外加劑對機制砂混凝土表面氣泡參數影響試驗研究

2022-01-17來源：《新型建筑材料》2021.11

　　引言：

　　近年來，我國基礎設施建設的迅猛發展和對環境保護的日益重視，使得混凝土發展正面臨自然資源（天然砂）消耗的挑戰，在不少地區已經出現天然砂逐步減少、甚至無砂可用的情況。相對于天然砂，機制砂的原材料來源廣泛，機制砂用作混凝土的細集料，既可解決天然砂資源短缺問題，又能降低運輸成本，保護環境，而且混凝土強度能夠得到保障。機制砂替代天然砂用作混凝土細骨料已經成為混凝土行業的發展趨勢。在機制砂混凝土配制過程中，由于機制砂比表面積大、粒形不規整、級配不合理等原因導致硬化混凝土表面出現大量氣孔結構，嚴重影響混凝土質量，而且對混凝土的耐久性也有不利的影響。目前，混凝土質量不僅對強度、完整性、幾何尺寸及其他技術指標有越來越高的標準，而且對于混凝土外觀要求也越來越嚴格。

　　混凝土表面氣泡質量是清水混凝土驗收的關鍵指標，且硬化混凝土表面氣泡質量問題是工程界亟需解決的難題。國內外眾多研究工作者對混凝土表面氣泡質量問題開展了大量的研究工作。外加劑作為混凝土重要組成原材料也勢必成為表面氣泡重要影響因素之一。因此，探討混凝土外加劑對混凝土表觀質量的影響規律對于混凝土工程界具有重要的現實意義，可為混凝土表觀質量的改善提供參考依據。

　　1、試驗

　　1.1原材料

　　1.1.1混凝土原材料

　　水泥：中國海螺P·O42.5水泥，其物理力學性能測試結果見表1；礦粉（SL）：南京梅寶S95級；

　　粉煤灰（FA）：鎮江諫壁域級灰；

　　砂（S）：鵝卵石破碎機制砂，產地為江蘇揚中，其物理性能見表2；

碎石（G）：5～31.5mm連續級配的石灰巖，產地為安徽和縣。

　　1.1.2外加劑

　　聚羧酸系減水劑PC102B1（減水型）與PC203A1（保坍型）由安徽瑞和新材料有限公司提供，其勻質性檢測結果為：PC102B1，含固量39.6%，pH值6.87，密度1.081g/cm3，堿含量0.72%，氯離子含量0.024%，硫酸鈉含量0.13%；PC203A1，含固量39.49%，pH值5.82，密度1.079g/cm3，堿含量0.46%，氯離子含量0.011%，硫酸鈉含量0。引氣劑：淺黃色液體，含固量為33.65%，東邦化學（上海）有限公司；消泡劑：無色透明液體，含固量為31.28%，東邦化學（上海）有限公司。

　　1.2試驗方法

　　機制砂混凝土配合比（kg/m3）為：m（水泥）：m（粉煤灰）：m（礦粉）：m（機制砂）：m（碎石）：m（水）=252：54：54：757：1046：210，且外加劑均按原液摻量計算，摻量按占膠凝材料質量計。

　　混凝土表面氣泡參數測試試件采用200mm×200mm×200mm立方體試模成型。混凝土攪拌均勻一次性入模，統一用振動臺經高頻振搗25s后刮平，在（20±3）℃下養護48h拆模后晾干，立即測試混凝土表面氣泡參數，測試方法如下：首先用數碼相機對試件測試面表面圖像進行采集，然后采用Image-Pro-Plus6.0圖像分析軟件對待測圖像的氣泡參數如氣泡直徑、氣泡面積、不同直徑氣泡數量進行數據采集，然后進行計算分析獲得氣泡面積百分率（μ）、氣泡最大孔徑（Dmax）、氣泡直徑（D）分布等參數。氣泡面積百分率是指混凝土表面氣泡總面積相對于混凝土表面面積的比值；不同直徑（D）的氣泡數量是指在混凝土表面積為40000mm2時的統計數量。

　　2、結果與討論

　　2.1減水型聚羧酸系減水劑的影響

　　表3為減水型聚羧酸系減水劑PC102B1摻量分別為0.15%、0.20%、0.25%與0.30%時的混凝土表面氣泡參數。

　　由表3可知，隨減水劑摻量的增加，氣泡面積百分率（μ）總體呈減小趨勢，在摻量0.30%時具有最小值，為0.39%，相對于摻量0.15%時的最大值0.93%減小了58.1%；最大孔徑則為先減小后增大再減小的無規律變化，同樣在摻量0.30%時具有最小值，為3.6mm，相對于摻量0.25%時的最大值5.2mm減小了30.8%；直徑D臆1mm與D>1mm氣泡數量總體均呈逐漸減少趨勢，均在摻量0.15%時具有最大值，分別為272個、70個，且均在摻量0.30%時具有最小值，分別為196個、39個，相對于最大值，最小值分別減小了27.9%、44.3%。上述4個參數總體上均隨減水劑摻量增加而減小，主要是因為減水型聚羧酸系減水劑的減水率相對比較高，隨著摻量的增加，混凝土坍落度逐漸增大，而混凝土流動性的增加則有利于混凝土表面氣泡的排出。

