引氣劑提高道面混凝土抗凍性研究

摘 要：根據機場道面水泥混凝土的特點，研究了水泥用量與混凝土含氣量的關系，試驗結果表明混凝土的含氣量并不隨著水泥的用量增加而增大；引氣劑的加入可以提高混合料的流動性，但會降低混凝土的抗彎拉強度；同時，可以顯著提高混凝土的抗凍性；根據西北戈壁灘的氣候特點和機場道面的使用特點，建立了抗凍性混凝土配合比設計標準。結合某機場的氣候特點，設計出道面抗凍性混凝土配合比，并應用于道面混凝土的施工中，經使用表明較好地解決了該機場曾發(fā)生過的道面混凝土的凍融損壞。

關鍵詞：引氣劑 道面 抗凍性 配合比2 0 工程質量 2008.No.1(B)

機場水泥混凝土的道面結構是屬于大面積的水泥混凝土結構。這種大面積的水泥混凝土受到降雨、溫度以及地下等各種因素的影響，特別是地下水的影響；另外，機場道面中的停機坪尺寸大，縱、橫坡度又較小，不利于排水；還有在冬季要采用除冰液對飛機進行除冰，這些來自上、下因素的影響、再加上道面水泥混凝土結構的特性及使用上的特殊性，形成了機場水泥混凝土道面的凍融損壞的特殊性。

處在寒冷地區(qū)新建或擴建的機場水泥混凝土道面出現(xiàn)的凍融破壞，主要表現(xiàn)為水泥混凝土道面表面大面積掉皮，局部部位出現(xiàn)孔洞等損壞現(xiàn)象，嚴重影響道面的使用，使道面過早地結束其使用壽命，給使用單位和國家造成重大經濟損失。提高水泥混凝土材料的抗凍性是提高水泥混凝土道面抗凍性的主要措施。通過在水泥混凝土中摻加外摻劑來提高水泥混凝土的強度和減少水泥混凝土的孔隙，并使水泥混凝土的孔隙形成封閉不連通的孔隙，以達到提高水泥混凝土的抗凍性的目的。使用最廣泛的是在水泥混凝土中摻加引氣劑。

引氣劑的加入使水泥混凝土中形成各自封閉的氣泡。這些氣泡能夠阻止水分進入到水泥混凝土的內部，從而避免由于氣溫的降低引起水泥混凝土中水分的凍結，造成水泥混凝土的損壞。引氣劑的加入可以提高水泥混凝土的抗凍性，但對混凝土的其它性能會產生影響，特別是引起混凝土的抗彎拉強度的降低。針對道面混凝土的要求，需要研究引氣劑的加入對混合料的流動性、混凝土的抗彎拉強度和混凝土的抗凍性等的影響，并根據機場道面所處的氣候環(huán)境和使用情況，建立起道面抗凍性混凝土配合比的設計標準，并據此進行抗凍性混凝土配合比設計。同時，本文結合某機場道面水泥混凝土工程，進行了抗凍性混凝土的配合比設計，成功地解決了該道面以往出現(xiàn)的凍融損壞。為道面混凝土的抗凍融損壞探索了一條成功的路子。

1 引氣劑的作用與試驗方法

引氣劑為表面活性劑，具有長鏈分子結構的有機化合物，其一端帶有親水基，另一端為憎水基。在水—氣界面上，憎水基向空氣一面定向吸附，在水泥—水界面上，水泥或其它水化粒子與親水基相吸附，憎水基背離粒子，形成憎水化吸附層，并力圖靠近空氣表面。當引氣劑溶解于水中，分子就定向排列于氣—水表面，則顯著降低溶液的表面張力，減少了氣泡形成所需的能量，便于氣泡形成，使得混合料的拌和過程中形成大量的氣泡。這些氣泡有定向吸附層，相互排斥且均勻分布。更為重要的是引氣劑的表面活性物質可在氣泡表面形成一層彈性膜，這層彈性膜大大降低了氣泡碰撞聚合的可能性，最終可使無數均勻分布的微細氣泡保持穩(wěn)定。在硬化的混凝土中形成微小、穩(wěn)定、封閉的氣泡。這些氣泡阻止了水分的浸入，又為水分的凍脹提供了空間。因此，可以有效地提高混凝土的抗凍性。氣泡的存在會對混合料的流動性，混凝土的抗彎拉強度等造成影響。

