化混凝土含氣量差別很大。使用引氣劑C 的混凝土平均氣泡直徑較小,但由于硬化后含氣量偏低,導(dǎo)致氣泡間隔系數(shù)仍然很大?？梢?僅通過平均氣泡直徑并不能很好的反映氣泡結(jié)構(gòu)的優(yōu)劣。

　　4結(jié)論

　　a. 硬化混凝土的抗壓強(qiáng)度隨含氣量的增加線形下降,但當(dāng)含氣量小于4 %時,抗壓強(qiáng)度損失均在15 %以內(nèi)。

　　b. 氣泡間隔系數(shù)隨含氣量的增加而減小,但并不是指數(shù)關(guān)系。當(dāng)含氣量大于4 %時,氣泡間隔系數(shù)的減小趨勢會趨于平緩。

　　c. 引氣劑品種對新拌混凝土含氣量與硬化混凝土含氣量的相關(guān)性,硬化混凝土的氣泡間隔系數(shù)有顯著的影響。僅通過測定新拌混凝土含氣量來評價抗凍質(zhì)量,可能會出現(xiàn)較大偏差。

　　d. 平均氣泡直徑主要受水灰比的影響,僅通過平均氣泡直徑并不能很好的反映氣泡結(jié)構(gòu)的優(yōu)劣。

參考文獻(xiàn)：

[1]中華人民共和國交通部. 2005 年公路水路交通行業(yè)發(fā)展統(tǒng)計公報[J ] . 交通世界,2006 ,(5) :25227.

[2]張春林,李彥昌,楊榮俊. 引氣劑質(zhì)量對混凝土性能的影響[J ] . 市政技術(shù),2004 ,22 (1) :53254.

[3]吳學(xué)禮,楊全兵,朱蓓蓉,等. 混凝土抗凍性的評估[J ] . 混凝土, 1999 , (6) :9212.

[4]傅智. 水泥混凝土路面滑模施工技術(shù)[M] . 北京:人民交通出版社,2001.

[5]許麗萍,吳學(xué)禮. 抗凍混凝土的設(shè)計[J ] . 上海建材學(xué)院學(xué)報,1993 ,6 (2) :1122123.

[6]交通部公路科學(xué)研究院. J TG F3022003 公路水泥混凝土路面施工技術(shù)規(guī)范[ S] . 北京:人民交通出版社,2004.