王 剛 郭 劍 徐守明 唐 雨 李晉源

(1. 攀枝花學(xué)院，攀枝花 617000； 2. 米易縣質(zhì)安站，攀枝花 617000； 3. 中國華西工程設(shè)計(jì)建設(shè)有限公司，成都 610031)

1 引 言

隨著土木與建筑工業(yè)的快速發(fā)展，混凝土的應(yīng)用范圍不斷擴(kuò)大，對(duì)混凝土提出了越來越高的要求。例如在修補(bǔ)結(jié)構(gòu)中，除了要求混凝土結(jié)構(gòu)滿足安全與耐久性外，還要求混凝土具備高抗?jié)B水性、高防碳化性能和高流動(dòng)性等特點(diǎn)[1 ]。其中，抗?jié)B主要就是防止?jié)B漏?？?jié)B與一般混凝土主要區(qū)別就在于抗?jié)B混凝土里面要添加一種膨脹劑?？?jié)B混凝土一般添加HEA、UEA、AEA等膨脹劑或有機(jī)硅等抗?jié)B。在新混凝土的配制過程中，通常需要向混凝土中摻入減水劑、粉煤灰和引氣劑等材料，由于各種原料對(duì)混凝土的作用規(guī)律存在差異。國內(nèi)外的科研工作者從20世紀(jì)60年代開始，就開展了相應(yīng)的研究，并取得了一系列重要的成果[2]。本文主要在大量混凝土碳化及新老混凝土使用性能的研究基礎(chǔ)上，為了達(dá)到混凝土結(jié)構(gòu)的高抗?jié)B性能，通過制作小型混凝土試件的方法，研究了引氣劑含量與其他摻合料同時(shí)存在的作用下，引氣劑對(duì)混凝土試件的作用規(guī)律，既是提高和改善混凝土性能的需要，也可以充分掌握引氣劑對(duì)混凝土構(gòu)件性能的影響，為合理利用引氣劑含量，提高混凝土的使用性能提供必要的參考。

2 試驗(yàn)材料與方法

2.1 試驗(yàn)材料

試驗(yàn)用水泥為河南三星水泥工業(yè)有限公司的粉煤灰(30%)硅酸鹽水泥，強(qiáng)度為C30，試驗(yàn)用砂細(xì)度為2.7，試驗(yàn)用石子大小在4～16 mm之間，粉煤灰河南松川礦山機(jī)械有限公司生產(chǎn)的一級(jí)粉煤灰，細(xì)度為5.2%，需水量比為93%，減水劑為江西百好新型建筑材料有限公司生產(chǎn)的聚羧酸減水劑，減水率在20%左右；引氣劑為河北凝盛建材科技有限公司生產(chǎn)的NS-3型引氣劑，引氣劑各指標(biāo)均達(dá)到GB 8076—1997標(biāo)準(zhǔn)[3]。

2.2 試驗(yàn)方案

為了對(duì)比分析在添加有各種摻合料情況下，引氣劑含量對(duì)混凝土坍塌度、滲透性能和防碳化性能的影響，從而得到引氣劑對(duì)混凝土性能的作用規(guī)律，本文采用了如表1所示的Ⅰ、Ⅱ兩種設(shè)計(jì)方案，Ⅰ-1—Ⅰ-4系列為添加不同引氣劑的試件，Ⅱ-1—Ⅱ-4系列為對(duì)應(yīng)的添加粉煤灰和不同引氣劑含量的系列，其他參數(shù)基本一致。

表1混凝土的配料

Table1Concretemixturekg/m3

2.3 試件制作

按照DB/T 50080《普通混凝土拌合物性試驗(yàn)方法》和《普通混凝土力學(xué)性能試驗(yàn)方法》(GB/T 50081—2002)[4]中混凝土試件的成型與養(yǎng)護(hù)方法的有關(guān)規(guī)定[3, 4]，制作了尺寸為100 mm×100 mm×100 mm的試件162個(gè)。研究了混凝土試件7 d、28 d、60 d和90 d的抗壓強(qiáng)度與劈拉強(qiáng)度，并對(duì)7 d與28 d的碳化深度，以及60 d的滲透深度進(jìn)行了測(cè)試。

