引气剂与透水性混凝土高性能化

　　所引入的微细泡宛如微细集料，对级 配不良，尤其是细颗粒缺少的细集料有补偿作用，可以使混凝土显得砂浆富余；这些微小气泡结和支撑着水泥颗粒，填塞了水泥颗粒间的空隙，从而阻或减少了水泥 和集料颗粒周围的水流，减少混凝土的泌水、沉降和离析。同时，由于这些气泡的“拨开”或“分散”作用，地增加了水泥或细集料的自由(非凝聚)表面积， 增强拌和物的粘性和工作性。

　　在原材料比例不变的条件下，引气可以提高混凝土的流动性，而在相同塌落度下，掺有引气剂的混凝土，其浆体和易性、流动性、塑性、浇注性、捣实性等非测量指标是不掺引气剂的混凝土浆体所不能比拟的，引气可以降低拌和用水量。另外，引气还可降低新拌混凝土的坍落度损失。

　　随着施工技术和高层建筑的发展需要，混凝土的可泵性能显得愈来愈重要。实际上，可泵性是混凝土工作性良好的一种特殊表现形式，由于引气增加了混凝土的内聚性 和物料间的润滑作用，降低了胀流，使泵送时不会过度离析和泌水，因此引气可提高新拌混凝土的可泵性能。但是，泵送混凝土的含气量也不宜太高，因为过大的含 气量造成的空气可压缩性提高足产生不饱和状态，增加泵送时的泵压损失和降低混凝土的泵送效率。这类混凝土的含气量一般以小于6%为好。正是由于上述这些原 因，导致泵送混凝土和大体积混凝土工程，以及道路和其它土木建筑工程广泛采用引气混凝土，即使是没有抗冻或抗除冰盐要求的环境中也是如此。在贫混凝土和干 硬性混凝土或碾压混凝土，以及轻骨料混凝土中，引气可以Z大地改善其性能和Z大地发挥引气剂的这些好外。

　　混凝土的可泵性不仅与坍落度有关，还与混凝土的压力泌水量有关，在同样的条件下，减少了泌水也就意味着提高了混凝土的可泵性。因此，在国外及我国的上海几乎所有的泵送剂均含有引气成分。

　　3.2引气剂对硬化混凝土性能的影响

　　3.2.1引气剂对强度的影响

　　引气将使混凝土的强度降低，特别是当含量很大时(>4%)降低更明显，这是引气剂的Z大缺点，也是制约引气剂在我国大规模推广应用的主要原因，因为在我国许多混凝土设计规范中都是以强度作为指标。长期以来一直认为掺引气剂就降低混凝土强度的观点是不的。

　　（1） 混凝土强度不仅与混凝土中空气引入量有关，也与引入空气泡的结构和孔径等有关。在某种意义上，孔的结构和孔径比孔隙率对混凝土宏观性能的影响更重要。不同 孔径的气孔对混凝土性能的影响并不是一致的，国外一些学者认为，孔径50nm以下的孔属于孔。不同品种的引气剂对混凝土孔结构形成的影响是不同的，因 而对混凝土强度、渗透性等的影响也是不同的，不能一概而论。

　　（2）使用性能优异的引气剂，一般可减少混凝土用水量的8%～10%，从而可补偿因气孔率增加而引起的强度下降。

　　（3） 引气剂的应用改善了混凝土的和易性、工作性、地减少了混凝土的泌水、离析，从而使混凝土的界面特性得以提高。在高水胶比的普通混凝土中，界面特性对混 凝土抗压强度的影响较少，但界面特性对c70以上的高强混凝土抗压强度的影响就较大，所以在低水胶比的高强混凝土中掺入适量的引气剂改善界面特性，往往使 混凝土由于界面缺陷引起的强度，特别是抗折强度的损失得以补偿。交通部公路研究所在对道路混凝土研究时发现，在条件下，引气反而可以提高混凝土的抗折 强度抗压强度。引气引起的混凝土抗折强度降低率远小于抗压强度的降低率，即引气可以提高混凝土的抗压比或者说韧性。这一点对道路工程特别重要和有实用意 义。

　　（4）在混凝土拌和物中单独掺加引气剂是极少的。通常引气剂和减水剂同时使用，或者在减水剂中复合适量的引气剂，这样因减水剂的高减水率而提高的混凝土强度，完全可补偿因使用引气剂使混凝土孔隙率增加而导致的强度损失。

　　（5）有许多研究资料表明，对于贫混凝土和干硬性混凝土或碾压混凝土，以及轻骨料混凝土，适量引气不但不降低强度，反而增加强度，这主要与引气可提高混凝土的浆体体积、工作性、塑性和内聚性有关。

　　3.2.2引气剂对混凝土耐久性的影响

　　3.2.2.1抗冻性

　　众所周知，掺引气剂的主要作用是提高混凝土的抗冻耐久性。目前，引气剂作为提高混凝土抗冻性的Z主要技术措施已经被广泛应用于工程实践中(如水工和港工等混凝土工程)，其效果也得到认可。

