掺加引气剂提高混凝土耐久性的试验研究

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摘　要：引气剂是常用的混凝土外加剂之一，许多文献表明掺加引气剂不仅能够改善混凝土的工作性，而且还能够提高混凝土的耐久性，增加混凝土的使用寿命，特别是在易侵蚀、冻融的环境中。本文对掺加引气剂混凝土的氯离子抗渗性指标和混凝土抗冻性指标进行了试验研究，研究结果表明：掺加引气剂可有效提高混凝土的耐久性。关键词：引气剂；耐久性；渗透性；抗冻性0 前　言 混凝土引气剂是最古老的外加剂之一，早在二十世纪四十年代就已应用于混凝土抗冻工程中。引气剂在国外已较为普遍的应用于混凝土中，尤其是日本，大部分的混凝土应用引气剂。目前，在我国的混凝土工程中，引气剂的使用并不普遍，只有水工和港工混凝土明确要求在混凝土中掺加引气剂，还有是对抗冻性有要求的北方，在混凝土中也要求使用引气剂来提高抗冻性。在混凝土中加入引气剂不仅有利于增加混凝土的抗冻性，对提高混凝土的抗渗性也是非常有好处的。 本文利用ASTM C1202标准试验方法对掺引气剂的混凝土的抗氯离子渗透性进行了研究，同时利用快冻法试验方法对引气剂改善混凝土抗冻性进行了研究。并对引气剂改善混凝土抗氯离子渗透性能和抗冻性的机理进行了探讨。 1　试验原材料 水 泥：浙江三狮水泥股份有限公司生产的三狮牌P.O42.5普通硅酸盐水泥。 粉煤灰：宁波某发电厂生产的Ⅰ级粉煤灰。 细骨料：河砂，细度模数MX = 2.83，属中砂，级配Ⅱ区。 粗骨料： 5～25mm的碎石。 减水剂：浙江五龙化工股份有限公司生产的高效减水剂。 引气剂：上海枫杨实业有限公司生产的SJ - 2水溶性混凝土引气剂。2　试验方法2. 1　混凝土的抗氯离子渗透性能 氯离子渗透性能试验按ASTM C1202 - 97 进行，试验龄期为28d。 ASTM C1202 - 97 是美国试验与材料协会ASTM选定的标准试验方法， 试验的具体方法：50mm厚， 100mm直径的水饱和混凝土试件，两端水槽所用溶液分别为3. 0%NaCl和0. 3N NaOH，在60V的外加电场下，持续通电6小时后测定通过混凝土试件的总电量，用通过混凝土的电量高低来判断混凝土的抗氯离子渗透能力。 按照混凝土6小时通过的总导电量，根据导电量大小，把混凝土对氯离子渗透性分成不同等级。根据混凝土的导电量，可以判断氯离子渗透性的高低。如表1： 2. 2　混凝土的抗冻性能 抗冻性试验采用北京燕科新技术总公司生产的DTR 一1 型混凝土快速冻融实验设备， 按照GBJ82一85《普通混凝土长期性能和耐久性能试验》的“快冻法”进行。混凝土抗冻性试验冻融循环若超过200次，则停止试验，以动弹模量的损失来衡量混凝土抗冻性能的好坏。3 混凝土配合比 混凝土选用了0.3、0.4和0.5三个不同的水胶比，以不掺引气剂的混凝土为基准配合比，掺入引气剂的混凝土为对比混凝土，研究混凝土的抗氯离子渗透性能和抗冻性能，各混凝土的配合比如表2。4　混凝土试验结果及讨论4. 1　混凝土试验结果 混凝土拌合物性能、抗压强度及28d龄期混凝土的6h导电量和快冻法试验结果见表3：4. 2　试验结果分析 分析表3混凝土试验结果，不同水胶比下，掺入引气剂的对比组混凝土A2、B2、C2与基准组混凝土A1、B1、C1相比： (1)对比组混凝土的含气量提高； (2)对比组混凝土的坍落度增大，混凝土的和易性也得到了改善； (3)对比组混凝土的7d、28d抗压强度有不同程度的下降。 但混凝土的抗压强度下降的同时， 28d龄期混凝土的抗氯子渗透性并没有随抗压强度的下降而下降，反而有较大幅度的提高(如图2) 。 从表3中可以看出，掺引气剂的混凝土A2的6h导电量为469库仑，不掺引气剂的混凝土A1的6h导电量为863库仑，掺引气剂的混凝土B2的6h导电量为902库仑，不掺引气剂的混凝土B1的6h导电量为1382库仑，掺引气剂的混凝土C2的6h导电量为1496库仑，不掺引气剂的混凝土C1 的6h导电量为2013 库仑。可以得出，掺了引气剂后，虽然对比组混凝土的强度有些下降，但混凝土的抗氯离子渗透性得到了较大的改善。 从表3中可看出，当水胶比为0.5时，不掺引气剂的混凝土C1当冻融循环达到150次就破坏，但掺入引气剂的混凝土C2，冻融循环可以达到200次以上；当水胶比为0.4时，不掺引气剂的混凝土B1虽然冻融循环达到了200次，但其动弹模量损失明显大于掺了引气剂的混凝土B2，可以看出，掺入引气剂的混凝土B2的抗冻性能要大大好于不掺引气剂的混凝土B1；当水胶比为0.3时，虽然掺与不掺引气剂的混凝土的冻融循环次数都达到了200次，但掺入引气剂的混凝土A2的动弹模量损失要小于不掺引气剂的混凝土A1，和水胶比为0.4的规律是一致。所以掺入引气剂后，混凝土的抗冻性能大幅度提高。4. 3　引气剂改善混凝土抗氯离子渗透性和抗冻性的机理分析 混凝土渗透性和混凝土的密实性和孔隙结构有关。混凝土的水胶比越大，混凝土的密实性相对较小，水胶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成无规则的毛细孔通道，增加混凝土的透水性。在混凝土加入适量的引气剂后，混凝土中孔隙结构的改变，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，提高了混凝土抗渗透性能。有相关研究表明，混凝土中引入4%的含气量，可使混凝土的抗渗性提高约15%以上，原因是引气剂改变了混凝土的孔结构体系，封闭了许多毛细孔通道，同时作为有机分子类的引气剂溶解后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。混凝土抗渗透性能的提高，使混凝土在各种环境中应用，特别是在侵蚀性的环境中应用的抗侵蚀能力大大提高，使用寿命延长。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，即可达到防水抗渗及提高抗侵蚀目的，经济效益十分可观。 目前，引气剂作为提高混凝土抗冻性的最主要技术措施已经被广泛应用于混凝土工程中。当引气剂掺入混凝土中后，引气引入的微小气泡可作为体积膨胀的缓冲空间，可以缓解和降低因为混凝土冻结时产生的压力，从而提高混凝土的抗冻性能。5 结　论 通过室内试验的对比分析可初步得到如下结论： (1)适量的掺入引气剂后，可以改善混凝土的和易性； (2)适量的掺加引气剂，能使混凝土抗渗透性能大大提高，抵抗环境侵蚀的能力增加，同时提高混凝土的抗冻性能，可以提高混凝土的耐久性，增加使用寿命； (3)掺加引气剂后，会使混凝土的抗压强度有所下降，可以与减水剂复合使用，降低水胶比，相应地补偿抗压强度损失。 总体来说，在混凝土中掺加适量的引气剂，可以提高混凝土的使用寿命，值得在工程中推广应用。

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