張戎令 于博 郭海貞

DOI：?10.11835/j.issn.2096-6717.2021.262

基金項目：長江學者和創(chuàng)新團隊發(fā)展計劃滾動支持項目（IRT_15R29）；國家自然科學基金（51768033）；甘肅省高校協(xié)同創(chuàng)新科技團隊支持計劃資助（2017C-08）；隴原青年創(chuàng)新人才（團隊）項目；甘肅省教育廳高等學?？蒲许椖浚?018B-054）

作者簡介：張戎令（1984-?），男，教授，博士，主要從事干寒地區(qū)材料耐久性與結(jié)構(gòu)全壽命關(guān)鍵技術(shù)及應用研究，E-mail：414731257@qq.com。

Received： 2021?09?29

Foundation items： Scholars and Innovation Team Development Program （No. IRT_15R29）; National Natural Science Foundation of China （No. 51768033）; University Collaborative Innovation Science and Technology Team Support Program of Gansu Province （No. 2017C-08）; Longyuan Youth Innovative Talents （Team） Project; Scientific Research Project of Higher Education Institutions of Gansu Province （No. 2018B-054）

Author brief： ZHANG Rongling （1984-?）， professor， PhD， main research interest： durability of concrete at low negative temperature， E-mail： 414731257@qq.com.

（蘭州交通大學?a. 土木工程學院；?b. 道橋工程災害防治技術(shù)國家地方聯(lián)合工程實驗室，蘭州?730070）

摘要：通過對比負溫養(yǎng)護、標準養(yǎng)護條件下5種不同含氣混凝土試塊在不同齡期下的抗壓強度值及內(nèi)部孔結(jié)構(gòu)，分析持續(xù)負溫（-5 ℃）養(yǎng)護條件下含氣混凝土抗壓強度的發(fā)展規(guī)律，針對持續(xù)負溫（-5 ℃）養(yǎng)護條件，對少害孔的范圍進一步明確；并從混凝土內(nèi)部孔隙分布狀況對引氣類混凝土普遍存在的強度缺失進行研究。試驗結(jié)果表明：持續(xù)負溫（-5 ℃）條件養(yǎng)護對含氣混凝土抗壓強度的增長有明顯的抑制作用，相同引氣劑摻量下混凝土試塊強度均小于標準養(yǎng)護試塊的強度；同種養(yǎng)護條件下，受引氣劑影響，混凝土的強度與引氣劑摻量間均呈現(xiàn)負相關(guān)；在負溫養(yǎng)護環(huán)境條件下，實驗中設置的最高摻量（0.2%引氣劑摻量組別）含氣混凝土結(jié)構(gòu)整體密實性因漿體內(nèi)部孔隙數(shù)量的增加而減弱，對混凝土自身的強度有一定影響，但引氣劑的加入對負溫環(huán)境混凝土的抗凍作用不可忽視。為了分析負溫環(huán)境與引氣劑摻量之間的平衡性，通過對含氣混凝土在不同養(yǎng)護條件下孔結(jié)構(gòu)發(fā)展規(guī)律的研究，在保證含氣混凝土抗壓強度劣化程度低、孔徑結(jié)構(gòu)相對優(yōu)化的前提下，明確了負溫（-5 ℃）條件下含氣混凝土引氣劑的最優(yōu)摻量。

關(guān)鍵詞：含氣混凝土；引氣劑；負溫養(yǎng)護；抗壓強度；孔結(jié)構(gòu)

中圖分類號：TU528.31 ????文獻標志碼：A ????文章編號：2096-6717（2024）03-0180-09

Experimental study on performance deterioration and pore structure development law of aerated concrete under negative temperature curing

ZHANG Rongling^a，b，?YU Bo^a，?GUO Haizhen^a

（a. School of Civil Engineering；?b. Key Laboratory of Road & Bridges and Underground Engineering of Gansu Province， Lanzhou Jiaotong University， Lanzhou 730070， P. R. China）

