氣泡參數(shù)對混凝土抗凍性影響的研究進(jìn)展

楊凡，田陸飛

(山東廣信工程試驗(yàn)檢測有限公司，山東 濟(jì)南 250022)

混凝土因具有優(yōu)越的性能而廣泛應(yīng)用于建筑、軍工、水利、海工等工程。目前，針對不同的工程要求和施工條件，設(shè)計(jì)并制備出了多種不同性能和功能的混凝土，例如：輕骨料混凝土、高強(qiáng)混凝土、泵送混凝土、流態(tài)混凝土、防水混凝土、聚合物混凝土、噴射混凝土、纖維混凝土、瀝青混凝土、耐火混凝土。這些混凝土對性能的要求更高?；炷猎跀嚢钑r(shí)，會裹進(jìn)一定數(shù)量的空氣，使混凝土內(nèi)部含有一定量的空氣，當(dāng)混凝土硬化后就會在內(nèi)部形成大小不均勻的氣孔，從而影響混凝土的強(qiáng)度和耐久性。

目前，改進(jìn)混凝土強(qiáng)度和耐久性的方法有很多種，主要有提高水泥的質(zhì)量、添加粉煤灰、調(diào)整各組分的配合比、將混凝土的孔隙重新進(jìn)行調(diào)整級配，增減不同尺寸的孔并改變其數(shù)量。應(yīng)用最多的方法是通過向混凝土中添加引氣劑來改變硬化混凝土的氣孔結(jié)構(gòu)，從而達(dá)到提高混凝土耐久性的作用。引氣劑的摻入，在混凝土中會引入大量均勻分布、相互獨(dú)立的類似于球形狀的微小的氣泡，這些氣泡在混凝土中起到了滾珠的作用，使混凝土的和易性得到極大的改善和提高；也能夠減小水的流動，進(jìn)而降低了泌水率；引入的微小氣泡破壞了毛細(xì)管的連續(xù)性，使得混凝土中水的主要通道——連通的大毛細(xì)管減少，改善了抗?jié)B性；均勻分布的微小氣泡可以緩解結(jié)冰產(chǎn)生的膨脹應(yīng)力和滲透壓力，提高抗凍性能。由此可以看出，氣泡的尺寸、數(shù)量、分布狀態(tài)對混凝土的耐久性起非常重要的作用，硬化混凝土中的氣泡參數(shù)，必將影響混凝土的性能。因此對硬化混凝土中氣泡參數(shù)的研究變得尤為重要。

1 氣泡參數(shù)的測定方法

混凝土的抗凍性不僅與混凝土中氣體含量有關(guān)，而且跟混凝土中氣泡的數(shù)目、尺寸、分布、氣泡間距等有關(guān)。楊華全等[1]研究了氣泡平均半徑、氣泡間距系數(shù)對混凝土強(qiáng)度和抗凍性能的影響，結(jié)果表明：混凝土抗壓強(qiáng)度隨著氣泡平均半徑的增大而降低；氣泡間距系數(shù)越小，混凝土的抗凍耐久指數(shù)越大，抗凍性越好。目前，研究硬化混凝土中氣泡參數(shù)的方法主要有顯微鏡法和壓汞儀法。顯微鏡法是按照《水工混凝土試驗(yàn)規(guī)程》(DL/T 5150-2001)直線導(dǎo)線法進(jìn)行的。在制備好的試樣表面上選定長度和間距均勻的直線，從第一條導(dǎo)線起點(diǎn)開始，分別測量并記錄視域中氣泡個(gè)數(shù)及顯微鏡測微尺截取的每個(gè)氣泡的弦長刻度值。第一條導(dǎo)線測試完全后再按照順序測試第二、第三…… 條導(dǎo)線，直到測試完規(guī)定的導(dǎo)線長度。壓汞儀法是基于毛細(xì)管中不潤濕液體的性質(zhì)。壓汞儀法可以測定多孔材料的孔徑大小、孔隙體積，從而計(jì)算出孔徑分布。在一般低壓的情況下，壓汞儀測定的孔徑小，為幾個(gè)到幾百個(gè)微米，且所需要的樣品尺寸較小，不能有效的代表整個(gè)混凝土的結(jié)構(gòu)，因此該方法測定的孔徑分布跟真實(shí)結(jié)構(gòu)存在一定的誤差。