為了研究引氣劑對道面混凝土的影響，進行了室內試驗研究。試驗材料：水泥為42.5R 硅酸鹽水泥；細集料的表觀密度為2.66g/cm3，細度模數為3.3，屬粗砂；粗集料的表觀密度為2.68g/cm3，粒徑為5～40mm 的碎石；引氣劑采用PJ-2 引氣劑，屬于松香皂型引氣劑。所采用的試驗材料均符合國家有關技術標準。

混凝土的流動性用坍落度來表示，混凝土的含氣量用氣壓式含氣量測定儀測定?；炷恋目箯澙瓘姸炔捎脴藴市×涸嚰?，試件的成型和養(yǎng)護按機場水泥混凝土的室內試驗標準進行。

2 引氣型對混凝土性能影響

2.1 水泥用量與混凝土含氣量的關系

在道面水泥混凝土中，水泥的用量是混凝土配合比設計的重要內容。選擇合理的水泥用量既可以滿足施工和強度要求，又可以滿足經濟上的要求。所以，需要研究混凝土的含氣量與水泥用量的關系，以便合理確定水泥用量。為了研究水泥用量與混凝土含氣量之間的關系，引氣劑按0 . 0 1 2 %的劑量進行配比，砂率為33%，用水量為139kg/m3。

表1 為水泥用量與混凝土含氣量之間的關系。從表1 可以看出，混凝土的含氣量并不隨著水泥的用量增加而增大，當水泥用量達到330kg/m3 時，混凝土的含氣量達到最大，為4.60%。說明水泥用量影響氣泡的形成和穩(wěn)定，導致混凝土含氣量的改變。這是因為水泥用量的改變影響了混合料中的水泥- 水界面和水氣界面的狀況，溶液表面張力的降低程度發(fā)生了變化，形成氣泡的能量也隨著水泥用量的改變隨之改變，影響了氣泡的形成與穩(wěn)定。水泥用量的改變直接導致水泥漿體中的水泥- 水- 氣三相體的組成。當水泥- 水- 氣三相體為某一組合時，則溶液中的表面張力降低最大，最易形成氣泡，在硬化的混凝土中形成的氣泡就最多，即混凝土中的含氣量最大。

2.2 含氣量對混凝土流動性的影響

為了保證水泥混凝土道面的施工，需要混凝土具有較好的流動性，以利于混合料的攤鋪、振搗。引氣劑的加入可以改善混合料的流動性。對不同含氣量下的混合料的流動進行了室內試驗研究，其試驗結果見表2 。由表2 可知，隨著含氣量的增大，混合料的坍落度增加，說明混合料的流動性得到改善。這是因為引氣劑的引入會在混凝土中產生大量的氣泡，這些氣泡如同滾珠一樣，起到潤滑作用；同時，大量氣泡的存在增加了漿體體積、漿體粘度和屈服應力。因此，混合料的和易性、塑性和內聚性得到顯著提高，離析和泌水現(xiàn)象顯著降低。引氣劑的加入可以保證在同樣的配比下，提高混凝土的流動性；在同樣的坍落度下，減少混合料的拌和用水。水灰比的減少可以提高混凝土的強度。因此，引氣劑的加入有利于道面混凝土的施工。

2.3 含氣量對混凝土抗彎拉強度的影響

引氣劑的加入會在混凝土中形成封閉、穩(wěn)定的氣泡，這些氣泡的存在影響了混凝土的密實度，導致混凝土的強度降低。由于混凝土的抗彎拉強度是機場水泥混凝土道面的強度設計指標。因此含氣量的變化對混凝土抗彎拉強度的影響進行了室內試驗研究，其結果見表3 。試驗條件為：水泥用量320kg/m3，水灰比為0.44，砂率為33%?；炷林幸氪罅课⑿馀莺螅瑢е铝嘶炷量箯澙瓘姸鹊慕档?。當混凝土含氣量從0 增加到4.6% 時，7 d 的混凝土的抗彎拉強度比未加引氣劑的強度損失了14.6%，28d 損失了11.2%。說明由于引氣劑的加入，在混凝土中產生的氣泡會導致混凝土抗彎拉強度的降低。因此，要對混凝土的含氣量進行適當控制，避免混凝土產生過大的強度損失。混凝土的齡期也會對引氣劑、對混凝土抗彎拉強度的損失產生影響。引氣劑對混凝土抗彎拉強度的影響主要是在混凝土中存在的微小氣泡。這些微小氣泡在混凝土凝結后就處于穩(wěn)定狀態(tài)，并不隨混凝土的齡期增長而發(fā)生變化，即混凝土的含氣量在混凝土凝結后就保持不變的，而混凝土的強度則隨著齡期的增長而增大。由于含氣量是不變的，隨著混凝土的強度不斷地增大，引氣劑對混凝土強度造成的損失就會減少。從試驗結果來看，齡期對引氣劑、對混凝土抗彎拉強度造成損失的影響較小。