Abstract： In this experiment， by comparing the compressive strength values and internal pore structure of five different aerated concrete test blocks at different ages under the conditions of negative temperature curing and standard curing， the development law of the compressive strength of aerated concrete is analyzed based on the （-5 ℃） curing condition， and the range of less harmful pores under this condition is further clarified based on the relationship between the pore size and the pore water; and the inherent lack of strength of aerated concrete is analyzed from a microscopic point of view. The experimental results show that the continuous （-5 ℃） curing has an obvious restraining effect on the growth of the compressive strength of aerated concrete， and the strength is less than the standard curing test block at the same content; under the same curing conditions， the strength and content are affected by the air-entraining agent. There is a negative correlation between them; based on the negative temperature curing environment， the high content of aerated concrete will reduce the compactness of the concrete due to the increase in the number of pores in the slurry， which will affect the compressive strength of the concrete to a certain extent， but it will cause the resistance of the aerosol to the negative temperature environment cannot be ignored. In order to analyze the balance between the negative temperature environment and the amount of air-entraining agent， the pore structure development law and strength growth system of cement-based materials under negative temperature are used to ensure that the compression the strength of aerated concrete is low and the pore structure is relatively optimized. Under the premise of finding the content of aerated concrete under the condition of negative temperature （-5 ℃）.

Keywords： aerated concrete；?air entraining agent；?negative temperature curing；?compressive strength；?pore structure

長期以來，高寒高海拔地區(qū)的惡劣環(huán)境嚴重影響混凝土結(jié)構(gòu)的使用壽命，甚至存在結(jié)構(gòu)因材質(zhì)劣化而過早失效的現(xiàn)象^[1-2]。隨著川藏鐵路項目建設逐步推進，作為雪域高原的第2條“天路”項目，本身起到加強生態(tài)保護、防止水土流失等諸多關(guān)鍵性作用，項目需跨越溫度極不穩(wěn)定且高含水量的凍土區(qū)，而提高混凝土抗凍性的主要技術(shù)措施——摻加引氣劑，早已在工程實踐應用中得到了認可^[3-4]。引氣劑的加入可在混凝土拌制過程中帶入大量氣泡，而氣泡在后期混凝土硬化后將形成大量氣孔，引氣劑的使用對混凝土的工作性能等多種性能具有顯著的改善^[5-6]。針對混凝土發(fā)生的凍融及堿–硅酸反應復合破壞作用，引氣劑同樣產(chǎn)生著至關(guān)重要的影響^[7]，學者們進行了大量含氣混凝土的研究，Sakai等^[8]指出引氣方式的不同會造成混凝土性能發(fā)生顯著變化，并提出了含氣混凝土孔徑與氣泡間距的關(guān)聯(lián)參數(shù)。李丹等^[9]研究了不同含氣量和水灰比下含氣混凝土強度及氯離子擴散系數(shù)的變化情況，并指出含氣量對不同水灰比混凝土的氣泡分布及孔道連通性帶來的顯著影響。Dong等^[10]主要從不同負溫條件入手，從微觀結(jié)構(gòu)上對不同齡期孔徑變化進行研究，著重研究了-5～-15 ℃各溫度區(qū)間宏觀孔隙體積相對標準養(yǎng)護條件的變化特征。胡玉兵等^[11]結(jié)合微觀測試對混凝土早期強度及負溫養(yǎng)護造成的微裂縫進行了研究，揭示了負溫養(yǎng)護、交變溫度養(yǎng)護條件下，混凝土強度及動彈性模量隨齡期的變化規(guī)律。張凱等^[12-13]針對含氣混凝土早期強度發(fā)展規(guī)律對混凝土實際早期強度與抗凍性能進行了研究，提出了抗凍融性能及抗凍性能最優(yōu)情況下對應的最優(yōu)含氣量。王起才等^[14]探討了負溫養(yǎng)護下混凝土含氣量隨電通量與氯離子遷移系數(shù)遵循的規(guī)律，發(fā)現(xiàn)了負溫養(yǎng)護下混凝土氣泡弦長以及比表面積均不再遵循標養(yǎng)下的特定規(guī)律?，F(xiàn)有研究從不同角度出發(fā)對負溫養(yǎng)護條件下的含氣混凝土多項相關(guān)性能進行了研究分析，而針對高強含氣混凝土的相關(guān)性能較少研究。受中國北部嚴寒地區(qū)自身環(huán)境、氣候條件的限制，Shi等^[15]指出，高海拔低氣壓區(qū)域的混凝土內(nèi)部氣泡表面張力增加，大幅影響引氣劑成泡質(zhì)量，從而造成較大的內(nèi)部孔隙和不均勻的氣泡分布。而文獻[16]通過探索不同大氣壓力對微觀孔結(jié)構(gòu)的影響，同樣闡述了在不同環(huán)境中引氣劑性能差異對混凝土內(nèi)部孔結(jié)構(gòu)的強力影響。因此，混凝土結(jié)構(gòu)的強度增長機理以及從微觀入手對混凝土內(nèi)部結(jié)構(gòu)分布規(guī)律進行研究將是重中之重，特別是基于定量分析的研究。