2.4 測(cè)試方法

采用坍落度法測(cè)定混凝土拌合物的坍落度，在YES-3000萬能壓力機(jī)上進(jìn)行混凝土的抗壓試驗(yàn)，采用WE-300型萬能壓力機(jī)進(jìn)行了劈拉強(qiáng)度的測(cè)試，滲透性試驗(yàn)是在LSK-Q59微機(jī)控制高精度抗?jié)B儀上進(jìn)行。碳化深度的測(cè)試則采用快速碳化法，在CCB-70型混凝土碳化試驗(yàn)箱中進(jìn)行，用以測(cè)量碳化深度，測(cè)試過程中保持箱內(nèi)CO2濃度為20%左右，相對(duì)濕度為70%左右，溫度控制在20 ℃。碳化深度的檢測(cè)采用酚酞檢測(cè)方法，利用酚酞遇堿變紅的特點(diǎn)，在試件斷裂面上噴上 1%的酚酞乙醇溶液，經(jīng)30 s 后，測(cè)出兩側(cè)面的碳化深度，碳化深度的測(cè)試精確至1 mm。

3 結(jié)果與分析

3.1 混凝土含氣量的影響

圖1所示為所添加的NS-3型引氣劑含量對(duì)試驗(yàn)混凝土含氣量的影響變化曲線。從圖中可以看出，隨著引氣劑含量從0%增加至0.02%過程中，Ⅰ-1—Ⅰ-4和Ⅱ-1—Ⅱ-4系列構(gòu)件中混凝土的含氣量逐漸上升；且從圖中可以看出，在相同的引氣劑含量下，Ⅰ系列混凝土的含氣量都比Ⅱ系列混凝土含氣量略高或者基本持平，由此可以看出，混凝土中粉煤灰對(duì)混凝土中含氣量有一定的影響。當(dāng)引氣劑含量在0%～0.02%范圍內(nèi)，混凝土含氣量從1.5%上升至5.2%，引氣劑的含量的增加使混凝土含氣量逐漸增加。這是因?yàn)楫?dāng)摻入引氣劑后，在混凝土的攪拌過程中可以形成大量彌散分布的微小氣泡，從而使得混凝土含氣量增加。

3.2 混凝土坍落度的影響

圖2所示為引氣劑含量對(duì)混凝土坍落度的影響。從圖中可以看出，隨著引氣劑含量從0%增加至0.02%的過程中，Ⅰ系列和Ⅱ系列混凝土的坍落度逐漸增加，且Ⅰ系列混凝土的坍落度在同一引氣劑含量下都小于Ⅱ系列混凝土的坍落度，尤其當(dāng)引氣劑含量較少時(shí)(0%～0.01%)。當(dāng)引氣劑含量在0%～0.02%范圍內(nèi)，Ⅱ系列混凝土的坍落度從180 mm上升至220 mm，而Ⅰ系列混凝土的坍落度則從60 mm上升至200 mm。摻入引氣劑可以使得混凝土中產(chǎn)生滾珠效應(yīng)從而使得填充料與膠凝材料之間的空隙增加，這樣在攪拌過程中混凝土的流動(dòng)性可以得到改善，從而增加了坍落度[5]。Ⅱ系列混凝土的坍落度大于Ⅰ系列混凝土的坍落度，可認(rèn)為是由于摻入了粉煤灰造成的。此外，在引氣劑含量為0.015%時(shí)候，Ⅰ系列混凝土的坍落度迅速增加至接近Ⅱ系列混凝土的坍落度的水平，這可能是由于此時(shí)混凝土中的微氣泡數(shù)量已經(jīng)較好地填充了骨料與膠凝材料孔隙，混凝土拌合物的流動(dòng)性達(dá)到一個(gè)較為理想的水平。

圖1 引氣劑含量對(duì)混凝土含氣量的影響Fig.1 The effect of air-entraining agent content on concrete gas-containing

圖2 引氣劑含量對(duì)混凝土坍落度的影響Fig.2 The effect of air-entraining agent content on concrete slump

3.3 混凝土強(qiáng)度的影響

圖3與圖4所示分別列出了Ⅰ系列混凝土構(gòu)件中引氣劑含量對(duì)混凝土試件7 d、28 d、60 d和90 d的抗壓強(qiáng)度與劈拉強(qiáng)度的影響的變化曲線。從圖中可以看出，隨著引氣劑含量的增加，在不同的養(yǎng)護(hù)時(shí)間下，引氣劑含量對(duì)混凝土抗壓強(qiáng)度與劈拉強(qiáng)度的影響的變化趨勢(shì)保持一致。當(dāng)引氣劑含量為0.01%時(shí)，混凝土的抗壓強(qiáng)度與劈拉強(qiáng)度都有一定程度的增加；繼續(xù)增加引氣劑含量至0.015%以上時(shí)，混凝土的抗壓強(qiáng)度與劈拉強(qiáng)度逐漸降低。在同一引氣劑含量下，隨著養(yǎng)護(hù)時(shí)間的增加，混凝土的抗壓強(qiáng)度與劈拉強(qiáng)度呈現(xiàn)出梯度上升的趨勢(shì)。當(dāng)引氣劑含量適當(dāng)增加時(shí)，由于引氣作用減小了沉降和泌水現(xiàn)象，使得混凝土抗壓強(qiáng)度和劈拉強(qiáng)度略有增加；隨著摻入引氣劑含量的增加，會(huì)使得混凝土內(nèi)部的孔隙數(shù)量增加、密實(shí)性降低[6]，從而導(dǎo)致混凝土的強(qiáng)度下降。