　　一般非引气混凝土的含气量都小于1.8%，且这部分气泡多为截留大气泡，对混凝土性能有很不利的影响。然而，引气剂产生的气泡多为均匀的微小气泡，它们对混凝土性能有许多有利的作用，与截留大气泡相比有很大的不同。

　　普通混凝土引进的Z佳含气量为3%～6%，砂浆为9%～10%。在以上的控制范围内，随着含气量的增加，混凝土的抗冻性能逐渐提高，Z大可提高几十倍。由于 引气剂在砼中能引入很多均匀分布的微小气泡，改变了原来仅有1.8%含气量的砼中内部结构。引气剂在砼中引入的各级配气泡，对砼中的各类料具有抑制 沉降泌水与防止砼材料不均匀配置的作用，从而防止了空白混凝土中大气泡对砼抗冻性不利局面的发生。试验表明引入2.2%的含气量，使砼的总含气量达到4% 时，砼的耐久性指数df可达到120%，而原来仅含1.8%含气量的砼耐久性指数仅为15%。

　　然而，并非含气量越大越好，含气量超过限值后，混凝土抗冻性能反而会降低，如引气量增加1%，混凝土强度下降3%～5%。

　　3.2.2.2抗盐冻性

　　现在许多混凝土高等级公路和城市道路，在冬季常撒除冰盐(主要为nacl)以清除路面冰雪。在盐和冻结的共同作用下，混凝土的破坏特别严重。混凝土盐冻剥蚀 破坏是指在除冰盐存在的条件下，混凝土因受冻产生的一种特殊破坏形式，主要表现为表面严重剥蚀，骨料暴露。迄今不止，已在北京、天津等城市立交桥，以及黑 龙江等东北地区高等级混凝土路面上发现了多起严重的盐冻剥蚀破坏实例。这些破坏实例的Z主要原因是混凝土中没有采取防治盐冻破坏的技术措施，如掺引气剂。 由于盐冻剥蚀破坏本质上也是因水结冰膨胀而破坏，因此引气剂同样对改善混凝土抗盐冻性能有非常好的效果。

　　北方道路由于冬季下雪之故，从年的10月开始到第二年3月约需洒2～3次的除冰盐，才能保证道路路面积雪的清除，然而在盐和冰冻的共同作用下，砼的破坏尤为严重。砼的盐冻剥蚀破坏是 指在除冰盐的存在条件下，砼因受冻产生的一种特殊破坏形式，主要表现为表面剥蚀、骨料暴露、将砼表层的一层水泥砂浆壳体层全部剥蚀掉。掺入引气剂可有效地 阻止混凝土向上的泌水过程，引入众多微小气泡而防止冰盐的剥蚀破坏。

　　3.2.2.3抗渗性

　　黄士元教授研究表明，砼中引入4%的含气量，可使砼的抗渗性提高的约15%以上，原因是引气剂改变了砼的孔结构体系，封闭了许多毛细孔通道，同时在水泥颗粒表面上形成憎水膜，从而降低了毛细管的抽吸作用。

　　许多引入封闭式小孔不能被水全部填充，多余下来用以缓物理膨胀—有机盐结晶体或矿物结晶体；或化学膨胀—骨料反应或硫酸盐反应造成的破坏，从而改善抗渗性能。

　　水灰比是影响渗透性能的主要因素。水灰比越大包围水泥颗粒的防水层越厚，许多拌和水在水泥石中形成相互通连而无规则的毛细孔通道，增加混凝土的透水性，掺加 引气剂及减水剂的混凝土水灰比都在0.5以下，甚至可达0.3以下，混凝土中孔隙率的改变，加之引气剂产生的细小均匀独立而不相通的气泡，有效地隔断 了混凝土中的毛细孔通道，防止水分渗透。我们采用多种方法测试表明，掺用引气剂的混凝土抗渗标号可达s12以上，即在2mpa以上水压下也不会透水。工程 实践证明，以引气剂及减水剂配制的混凝土无需再采用其它防水措施，即可达到防水抗渗目的，经济效益十分可观。

　　3.2.2.4冬季施工混凝土

　　混凝土在成型和凝结后，如早期遭受冻结，混凝土中的未水化水受冻膨胀，破坏了混凝土内部的凝聚结构，从而形成硬化混凝土内部的结构损伤，这是混凝土冬施中Z 易发生的质量事故，为了保证混凝土内部结构不因早期冻结引起破坏，在受冻前达到Z小强度，也称为临界强度。目前，混凝土早期受冻引起的破坏程度一般都 用抗压强度损失来表示，试验室中用早期受了冻结的标养28天强度与未受冻的标养8天强度作比较，国内外许多试验资料表明，临界强度在 3.5～7.0mpa。为了保证混凝土的质量，在受冻前的强度高于临界强度。