筆者以不同摻量引氣劑的混凝土在持續(xù)負溫養(yǎng)護條件下的抗壓強度為目標，考慮多數(shù)常年凍土溫度分布屬于穩(wěn)定型凍土，依據(jù)文獻[17]，選擇（-5 ℃）為試驗負溫養(yǎng)護條件的限制溫度。設置不同引氣劑摻量組別的混凝土，對其負溫（-5 ℃）養(yǎng)護條件下的強度進行研究，對負溫養(yǎng)護條件下混凝土抗壓強度與齡期的關(guān)聯(lián)性及內(nèi)部孔結(jié)構(gòu)的發(fā)展規(guī)律進行深入研究。對不同引氣劑摻量混凝土抗壓強度損失的原因進行研究，并對不同引氣劑摻量對混凝土強度的影響以及持續(xù)負溫條件對混凝土強度的影響進行比對分析。

1 試驗

1.1 原材料

水泥：采用甘肅省永登縣祁連水泥公司生產(chǎn)的42.5級普通硅酸鹽水泥；細砂選用天然河砂：細度模數(shù)為2.47，表觀密度為2 645.8 kg/m³，含泥量2.4%，堆積密度（松散1 585.8 kg/m³，緊密1 765.5 kg/m³）；碎石（河卵石）：實驗用5～31.5 mm直徑且呈連續(xù)級配分布、外觀較為粗糙的反擊破碎碎石，表觀密度為2 670.8 kg/m³，含泥量為0.36%，泥塊含量0.43%，壓碎指標12.2%，各項指標見表1；減水劑與引氣劑：聚羧酸型高性能減水劑母液、格瑞特SJ-2型液體引氣劑，具體參數(shù)如表2所示。

1.2 混凝土配合比

經(jīng)過多次試拌確定配合比，負溫養(yǎng)護和標準養(yǎng)護下兩種工況均采用水膠比為0.38的配合比，配合比詳見表3。新拌制混凝土擴展度>480 mm，坍落度大于>180 mm，各試驗組實測值見表4，拌和過程未產(chǎn)生分層離析等現(xiàn)象，和易性滿足規(guī)范要求。

1.3 養(yǎng)護方式

標準養(yǎng)護：澆筑工作完成后，在室內(nèi)常溫養(yǎng)護1 d后，脫模放入標準養(yǎng)護室（20±1）℃進行養(yǎng)護。

持續(xù)負溫（-5 ℃）養(yǎng)護：入模工作完成后，連同模具使用保鮮袋封裝，置于大氣模擬箱內(nèi)維持-5 ℃條件進行養(yǎng)護，不同于標準養(yǎng)護的1 d脫模，負溫養(yǎng)護應在3 d后脫模（為了使初始養(yǎng)護環(huán)境和現(xiàn)場環(huán)境保持一致，混凝土澆筑后不能過早脫模，在-3 ℃養(yǎng)護條件試驗中發(fā)現(xiàn)，試件基本終凝完成在澆筑3 d后，故需帶模養(yǎng)護3 d后再脫模繼續(xù)養(yǎng)護），并繼續(xù)完成養(yǎng)護工作。