圖3 引氣劑含量對(duì)混凝土抗壓強(qiáng)度的影響Fig.3 The effect of air-entraining agent content on concrete compressive strength

圖4 引氣劑含量對(duì)混凝土劈拉強(qiáng)度的影響Fig.4 The effect of air-entraining agent content on concrete split tensile strength

3.4 混凝土滲透深度與碳化深度的影響

圖5所示為引氣劑含量對(duì)混凝土滲透深度的影響曲線。從圖5中可以看出，隨著引氣劑含量的增加，Ⅰ系列和Ⅱ系列混凝土的滲透深度先降低而后增加，且Ⅱ系列混凝土的滲透深度都大于Ⅰ系列。在引氣劑含量較低時(shí)，引氣劑的摻入可以產(chǎn)生大量的微小氣泡來截?cái)嗝?xì)孔結(jié)構(gòu)，增加孔隙的曲折度，從而起到抑制滲水的作用；當(dāng)引氣劑含量增加到0.015%后，由于混凝土中大量氣泡的存在，逐步形成了滲水通道，混凝土的滲透深度又開始增加。因此，在實(shí)際摻入引氣劑過程中，引氣劑的含量需通過一定的試驗(yàn)來確定。同時(shí)，由Ⅱ系列和Ⅰ系列的滲透深度的對(duì)比試驗(yàn)中還可以發(fā)現(xiàn)，摻雜有粉煤灰的Ⅱ系列混凝土的滲透深度較大，表明粉煤灰具有增大混凝土滲透深度的作用。

圖5 引氣劑含量對(duì)混凝土滲透深度的影響Fig.5 The effect of air-entraining agent content on concrete penetrating depth

圖6 引氣劑含量對(duì)混凝土碳化深度的影響Fig.6 The effect of air-entraining agent content on concrete carbonation depth

圖6所示為混凝土養(yǎng)護(hù)7 d和28 d后引氣劑含量對(duì)混凝土碳化深度的影響。從圖中可以看出，隨著引氣劑含量在增加，混凝土的碳化深度也逐漸增加，也就是說隨著引氣劑含量的增加，混凝土的防碳化能力逐漸降低。在同一引氣劑含量下，28 d的碳化深度明顯高于7 d的碳化深度，也就是說混凝土的碳化深度隨著養(yǎng)護(hù)時(shí)間的增加而增加。這是因?yàn)殡S著引氣劑含量的增加，混凝土攪拌過程中的氣泡增多，加劇了酸性氣體向混凝土擴(kuò)散的速度，從而使得碳化速度增加，且養(yǎng)護(hù)時(shí)間越長，碳化程度越高。

4 結(jié) 論

(1) 隨著引氣劑含量的增加，混凝土的含氣量逐漸上升；在相同的引氣劑含量下，Ⅰ系列混凝土的含氣量都比Ⅱ系列混凝土含氣量略高或者基本持平。

(2) 隨著引氣劑含量從0%增加至0.02%過程中，Ⅰ系列和Ⅱ系列混凝土的坍落度逐漸增加，且Ⅱ系列混凝土的坍落度在同一引氣劑含量下都小于Ⅰ系列混凝土的坍落度。

(3) 隨著引氣劑含量的增加，混凝土的抗壓強(qiáng)度與劈拉強(qiáng)度先增加而后降低。在同一引氣劑含量下，隨著養(yǎng)護(hù)時(shí)間的增加，混凝土的抗壓強(qiáng)度與劈拉強(qiáng)度呈現(xiàn)出梯度上升的趨勢(shì)。

(4) 在引氣劑含量較低時(shí)，引氣劑的摻入可以產(chǎn)生大量的微小氣泡來截?cái)嗝?xì)孔結(jié)構(gòu)，增加孔隙的曲折度，從而起到抑制滲水的作用；隨著引氣劑含量的增加，混凝土的碳化深度也逐漸增加。

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