　　近年来，国内有不少文章建议在冬施使用防冻剂时复合引气剂，他们认为引气剂能减少混凝土早期受冻的冻胀力。掺引气剂混凝土早期受冻的强度损失比不掺引气剂的普通混凝土减少，临界强度也可减少至2～4mpa。引气混凝土抵抗早期受冻融循环的能力提高尤为显著。

　　由此可见，在冬施混凝土中掺加引气剂，既能提高结构物的耐久性，又能提高混凝土抵抗早期受冻的能力，降低临界强度，提高冬施度。在考虑到掺防冻盐对混凝土抗冻性的不利影响，须提倡在冬施中掺加引气剂，甚至应该在标准中规定，在冬施掺加引气剂。

　　3.2.2.5抗侵蚀性能

　 提高混凝土的抗侵蚀能力关键在于提高混凝土密实性及抗渗性能。混凝土掺减水剂后，可以明显提高混凝土的密实性，再掺加适量的引气剂，引入微气泡，可提高混凝土的抗渗能力，因此具有较好的抗侵蚀性能。

　　3.2.2.6抗碳化性能

　　 试验资料表明，掺引气剂及减水剂的混凝土孔隙率小，混凝土密实，加之微小气泡，可使混凝土碳化速度降低，提高了混凝土的抗碳化性能，减少了钢筋锈蚀危害。

　　3.2.3引气剂对混凝土干缩和徐变的影响

　　空气含量的增加会使混凝土的干缩值有所增大，但引气剂的减水作用又可以使干缩下降，因而当混凝土的强度、和易性相同时，在范围内引气不会对混凝土的徐变产生影响。

　　4引气剂应用中存在的问题及解决方法　　　　

　　影响引气剂推广应用的原因主要是在许多工程技术人员中还存在一种陈旧观念，即掺用引气剂会降低混凝土强度及增加引气量会影响混凝土的体积稳定性，在高强混凝 土中更不敢掺用引气剂，这些观念是很不的。减水剂同掺适当的引气剂，完全可以配制c70甚至更高标号的hpc，所配制混凝土的主要技术性能可超越 单一掺用减水剂的混凝土。

　　引气剂的推广过程中，除了要改变对引气剂的旧观念外，就是要开发出高质量的引气剂。一种优良的引气剂，首先 本身具备良好的发泡能力和稳定性能，同时具有良好的气泡结构和小的强度损失率；其次要具有强的适应性能，如能适应不同的水泥品种和搅拌施工方式、温度 环境等；第三，与其它外加剂具有强的复合性能；Z后，要使用方便和，价格也合理。

　　因此，新型高性能引气剂的研制开发是摆在我们面前的 课题。此外，随着混凝土技术的不断发展与成熟，集优异的工作性、力学性能和耐久性能于一体的高性能混凝土已成为混凝土技术的主要方向，如何将引气剂的 应用拓展到高性能混凝土领域，使其在改善混凝土耐久性和工作性的同时，不致于对其强度造成很大程度的负效应，也是新型高性能引气剂的研制开发所应关注的主 要问题。　　

　　5.引气剂与高性能混凝土技术

　　高性能混凝土（hpc）技术是近年来发展的一项混凝土技术，目前不同学派对其概念有 着不同的定义，这主要是在强度方面的争论。但是，他们一致认为高性能混凝土体现“高性能”，即备好的工作性和优良的耐久性，至于强度，虽也要求 高强但并不于高强或过分追求高强。

　　耐久性和工作性在高性能混凝土中具有十分重要的地位。通过上面的介绍分析可以看出，掺加引气剂的混 凝土，其工作性能得到明显的改善，减少混凝土的泌.水、分层和离析，提高混凝土的流动性和可泵性；同时硬化体的各项技术性能指标都得到明显的改善，提高了 混凝土耐久性。混凝土性能的提高，使得混凝土本身高性能化，具有普通混凝土不可比拟的优势。引气剂的使用适应当前和以后混凝土高性能化的要求，因此，我们 认为引气剂在高性能混凝土的推广应用过程中应该发挥相当重要的作用，高性能混凝土应该加入引气剂来提高混凝土性能。

　　6总结

　　6.1在混凝土工程中使用量的引气剂对提高新拌混凝土的流动性、和易性、可泵性，减少拌和物的离析和泌水，提高混凝土的均匀性、耐久性(抗渗性、抗冻性等)都是十分有益的。

　　6.2在商品混凝土中使用性能优异的引气剂，可显著提高塑性混凝土和硬化混凝土的各项性能，而且还可以降低外加剂和混凝土的成本。

　　6.3优良引气剂的研究和应用是我国混凝土及其外加剂发展的需要和必然。

　　6.4引气剂的使用顺应混凝土技术发展的趋势，适应高性能混凝土发展的需要，因此引气剂的开发、推广和应用意义深远，它应是今后发展高性能混凝土的引气剂与透水性混凝土高性能化外加剂。