1.4 試驗方案及方法

試驗主要研究內(nèi)容包括：混凝土試塊在持續(xù)負溫（-5 ℃）和標準養(yǎng)護兩種養(yǎng)護條件下，不同引氣劑摻量（0.00%、0.05%、0.10%、0.15%、0.20%）對混凝土抗壓強度、孔結(jié)構(gòu)造成的影響及變化差異。

考慮低溫地區(qū)現(xiàn)場實際情況，依據(jù)混凝土配合比設計，通過冷卻骨料和水的方式，將原材料一并放入恒溫養(yǎng)護箱冷卻24 h，以滿足試驗要求。預溫完成后，及時進行相關(guān)混凝土拌制、入模、振搗等工作，盡可能避免拌制過程中溫度變化造成的影響，整個拌制過程控制在15 min內(nèi)完成。

1）強度測定：依據(jù)《混凝土物理力學性能試驗方法標準》（GB/T 50081—2019）^[18]進行標準立方體混凝土試塊抗壓強度試驗。依次對試驗設定的兩種養(yǎng)護條件不同引氣劑摻量組別混凝土試塊進行17個齡期的抗壓強度測試（試驗組別每組預留3個試塊進行強度測試，齡期取3、7 d，隨后以每7 d為一測試期，連續(xù)測試到112 d共17個測試周期）。

2）孔結(jié)構(gòu)：采用Auto Pore IV9500測孔儀測試微觀孔結(jié)構(gòu)。試驗前單獨預留砂漿試樣，為了消減試樣中存在水的含量，制樣完畢后放置于環(huán)境溫度設定為80 ℃的烘箱中烘烤24 h，烘烤完成后冷卻至25 ℃。試樣質(zhì)量標準為（7±0.5）g。制備工作完成后，進行全自動測孔儀低壓測試和高壓測試分析。

2 試驗結(jié)果及分析

2.1 不同養(yǎng)護條件下各引氣劑摻量混凝土強度變化

試驗組別B1～B5、F1～F5分別對應標準養(yǎng)護條件與持續(xù)負溫（-5 ℃）養(yǎng)護條件下不同引氣劑摻量（0～0.20%），其中，0為未摻引氣劑的基礎對照組。

圖1（a）、（b）分別為各齡期下兩種養(yǎng)護方式對應不同摻量含氣混凝土抗壓強度變化情況，分析可知，在標準養(yǎng)護條件和持續(xù)負溫（-5 ℃）養(yǎng)護條件下，同一齡期的混凝土抗壓強度均呈B1>B2>B3>B4>B5，F(xiàn)1>F2>F3>F4>F5，但兩種養(yǎng)護方式下，強度增長速率顯然不同。標準養(yǎng)護條件下，各摻量組別，從水化反應開始至28 d，抗壓強度均呈現(xiàn)不同速率的快速增長趨勢，至28 d時，B1～B5的抗壓強度發(fā)展程度達到了112 d齡期強度的74.5%～77.3%；持續(xù)負溫（-5 ℃）養(yǎng)護條件下，強度發(fā)展存在較為短暫的迅速發(fā)育期，隨后其增長速率受到抑制，28 d時，F(xiàn)1～F5的抗壓強度發(fā)展程度僅達到了112 d齡期強度的65.6%～77.2%。在同齡期相同引氣劑摻量時，持續(xù)負溫養(yǎng)護條件下混凝土強度僅為標準養(yǎng)護條件下混凝土強度的73.5%～83%，而56 d時，相同引氣劑摻量混凝土負溫（-5 ℃）養(yǎng)護條件下的強度發(fā)展僅達到標準養(yǎng)護條件下混凝土強度的80%～83.2%?？梢?，持續(xù)負溫養(yǎng)護環(huán)境對于混凝土的強度發(fā)展有著較為不利的影響，而這種不利的影響在強度發(fā)展早期較為顯著，這是因為持續(xù)負溫的條件下，水分子臨近自身的冰點，其自身活躍度不夠。Li等^[16]指出，分子平均動能與溫度成正比，環(huán)境溫度的提高將促進分子運動的頻率，而持續(xù)的負溫養(yǎng)護一定程度上降低了水分子的運動能力，水分子與水泥顆粒間的碰撞次數(shù)也受到影響，從而造成了水泥水化速率的降低，也是導致負溫養(yǎng)護條件下存在齡期滯后現(xiàn)象的因素之一；其次，受持續(xù)負溫的影響，部分水泥基材料的孔隙中水分會凝結(jié)成冰，間接性減少了實際參與水化反應的水分，這在一定程度上影響了水化反應的發(fā)展程度，最終影響水泥基材料強度發(fā)展速率。