　　2.2保坍型聚羧酸系減水劑的影響

　　表4為保坍型聚羧酸系減水劑PC203A1摻量分別為0.30%、0.35%、0.40%與0.45%時的混凝土表面氣泡參數。

　　由表4可知，隨減水劑摻量的增加，氣泡面積百分率（μ）先增大后減小，在摻量0.45%時具有最小值，為0.70%，相對于摻量0.35%時的最大值1.48%減小了52.7%；最大孔徑則為先不變后減小再增大，在摻量0.40%時具有最小值，為3.6mm，相對于摻量0.30%與0.35%時的最大值6.0mm減小了40.0%；直徑D≤1mm與D>1mm氣泡數量均先增加后減少，其中D≤1mm氣泡數量在摻量0.30%與0.40%時分別出現最小值605個、最大值1400個，最小值相對于最大值減小了56.8%，D>1mm氣泡數量在摻量0.45%與0.35%時分別出現最小值58個、最大值110個，最小值相對于最大值減小了47.3%。氣泡面積百分率、直徑D≤1mm與D>1mm氣泡數量隨減水劑摻量增加先增大后減小，主要是保坍型聚羧酸系減水劑的減水率相對比較低且具有一定的引氣作用，因此，在達到臨界摻量之前，隨摻量的增加坍落度變化較小且含氣量逐漸增大，當達到臨界摻量后，隨摻量增加坍落度變化增大，有利于表面氣泡的排出。同時，與表3對比可知，相對減水型聚羧酸系減水劑，混凝土表面氣泡參數均有所增大，氣泡面積百分率的最大值與最小值分別增大了59.1%、79.5%，直徑≤1mm氣泡數量的最大值與最小值分別增大了4.15倍、2.09倍，直徑D>1mm氣泡數量的最大值與最小值分別增大了57.1%、48.7%。

　　2.3引氣劑的影響

　　表5為引氣劑摻量分別為0、0.003%、0.006%與0.010%時混凝土表面氣泡參數，同時摻入0.25%PC102B1聚羧酸系減水劑。

　　由表5可知，隨引氣劑摻量的增加，氣泡面積百分率（μ）逐漸增大，相對于最小值，最大值增大了1.59倍；最大孔徑的變化無明顯規律性，在摻量0.003%時具有最大值為8.3mm，相對于未摻引氣劑時的最小值5.2mm增大了59.6%；直徑D≤1mm的氣泡數量逐漸增加，相對于最小值，最大值增大了3.05倍；直徑D>1mm氣泡數量先增加后保持不變，在摻量0.006%時具有最大值118個，相對于未摻引氣劑時的最小值58個增加了1.03倍。由此可見，在PC102B1聚羧酸系減水劑的基礎上摻入引氣劑時，混凝土氣泡面積百分率、最大孔徑、直徑D>1mm氣泡數量均明顯增多，對混凝土外觀質量有不利影響。

　　2.4消泡劑的影響

　　表6為消泡劑摻量分別為0.001%、0.002%、0.004%與0.008%時混凝土表面氣泡參數，同時摻入0.25%的PC102B1聚羧酸系減水劑。

　　由表6可知，隨消泡劑摻量的增加，氣泡面積百分率（μ）先減小后增大，在摻量0.004%時具有最小值，為0.09%，相對于摻量0.001%時的最大值0.74%減小了87.8%，在摻量進一步提高到0.008%時，氣泡面積百分率依然相對較小，僅為0.16%；最大孔徑的變化規律也是先減小后增大，在摻量0.004%時具有最小值2.5mm，相對于摻量0.001%時的最大值4.2mm減小了40.5%；直徑D≤1mm的氣泡數量先減少后增多，在摻量0.004%時具有最小值67個，相對于摻量0.001%時的最大值264個減小74.6%；直徑D>1mm氣泡數量逐漸減少，在摻量0.008%時的最小值僅為9個，相對于摻量0.001%時的最大值60個減小了85.0%。綜上可見，在PC102B1聚羧酸系減水劑的基礎上摻入消泡劑時，混凝土氣泡面積百分率、最大孔徑、直徑D≤1mm與D>1mm氣泡數量均顯著下降。氣泡面積百分率的最小值相對于減水型聚羧酸系減水劑、保坍型聚羧酸系減水劑及引氣劑的各自最小值分別降低了76.9%、87.1%與94.2%，氣泡面積百分率的最大值相對于減水型聚羧酸系減水劑、保坍型聚羧酸系減水劑及引氣劑的各自最大值分別降低了20.4%、50%與61.9%。可見，消泡劑的摻入可極大改善混凝土表面氣泡外觀質量。

　　2.5含氣量與表面氣泡參數的關系

　　針對上述4種外加劑對混凝土表面氣泡參數影響試驗所測得的含氣量，建立了含氣量與混凝土表面氣泡參數的關系如圖1所示。