作者:聂森林 王有斌
关键词：引气剂；水工混凝土；作用与应用
水电工程中采用的混凝土，根据其结构部位及工作条件，应满足抗压、抗冻、抗渗等各项指标及施工和易性要求，以上各项技术指标既影响结构的安全和使用使命，也影响工程造价，在甘南地区影响水工混凝土使用寿命的一项指标是抗冻性，在水工混凝土中掺合引气剂是混凝土达到设计使用寿命的一个有效途径。本文就引气剂在水工混凝土中的作用与用途谈点粗浅的看法。
根据国际标准化组织（ISO）关于“混凝土砂浆及灌注用静浆外加剂的定义及分类”中规定，引气剂是指“能在混凝土或砂浆中形成细小的均匀分布的并在硬化后仍能保持空气微泡的外加剂，这种外加剂引进的气孔是分散性的气泡，尺寸0.05～0.25mm，它对水泥凝结和硬化速度的改变不显著”。
1混凝土冻融破坏的机理
混凝土早期受冻时，其内部必然有大量的可冻水，水由液相转为固相，体积要增大9%左右，它势必导致混凝土的体积膨胀，这种体积变化可称为冻胀变形，它的特点是融解后不能完全恢复原形而残留部分变形，这种残留变形又称为残余变形。冻胀变形和残留变形是混凝土在早期受冻过程中由于冻水引起的内部结构损失（内部结构出现裂纹--强度受损）和外表体积变化最直接的综合表现，成冰过程由于膨胀所产生的应力（按8Mpa/mm2计算）已超过水泥浆的抗拉强度，不可避免地造成破坏，这就是冻胀应力造成的混凝土结构破坏。
2引气剂的抗冻作用及过程
引气剂是表面活性物质，它的最大特点之一是提高混凝土的抗冻性。引气剂能提高混凝土的抗冻性，是由于混凝土中有微小分散的空气泡存在，以及由此发生的材料结构上的变化，使混凝土拌合物总的体积含水量减少，单位体积中开口的毛细管数量也减少，这些气泡阻塞了毛细管彼此之间的联络通道，使毛细管网成为被隔开的矿化空气泡。同时表面活性物质在管壁上吸附，并使其憎水化，混凝土具有这种结构时，混凝土内冻结水分的破坏作用就难以实现。这是因为毛细管吸附力比不掺引气剂时小得多，浸入饱和会受阻碍。另外，如果含有空气泡的混凝土中开口毛细管部分被水填塞，那么当水分在毛细管中结冰时，由于毛细管中存在着矿化空气泡，结冰时膨胀水分可以从毛细管中被挤到由空气泡组成的而且被薄的矿化膜和毛细管分开的后备地带--膨胀腔中去，从而起到卸压和缓冲的作用，使混凝土结构免遭破坏。当冰融化时，表面张力作用又将水排回到毛细孔中，气泡就如同一个永久的安全阀一样对混凝土内部结构继续起到保护作用。
使用引气剂时，由于混凝土内部结构改变而使混凝土抗冻性能提高的表现归纳起来有4个方面：（1）由于降低了水灰比（引气剂或引气减水剂都具有一定的减水能力），混凝土中水泥砂子的密实度得到提高；（2）由于减少了混凝土拌合物的体积含水量，混凝土中沉陷毛细管的体积减少；（3）由于毛细管通道被矿化空气泡阻塞，毛细管壁表面憎水化以及开口孔隙转变为闭塞状态，使毛细管吸附力降低；（4）以闭塞气泡形式存在于膨胀体系中的空气泡于水分冻结时对压力的局部增加起到缓冲作用。
3引气剂的技术经济效益
长期以来，有关引气剂的技术效果介绍得很多，但可综述为：
（1）由于引气剂的分散润滑及减水作用显著而改善混凝土的工作性与和易性。（2）由于引气剂气泡的滚珠润滑作用，提高了混凝土的可泵性。（3）由于引气剂的表面吸附作用，水泥浆黏度提高，可明显提高混凝土泌水沉降收缩。（4）掺用引气剂的混凝土由于需水量减少，毛细孔率也明显降低，混凝土中的毛细孔通道被微小气泡切断，使混凝土抗渗性能得到提高。（5）适量的气泡能缓冲混凝土中因冻融产生的膨胀应力，使混凝土的抗冻标号提高数倍。（6）混凝土的抗腐性能很大程度取决于自身的渗透性和密实性，因此，掺用引气剂的混凝土抗腐性也有明显的提高。（7）近期研究发现，由于引气剂的微小气泡可有效地隔离水泥粒子在分散后重新吸附，因此用于预拌混凝土可降低混凝土坍落度经时损失率。掺用引气剂的混凝土结构物由于耐久性的提高，使用期延长，所