以每7 d劃分測試周期，就相同養(yǎng)護條件、不同引氣劑摻量而言，標準養(yǎng)護條件下，未摻引氣劑的基礎對照組B1，28 d混凝土抗壓強度分別是引氣摻量0.05%、0.10%、0.15%、0.20%混凝土抗壓強度的1.19、1.37、1.75、2.38倍，56 d齡期抗壓強度分別是其余組別抗壓強度的1.18、1.37、1.74、2.38倍；持續(xù)負溫（-5 ℃）養(yǎng)護條件下，齡期28 d普通混凝土的抗壓強度是含氣混凝土組別的1.22、1.55、1.98、2.53倍，同樣，在齡期56 d時抗壓強度分別對應1.15、1.38、1.73、2.32倍。負溫養(yǎng)護條件下，28 d齡期時，F(xiàn)2組（0.05%）相較零摻量的基礎對照組強度下降17.8%，而F3、F4、F5各組別引氣劑摻量增加0.05%后，相較前一組別強度下降21.4%、21.6%、21.8%，56 d時，強度相對基礎對照組，F(xiàn)2組（0.05%）強度下降13.1%，而F3、F4、F5分別為16.4%、20.5%、25.3%，相對于28 d齡期各組所對應的強度，其中，F(xiàn)2～F4各組試塊不同摻量引氣劑對強度的抑制作用均呈一定幅度的下降態(tài)勢；標準養(yǎng)護條件下，28、56 d齡期時，隨著引氣劑摻量的增加，相對零摻對照組，B3（0.10%）強度損失13.2%和13.5%，B2（0.05%）次之，相對B3（0.10%）組，試塊B4（0.15%）強度下降超兩倍，而（0.20%）隨著引氣劑摻量增加，B5強度下降越發(fā)顯著，實驗中負溫養(yǎng)護條件引氣劑摻量為0.05%的F2組對強度造成影響最小，而在標準養(yǎng)護環(huán)境下引氣劑摻量為（0.1%）的B3組強度受影響最小。

試驗結(jié)果表明，在試驗設定的引氣劑摻量條件下，引氣劑摻量與抗壓強度不論在標準養(yǎng)護條件還是負溫條件下均呈現(xiàn)負相關(guān)性；通過對比不同養(yǎng)護方式可知，兩種養(yǎng)護方式下混凝土早期強度增長較快，強度增長率較高，引氣劑的加入對混凝土抗壓強度的抑制作用涵蓋了整個強度增長周期，引氣劑摻量越多對混凝土強度抑制程度越顯著，相同條件下，混凝土抗壓強度均隨引氣劑摻量的增加逐漸減小，這是因為過多的引氣劑提高了混凝土的含氣量，減小了骨料與水化物的界面膠結(jié)強度，并導致混凝土的孔隙率增大，有效承載界面減少；而在受到荷載時，孔隙附近又易產(chǎn)生應力集中現(xiàn)象，從而降低混凝土的整體強度。

在入模溫度和水膠比相同的條件下，環(huán)境養(yǎng)護溫度成為唯一影響水泥水化反應的決定因素，養(yǎng)護溫度越低，早期水化反應初始反應溫度就越低，水化反應速率越慢，水化程度受到較大抑制。耦合引氣劑作用后，不同材料界面間黏結(jié)力不足，從而降低了水泥基材料早期強度的增長率；隨著齡期的增長，引氣劑造成強度不足的問題得到部分改善，影響程度均在降低，而個別摻量不遵循這一規(guī)律。