2.4 含氣量對混凝土抗凍性的影響

引氣劑在混凝土中引起的氣泡直徑約為

0 . 0 2 5 m m ～0 . 2 5 m m 。這種微氣泡由于氣泡彼此隔離，切斷了毛細通道，使水分不易滲入到混凝土中，減緩了水分結冰膨脹的作用，提高了混凝土的抗凍性。

表4 為引氣劑對混凝土抗凍性的影響。試驗條

件：水泥用量330kg/m3，坍落度15mm，含氣量為3.85%，水灰比為0.44。從表4 可知，加入引氣劑后，混凝土的抗凍性顯著提高。基準混凝土，在凍融循環(huán)次數達到1 5 0 次后，其相對動彈性模量僅為2 5 . 3 % ；對于加入引氣劑的混凝土，其相對動彈性模量高達97.5%；在凍融循環(huán)次數達到2 0 0 次后，其相對動彈性模量高達9 7 . 1 % ，說明了相對動彈性模量的損失是很小的。因此，引氣劑的加入，可以顯著提高混凝土的抗凍性， 這對防止道面混凝土的凍融損壞是十分有利的。

3 抗凍性混凝土配合比設計

我國西北戈壁灘地區(qū)，冬天寒冷，年最低氣溫在－ 3 0 ℃～－ 4 0 ℃之間。在這樣寒冷的氣候條件下，道面混凝土會出現(xiàn)凍融損壞。在進行道面混凝土配合比設計時，必須考慮混凝土抗凍性的要求，即所謂的抗凍性混凝土配合比設計。為了保證道面混凝土具有抗凍性，根據西北戈壁灘地區(qū)的氣候特點、機場道面的使用年限和道面平面尺寸大等特點，提出了西北戈壁灘地區(qū)道面抗凍性混凝土的配合比設計的要求，如表5 所示。

某機場地處西北戈壁灘地區(qū)，年最低氣溫達－ 35℃。考慮采用引氣劑提高混凝土的抗凍性。引氣劑采用P J - 2 型引氣劑。并按表5 確定的抗凍性混凝土的技術要求進行混凝土配合比設計?；炷恋脑O計抗彎拉強度為5 . 0 M P a ?？紤]到混凝土的變異性和保證率，試驗試配強度應高于設計強度，本次試驗試配抗彎拉強度高于5.76MPa 。確定出道面抗凍性混凝土配合比如表6所示。該配合比用于該機場道面混凝土的施工，解決了以往在同一機場出現(xiàn)的道面凍融損壞，說明本文所提出的混凝土配合比可以有效地提高混凝土的抗凍性，防止凍融導致混凝土板的損壞。同時，也說明表5 建立的抗凍性混凝土的技術指標可以適用于我國的西北戈壁灘地區(qū)機場道面抗凍性的要求?！　?/p>

4 結 語

引氣劑的加入可以有效地提高道面混凝土的抗凍性，是解決道面混凝土抗凍性的有效措施之一。同時，引氣劑的加入可以提高混合料的流動性，減少水灰比，有利于彌補由于引氣劑的加入導致混凝土抗彎拉強度的降低。在混凝土中加入引氣劑后，在滿足現(xiàn)有道面混凝土的設計強度要求的基礎上，可以大幅度提高混凝土的抗凍性，滿足了西北戈壁灘地區(qū)對機場道面抗凍性的要求。經工程實踐證明，可以在機場道面混凝土中使用引氣劑來提高混凝土的抗凍性，以提高混凝土的抗凍能力，防止道面出現(xiàn)凍融損壞。

參考文獻：

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