摘要：介绍了混凝土引气抗冻的基本原理和外加引气剂的作用方式，分析了混凝土引气的基本要求及其对抗冻效果的影响。阐述了水利工程引气抗冻混凝土的施工要点和注意事项。
关键词：混凝土抗冻性 引气剂 施工要点
1.引言
混凝土引气指选用适当的外加剂向混凝上中特意引入空气。这里的空气应与偶然截留的空气明确区分开，区别在于气泡的大小。一般引入气泡的直径在50μm左右，而偶然截留空气形成的气泡较大。引入的空气会在水泥浆中形成分散的、近似球形的气泡，这样就不会形成水流通道，也不会提高混凝土的渗透性。由于凝胶只能在水中形成，所以孔隙绝不会被水化产物填充。引入的气体首先应保证毛细孔体积的最小化，否则可结冰水量可能会超过引入气泡所能容纳的水量。这项要求可转换为要求水灰比足够小，这样也可以保证混凝土的强度，因而能更好地抵抗冰冻产生的破坏压力。引气可以防止冰冻破坏已得到公认。在混凝土中掺入引气剂，有计划地在混凝土中形成细小、独立的气泡，组成球状，各自独立，均匀分布，可以大幅度改善混凝土的可加工性及对冻融作用的抵抗性。现在引气混凝土在混凝土冬期施工中被广泛使用。
2.引气的抗冻原理
混凝土在水和冰冻共同作用下，结冰膨胀产生很大的膨胀压力，破坏混凝土结构。如果在混凝土中存有众多的微小气泡能将冻胀压力消除，过量的水能迅速逃离至附近的充气孔中，混凝土就不会受到破坏。水变成冰时体积膨胀率为9%，从理论上讲，每一份可冻水需要的空隙体积至少为9%时才能使冰冻压力消失。如果为了满足耐久性的要求，空隙体积还应超出的若干倍才行。引气混凝土的含气量比理论需要的多好几倍，而且由于气泡直径小、分布均匀，使水分有更多的机会和气泡相连接，使冻胀力消失，抗冻性大大提高。另一方面，由于构成这些气泡的膜壁消耗了相当一部分水，必然会减少混凝土中多余的水分，从而降低由于析水而留下大孔隙的可能性。此外这些气泡分布非常均匀且互不连通，能破坏混凝上中可能存在着的毛细管引径，从而提高混凝土的抗渗性，减少混凝土中的冻结水量，因而又能相应地提高抗冻性。同时由于抗渗性的提高，可以减少混凝土在冻结过程中的水分迁移补给，减少冻胀量。防止侵蚀水渗入，提高混凝土的耐蚀性。此外，冻结期间迁移至气孔的水解冻时会流回至硬化水泥浆中更小的毛细孔中。
3.引气的要求
由于水分子穿过硬化水泥装的阻力必须小于水流阻力，所以不论在什么部位，水都必须充分接近充气空间，即靠近引入的气泡。因而，确保引入气泡起作用的基本条件是限定逸出水流途径的最远距离。实际控制因素是气泡间距，即相邻气泡之间水泥浆的厚度，此厚度是上述最远距离的2倍。为了充分防止混凝土受到冻害破坏，气孔间距的平均值为250μm，现在通常推荐200μm。考虑到在一定体积混凝土内总孔隙体积会影响混凝土强度，因此，气泡间距一定时，气泡应尽量小。气泡大小很大程度上取决于使用的发泡工艺。
可以采用间距参数来判断给定硬化水泥浆中引入气泡的充足程度。美国标准ASTMC457—90给出了具体的测试方法。间距参数可以很好地表征硬化水泥装中任一点与附近气孔的最大间距。间距参数的计算方法是基于以下假设：所有气孔都是等粒径地分布在
立方体中。具体计算方法列于，需知道以下参数：混凝土的含气量，采用直线移测显微镜测定气孔的平均数或气孔的平均截弦；硬化水泥装的体积含量。为了充分保证混凝上不受冻融影响，间距参数最大值通常不超过200μm。根据孔隙最大间距可以计算出硬化水泥浆中引气的最小体积。对应于每种拌合物，都存在一个最小孔隙体积。发现，该体积为相应砂浆体积的。若仅引入空气，由于硬化水泥浆的体积随拌合物的富度而变化，因而混凝上所需的含气量取决于配合比；事实上可以采用骨料的最大粒径作为计算参数。对于某一给定的含气量，气孔间距取决于拌合物的水灰比，尤其是，水灰比越大，气泡的粘聚力越小，所以气泡间距越大。