分析試驗結(jié)果可知，含氣混凝土在不同養(yǎng)護條件下強度損失的影響因素存在差異，引氣劑引入的微小不連續(xù)氣泡，在不同環(huán)境中發(fā)揮著不同的作用。在標準養(yǎng)護條件下，混凝土強度的損失主要是因為氣泡數(shù)量的增多，混凝土內(nèi)部存在大量的孔隙。而在負溫養(yǎng)護條件下，強度的損失則主要是由水化反應緩慢和引氣劑提高了混凝土孔隙率兩種因素共同造成的，在負溫條件下，雖然水化反應相對較慢，但仍在持續(xù)進行，隨著齡期的增長，水化反應最終也會終止。文獻[12]指出，齡期滯后的天數(shù)與混凝土含氣量關(guān)系不緊密，僅與養(yǎng)護環(huán)境有關(guān)。這也驗證了在齡期到達一定階段后，混凝土強度的損失主要是由負溫環(huán)境造成，而引氣劑的摻量并不能起決定性作用。

2.2 不同養(yǎng)護條件下各引氣劑摻量含氣混凝土孔結(jié)構(gòu)規(guī)律

含氣混凝土存在的大量的微小氣泡可以緩沖混凝土內(nèi)部自由水的部分凍脹應力，并可使未結(jié)冰的多余水進入其中，而水在結(jié)冰時會膨脹，當壓強增大時，膨脹會受到阻礙，從而使水的冰點發(fā)生變化，增大后的壓強為氣壓和液面彎曲產(chǎn)生的附加壓力共同組成累加^[19]，而此時壓力將大于標準大氣壓，所以孔徑大小不同，水的冰點也不同。

根據(jù)謝超等^[20]中給出的孔徑與孔隙水的冰點關(guān)系公式可求得當水的冰點為-5 ℃時對應孔徑的大小，計算式為 （1）

將表5參數(shù)帶入式（1）反算可求得水的冰點為-5℃時孔徑的半徑大小為24.9 nm（直徑49.8 nm）。

基于理論計算結(jié)果可知，持續(xù)負溫（-5 ℃）養(yǎng)護條件下，當孔徑直徑小于49.8 nm時，孔隙中水呈液相，并不會結(jié)冰，這部分液相水將參與水化反應，而當孔徑大于49.8 nm時，孔徑中部分水將凍結(jié)成冰，無法及時參與水化反應。按吳中偉等^[24]對孔的分類，這類孔徑屬于少害孔。

取齡期為28 d時的孔徑分布作為分析對象，如圖2所示。

由圖2（a）可知，持續(xù)負溫養(yǎng)護（-5 ℃）和標準養(yǎng)護條件下，最可幾孔徑均隨引氣劑摻量的增加表現(xiàn)出先減小后增大的變化趨勢。標準養(yǎng)護條件下，摻量為0.05%的B2組孔徑分布最優(yōu)，最可幾孔徑僅為26.27 nm，屬于少害孔接近無害孔的界限，零摻加引氣劑的B1組對照組次之，最可幾孔徑為40.28 nm，屬于少害孔范圍內(nèi)，而其他組孔徑分布優(yōu)劣表現(xiàn)為B1（40.28 nm）>B3（50.38 nm）>B4（62.54 nm）>B5（120.70 nm），引氣劑摻量大于等于0.10%后的各組均出現(xiàn)不同程度劣化，以B5組別劣化程度最為嚴重。

B2～B5組每增加摻量0.05%，最可幾孔徑均呈不同程度的非線性增長趨勢，B3到B2組最可幾孔徑增加24.11 nm，B4到B3組增大了12.16 nm，B5到B4組增加了58.16 nm。相比對照組，摻加0.05%引氣劑最可幾孔徑減少了34.7%；引氣劑摻量為0.10%時，最可幾孔徑增大了25.1%；引氣劑摻量為0.15%時；最可幾孔徑增大了55.3%；引氣劑摻量為0.2%時，最可幾孔徑增大了200%，由試驗現(xiàn)象可知，隨著引氣劑摻量的增加，相比普通混凝土，含氣混凝土的孔徑分布發(fā)生了較為顯著的變化，但引氣劑摻量超過0.05%后，效果轉(zhuǎn)變?yōu)樨撓蚍答仭?/p>