2 氣泡參數(shù)對混凝土性能影響的研究

硬化混凝土的氣泡參數(shù)對混凝土的抗凍融耐久性起著至關(guān)重要的作用。在嚴(yán)寒地區(qū)的工程都使用引氣劑來改善混凝土的抗凍融耐久性。張德思等[2]探討了氣孔參數(shù)、強(qiáng)度等級等對普通混凝土和粉煤灰混凝土抗凍融耐久性的影響。結(jié)果表明：氣泡間距系數(shù)對普通混凝土和粉煤灰混凝土的抗凍融耐久性有著決定性的影響。胡澤清等[3]用氣泡參數(shù)判定混凝土的抗凍耐久性，結(jié)果表明：常態(tài)混凝土和泵送混凝土的氣泡參數(shù)分別小于250μm 和300μm，混凝土可以獲得良好的抗凍性。黃孝蘅等[4]通過對混凝土試件的快速凍融結(jié)果及硬化混凝土的氣泡觀測，找出二者之間的關(guān)系。研究結(jié)果表明：水灰比越小，間距系數(shù)臨界值越小，初步判定混凝土抗凍性能的優(yōu)劣，從而達(dá)到縮短試驗(yàn)周期、保證工程質(zhì)量的目的。李俊毅[5]對硬化混凝土氣泡間距系數(shù)的臨界值進(jìn)行了分析，建議港工混凝土施工規(guī)范中增補(bǔ)規(guī)定，對于有抗凍要求混凝土的氣泡間距系數(shù)，其臨界值取0.230mm，這對評估硬化混凝土抗凍性有著重要實(shí)際意義。嚴(yán)捍東等[6]研究了高摻量粉煤灰水工混凝土的氣泡參數(shù)和抗凍性能。結(jié)果表明：氣泡結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性隨著粉煤灰摻量的增大而提高，氣泡間距在0.50mm 以下都是高抗凍混凝土。張?jiān)魄宓萚7]研究了氣泡結(jié)構(gòu)特征對混凝土抗鹽凍性能的影響。結(jié)果表明：混凝土的平均氣泡間距和氣泡平均直徑在很大程度上依賴于含氣量，含氣量越高，平均氣泡間距和氣泡平均直徑越小。高性能混凝土具有良好抗鹽凍性所要求的氣泡平均間距與強(qiáng)度等級有關(guān)，在強(qiáng)度等級低于C50 時(shí)，混凝土的氣泡平均間距必須小于250μm，當(dāng)強(qiáng)度等級提高到C60 以上時(shí)可增大到700μm。隨著研究的深入，研究人員發(fā)現(xiàn)，引氣劑提高混凝土抗凍性的本質(zhì)機(jī)理是改善氣泡參數(shù)。但是經(jīng)實(shí)踐證明，盡管新拌混凝土的含氣量相同，由于所用的外加劑種類、水灰比等條件的不同，使硬化混凝土中的氣泡參數(shù)發(fā)生變化，從而影響混凝土的抗凍性[8]。因此有必要對硬化混凝土中氣泡參數(shù)進(jìn)行研究。

3 結(jié)語

混凝土中的含氣量不是決定混凝土抗凍性優(yōu)劣的唯一參數(shù)，引入氣泡的氣泡參數(shù)同樣是非常重要的影響因素。在含氣量一定的情況下，混凝土的抗凍性取決于混凝土中氣泡間距系數(shù)和數(shù)量，氣泡間距越小，氣泡個(gè)數(shù)越多，混凝土的抗凍性越好。但是硬化混凝土中的氣泡結(jié)構(gòu)在水灰比、外加劑等條件下，與新拌混凝土中的氣泡結(jié)構(gòu)不同，因此今后的研究重點(diǎn)將是建立新拌混凝土氣泡參數(shù)和硬化混凝土氣泡參數(shù)的聯(lián)系，進(jìn)而研究混凝土的抗凍性。

[1]楊華全，周世華，蘇杰.氣泡參數(shù)對引氣混凝土性能的影響[J].水力發(fā)電, 2009,35(1): 18-19

[2]張德思，成秀珍.硬化混凝土氣孔參數(shù)的研究[J].西北工業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào), 2002,20(1):10-13.

[3]胡澤清，鄒一寶, 馬芳.用氣泡參數(shù)判定混凝土抗凍耐久性的探討[J].粉煤灰, 2009(3): 3-4.

[4]黃孝蘅，許彩虹，王麗文.硬化混凝土中氣泡性質(zhì)對抗凍性影響的試驗(yàn)研究[J].中國港灣建設(shè), 2003(3): 14-17.

[5]李俊毅.硬化混凝土氣泡間距系數(shù)的臨界值[J].港口工程, 1997(3): 27-29.

[6]嚴(yán)捍東，孫偉，李鋼.大摻量粉煤灰水工混凝土的氣泡參數(shù)和抗凍性研究[J].工業(yè)建筑, 2001(8): 40-43.

[7]張?jiān)魄澹嗉t發(fā)，王甲春.氣泡結(jié)構(gòu)特征對混凝土抗鹽凍性能的影響[J].華南理工大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版),2010(11): 11-15.

[8]李俊毅，李曉明, 許彩虹.新拌混凝土氣泡參數(shù)分析法評估混凝土抗凍性[J].水運(yùn)工程, 2005(11): 5-8.