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4.常用的引气剂及其作用原理
（1）引气剂的主要品种有：动植物脂肪油中提炼出来的脂肪酸盐；木树脂碱盐；硫酸盐和磺化有机化合物碱盐。所有这些引气剂都是表面活性剂，即长链分子定向排列以减少水分子表面张力，分子的另一端朝空气定向排列。因此，形成的气泡在搅祥时会稳定存在：引气剂分子互相排斥，形成一层薄腹覆盖在气泡表面，这样可阻隔气泡聚结，保证引入空气均匀分布。目前很多引气剂都已商业化，但未知引气剂的性能应根据试拌进行检验。引气剂的基本要求是：必须快速形成细小、稳定的气泡体系，且每个气泡都具有抗聚合性。气泡不会对水泥产生有害的化学影响。
（2）引气剂的作用原理。引气剂是一种憎水性的表面沾性外加剂。泥凝土中参入引气剂，可以降低水的表面张力和表面能，从而容易产生大量均勾分布且不连通的微细气泡。气泡的直径大部分都在50μm以下，很少有超过的100μm。这部分气泡分布均勾、稳定、封闭，气泡内无水分，水化作用在气泡外进行，水化物也不会使气泡消失。这些气泡在混凝土中的作用与滚珠相仿，可以提高混凝土的坍落度，改善和易性，便于浇筑和振捣。据试验，混凝土中每加气1%，大致可以增加坍落度1cm左右，如果保持坍落度不变，则可以降低混凝土的水灰比3%左右。在引气混凝土中，这些数量众多的微小气泡，还可以吸收和消纳各种损坏混凝土的力量。冰冻时，毛细管内的水分挤入气泡，冻胀力得以释放，从而避免了冻胀破坏。
5.引气混凝土的施工要点
（1）引气混凝土必须采用机械搅拌。搅拌时间过长或者不足都将使引气量减小。
（2）混凝土温度每升高10℃，引气量可减少20%—30%，因此引气混凝土施工必须注意控制温度。
（3）在一定范围内，坍落度越小引气量越少，坍落度越大引气量越大。大流动混凝土的坍落度损失比普通混凝土更大。
（4）砂越细引气量越大，砂率越大引气量越大。
（5）冬季施工和有抗冻要求的混凝上掺用引气剂时，应复合减水剂或采用引气减水剂。
（6）引气剂配制时，必须充分溶解，若有絮凝现象，应加热溶解，或适当加入乳化剂。
（7）由于引气量受混凝土材料及操作环境温度影响较大，故必须保持条件基本稳定。对含气量有严格要求的混凝土，要有规律地进行现场含气量测试，测试值应大于要求值的1/3。
（8）采用高频振捣的作业，会降低含气量。因此应保持振捣均匀，严格操作。试验室与现场的振捣方式和时间应保持一致。
（9）当引气量不足时，需要有稳定的含气量，施工中不能保证时，应该加入微量
稳泡剂。常用的有十二烷基二甲基胺、月桂酰异丙醇胺、尼纳尔、蛋白质、明胶等。
（10）引气剂品种对强度的影响，按降低幅度大小排列为：脂肪醇硫酸钠、烷基苯醇聚氧乙稀、烷基苯磺酸钠松香皂、松香热聚物、烷基磺酸钠。
参考文献：
[1] 邱云力.浅谈水利工程混凝土冬季施工技术.建材发展导向.2011（4）：134-135.
[2] 宋海涛，马春艳，于蕴萍.冬季混凝土施工预防冻害方法.黑龙江水利科技.2011（2）：278-279
作者简介：樊雪飞，女，汉，（1974—）陕西榆林人，现就职于榆林市榆阳区水产工作站，助理工程师，主要从事水利水电工程施工相关的生产和科研工作。
论文作者:樊雪飞
论文发表刊物:《基层建设》2018年第31期
论文发表时间:2018/12/17
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