在持續(xù)負溫養(yǎng)護的條件下，各組最可幾孔徑均大于標準養(yǎng)護條件下對應組最可幾孔徑，分別增長了74%、91%、140%、141.6%、135.4%。顯然，按照孔徑劃分，負溫養(yǎng)護條件下各組最可幾孔徑均為有害孔，其中F3（0.10%）、F4（0.15%）、F5（0.20%）3組為多害孔，各組最可幾孔徑變化規(guī)律與標準養(yǎng)護條件下變化規(guī)律相似，隨著引氣劑摻量的增加，標準養(yǎng)護下各組間孔徑變化率分別為-35%、92%、24%、92%；負溫養(yǎng)護下各組別孔徑變化率為-35%、140%、25%、88%。不同條件下各組別變化率大多相差不超4%，僅在摻量為0.1%時不同養(yǎng)護條件下變化率差異較大，由圖2（b）也可看出，各組孔徑分布曲線峰值對應的最可幾孔徑均大于冰點為-5 ℃時水的孔徑49.8 nm，再次驗證了負溫環(huán)境養(yǎng)護對孔徑分布造成的影響要遠大于引氣劑摻量變化帶來的影響。

負溫養(yǎng)護條件和標準養(yǎng)護條件下，混凝土的孔體積占比隨著引氣劑摻量的變化如圖3所示。在標準養(yǎng)護條件下，B1～B5五組引氣劑摻量的混凝土有害孔及多害孔占總孔體積的比例之和分別為51.51%、32.64%、60.06%、72.93%、82.98%，在不摻加引氣劑的條件下，B1對照組有超總孔體積50%的孔屬于有害孔，在摻加引氣劑后，發(fā)生明顯改善，有害孔及多害孔的占比下降了18.87%，但隨著引氣劑摻量繼續(xù)增加，孔徑占比再次發(fā)生變化，且呈現(xiàn)出隨摻量增加，有害孔及多害孔占總孔體積比例逐漸增加的趨勢，在B5（0.20%）組中，有害孔與多害孔占比之和達到了82.98%，其中有害孔高達48.32%。

在持續(xù)負溫（-5 ℃）養(yǎng)護條件下，F(xiàn)1～F5五組引氣劑摻量的混凝土有害孔及多害孔占總孔體積的比例之和分別為：75.24%、58.62%、80.23%、85.11%、91.65%，相比標準養(yǎng)護條件，整體上升了1.46、1.80、1.33、1.17、1.10倍。有害孔及多害孔占比之和逐漸上升，但與標準養(yǎng)護條件相比，占比放大系數(shù)表現(xiàn)為先上升后降低的趨勢。其中多害孔在引氣劑摻量為0.05%時占比最小，僅為15.91%，但增加0.05%摻量后的F2組，多害孔比例擴大近兩倍，且隨摻量0.05%遞增后，多害孔也隨之增加，引氣劑摻量為0.20%的F5組多害孔達到試驗組別峰值，多達60.57%，嚴重影響了混凝土的性能，這是由負溫條件與引氣劑摻量自身耦合下造成的結(jié)果。通過計算可知，持續(xù)-5 ℃養(yǎng)護條件下，當孔徑直徑小于49.8 nm時，孔隙中水呈液相，并不會結(jié)冰，這部分液相水將參與水化反應，而負溫環(huán)境下的5種組別，F(xiàn)1～F5各組孔徑小于49.8 nm的占比依次為24.76%、41.38%、19.77%、14.89%、8.35%，5組負溫養(yǎng)護條件下的引氣混凝土可參加水化反應的液相水含量均不超過50%，其余水分凍結(jié)成冰，水化反應得不完全，致使了混凝土性能的劣化，造成了與標準養(yǎng)護條件下混凝土性能較大的差異。

圖4為含氣混凝土的孔隙率和平均孔徑隨著引氣劑摻量的變化關(guān)系，針對不同養(yǎng)護條件下兩種含氣混凝土的指標也進行了進一步的區(qū)分。隨著引氣劑摻量的累加，孔隙率及平均孔徑均呈現(xiàn)增大的趨勢，表現(xiàn)出較顯著的正相關(guān)性。