带来的经济效益更无法估算。
4引气剂对混凝土强度的影响
“混凝土引气会降低强度”这是多年来许多工程设计人员的观念，加之许多资料中强调含气量增加1%，抗压强度会降低3％～4%。因此得出了掺用引气剂不能保证混凝土施工质量的结论，实践证明上述观点是很不全面的。
4.1混凝土强度不仅跟含气量有关，也与引入气泡的结构和孔径有关，经测试分析，较细密稳定的微小气泡基本都是无害孔（孔径50μm以下），对混凝土强度影响极小。
4.2水胶比是影响混凝土强度的主要因素，引气剂有一定的减水功能，其减水率可达10%，因此应选用水胶比较低的引气剂，水胶比减少1%，混凝土强度可增加2％～4%，这是引气剂不会降低混凝土强度的原因之一。
4.3混凝土结构中水灰比分布是不均匀的，坍落度较低时，粗骨料下方易集中泌水，不但会影响抗压强度，对混凝土抗折强度影响更大，而掺用引气剂后，上述情况得到改善，十分有利于混凝土强度的提高。
4.4引气剂对混凝土强度的影响还与引入的气泡数量有关。研究证明，较低标号的混凝土含气量即使达到5%，也不会影响强度，而C50、C60高强度混凝土则通过调整引气剂掺量，将含气量控制在3%左右，对强度亦不会产生影响。
4.5引气剂对混凝土和易性的改善，易密实和泌水率的降低，减少了混凝土界面缺陷引起的强度降低。
5引气剂掺量与混凝土各项指标的关系
5.1引气剂掺量与含气量的关系
松香聚热物引气剂掺量与混凝土含气量的关系如表5-1。
5.2引气剂引气量与混凝土水灰比的关系
用相同比例配制混凝土时，混凝土的水灰比越大引气量越大。表5-2是相同砂率（41%），相同的用水量（155kg/m3），松香类引气剂掺量3/10 000时，不同水灰比的混凝土含气量。
5.3混凝土的砂率与含气量的关系
混凝土的砂率越大，掺相同比例的引气剂，经搅拌产生的含气量越多。表5-3是水灰比相同（0.42）,单方用水量相同（155kg/m3），引气剂的掺量为3/10 000时，不同砂率配制混凝土的含气量。
从表5－3可以看出，砂率越大,引气量越多。在配制抗冻混凝土时，为了保持较多的含气量，宜适当加大砂率。
5.4砂的细度模数与混凝土含气量的关系
不同细度模数的砂，对混凝土含气量也有一定的影响。表5-4是用相同水灰比（0.42）,相同砂率（41%），引气剂的掺量为3/10 000时，不同细度模数的砂配制的混凝土的含气量。
从表5－4可以看出，砂子太粗或太细均会使混凝土的和易性变差，不利于裹住较多的气泡，因此，配制防冻混凝土最好用小砂，有利于气泡的稳定性。
6掺引气剂混凝土施工时应注意的问题
6.1掺引气剂的混凝土在搅拌时应较常规混凝土增加30s左右，以利于气泡充分形成。另外，温度对气泡的形成
与稳定关系也很大，温度高时气泡膜不稳定，形成的气泡少且不稳定，而在低温下拌制的防冻混凝土可以形成较多且稳定的气泡，配制出性能较优的防冻混凝土。
6.2施工方法
引气混凝土在施工时，以机械拌和为宜，浇筑时振捣时间不宜过长，振捣时间太长会使气泡逸出太多，不利于混凝土的防冻性能；振捣方式也应注意，振动台振捣与高频振捣棒插入振捣比较起来，高频振捣对混凝土含气量损失较大；另外采用泵送的施工方法，由于泵压的作用也会引起混凝土含气量的损失。引气混凝土养护以覆盖洒水养护为宜，严禁蒸气养护。
以上这些影响又因材料种类、骨料级配及引气剂的品种不同而不同，因此施工方法和材料确定以后，在选择引气剂时一定要通过模拟现场施工条件的试验，以便保证使用效果。
参考文献
[1]姚治邦.水工建筑材料常用配方及工艺[M].南京：河海大学出版社,1989.6.
[2]王世芳.建筑材料[M].武汉：武汉大学出版社,1992,8.
[3]马清浩.混凝土外加剂及建筑防水材料[M].北京：中国建材工业出版社,1998.6.
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