B1～B5各試驗混凝土組的孔隙率分別為16.1%、18.9%、21.8%、25.5%、27.2%，隨各組引氣劑摻量的增加，其各級增長率為17.39%、35.40%、58.38%、68.94%。平均孔徑為65.0、83.7、93.9、120.8、131.8 nm；平均孔徑的增長率分別是28.77%、44.46%、85.84%、102.77%，B5組相較零摻對照組增長率達到了102.77%，增長量擴大了一倍有余。F1～F5組隨引氣劑摻量梯度增加后各含氣混凝土組別的孔隙率分別為19.8%、23.5%、26.4%、28.3%、31.6%，隨引氣劑摻量的增加，各級增長率為18.68%、33.33%、42.93%、59.59%；平均孔徑為91.3、106.1、115.5、133.7、143.2 nm，各組別增長率分別是16.21%、26.51%、46.44%、56.85%。僅從增長率而言，負溫養(yǎng)護下，隨引氣劑摻量的增加，孔隙率及平均孔徑增長幅度遠小于標準養(yǎng)護條件下的增長幅度。

分析各組混凝土的孔隙率和平均孔徑變化規(guī)律可知，與標準養(yǎng)護條件相比，負溫養(yǎng)護條件下孔隙率最小增長率9.8%，平均孔徑最小增長率7.9%為摻量0.15%的試驗組別；平均孔徑變化最大為19.57%，為摻量0.05%的試驗組別。當普通混凝土處于負溫養(yǎng)護環(huán)境時孔隙率相比標準養(yǎng)護環(huán)境增大了28.9%，在后續(xù)試驗組，隨著引氣劑的加入兩種不同環(huán)境下混凝土孔隙率間的變化得到顯著改善。

3 結(jié)論

1）相比零摻引氣劑的對照組而言，引氣劑摻量為0.05%的B2、F2在兩種養(yǎng)護環(huán)境下均對混凝土的孔隙結(jié)構(gòu)有所改善，表現(xiàn)為小孔分布數(shù)量的增加和原有大孔分布數(shù)量的降低，最可幾孔徑分布也均有朝向小孔方向移動的趨勢，試驗現(xiàn)象清晰地表明了含氣混凝土較高抗凍性能的微觀機理，當引氣劑摻量大于0.05%時，整體效果呈負向反饋。

2）通過不同養(yǎng)護環(huán)境下各不同組別強度變化的規(guī)律可知，當工程環(huán)境為負溫條件時，在齡期到達一定規(guī)模后，強度的損失主要是由負溫環(huán)境造成。標準養(yǎng)護下所呈現(xiàn)的由引氣劑摻量增多混凝土密實度降低，抗壓強度劣化的演變規(guī)律在負溫環(huán)境的條件下并不適用，含氣量與負溫環(huán)境對混凝土抗壓強度產(chǎn)生的影響，負溫條件所占權(quán)重更高。

3）持續(xù)負溫（-5 ℃）養(yǎng)護條件下，當孔徑直徑小于49.8 nm時，孔隙中水呈液相，對持續(xù)負溫（-5 ℃）養(yǎng)護條件而言，將直徑小于49.8 nm的孔徑劃分為少害孔，當孔徑大于49.8 nm時，孔徑中部分水將凍結(jié)成冰，不參與水化反應，從而造成水化發(fā)育缺失，強度不及標準養(yǎng)護強度。水泥基材料的水化反應與微觀孔結(jié)構(gòu)之間存在相互作用的關(guān)系，而水化過程中實際參與反應的液相水的數(shù)量是水化及孔結(jié)構(gòu)發(fā)展程度的重要影響因素。

4）盡管負溫條件下各組混凝土的孔隙率和平均孔徑均大于標準養(yǎng)護條件，但隨摻量的增加，含氣混凝土負溫環(huán)境條件下孔隙率及平均孔徑增長幅度遠小于標準養(yǎng)護條件平均孔徑和孔隙率增長幅度，從側(cè)面體現(xiàn)了引氣劑的加入一定程度上優(yōu)化了混凝土內(nèi)部微觀孔結(jié)構(gòu)的孔徑分布。

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（編輯??胡玲）