混凝土配制条件及外部环境对于引气剂性能的影响

目前国内外混凝土工程普遍通过掺加引气剂来改善硬化混凝土的耐久性能。然而，引气剂性能除了和引气剂自身的表面活性相关外，不同环境条件、不同工程要求、不同配制方法和不同施工方法的混凝土对于引气剂的性能影响极大，关系到引气剂性能的发挥及混凝土的耐久性和使用寿命。以下较为系统地阐述混凝土的组成材料、混凝土配合比和拌和物特性以及外界条件，如环境温度、搅拌、振捣、运输和浇灌技术等对混凝土引气剂性能的影响。

（1）混凝土组成材料对引气剂性能的影响

① 水泥和矿物掺合料　
水泥对引气的影响包括物理和化学两个方面，物理方面的影响主要与水泥细度有关，较细的水泥由于其比表面积较大，伴随着其需水量较大，则相对可用于气泡形成的水量减少了，使得气泡的形成变得较困难，同时浆体黏度的增大也使气泡更难以形成。水泥中的有些化学物质与水接触后反应迅速，它们会对引气过程有所影响。例如，铝酸三钙、石膏和碱的硫酸盐反应生成钙矾石，钙矾石分子含有31个分子的水，并且呈针状，它的形成从物理和化学两个方面增加了浆体的黏度。如果钙矾石的生成较快，则气泡的形成由于黏度提高而受影响；如果钙矾石生成较慢（或者起初形成短针状钙矾石，以后逐渐再结晶转变为长针状钙矾石）​，则由于浆体黏度的逐渐变化会引起气泡稳定性问题。

碱也对引气剂的性能有很大影响，根据目前国内外的研究报道，碱对引气剂性能的影响主要是由于两方面的原因：a.以硫酸盐形式存在的碱可使初始气泡变粗，以非硫酸盐形式存在的碱并不影响气泡的形成；b.碱离子由于在环绕气泡的浆体薄壳中的水泥颗粒之间形成了离子桥，使得浆体薄壳变的坚固，气泡难以聚合，从而有助于气泡的稳定。矿物掺合料（包括硅灰、磨细矿渣、粉煤灰、天然火山石、石灰石和其他填料）对引气剂性能的影响，除了类似于水泥细度作用外，粉煤灰硅灰中的碳含量由于缓慢抑制引气剂的作用而对气泡的形成与稳定性有一定的影响。国内最新研究报道，对于质量较差的Ⅲ级粉煤灰，以1.5超量系数取代法掺粉煤灰，每增加10%的粉煤灰，混凝土引气量将降低1～2个百分点。对于硅灰混凝土，由于其浆体密实和低渗透性，冻融期间水分向气泡迁移更困难，通常必须具有比普通混凝土更小的气泡间距系数来满足抗冻性要求。

② 集料　
粗集料本身对引气剂性能没有很大影响，但粗集料会影响混凝土拌和物的干硬度，从而间接影响引气性能。通常如果粗集料量大，拌和物浆体量就较少，混凝土含气量一般就较低。细集料对引气性能较重要的影响是细集料的颗粒尺寸，随着细集料细度提高，含气量有下降的趋势。

③ 外加剂　
混凝土中最常用的外加剂为减水剂，包括普通减水剂和高效减水剂。某些减水剂（如木质素磺酸钙）是表面活性物质，它们有助于气泡形成，但是它们所引入的气泡尺寸大，且不稳定。

近几年许多学者研究了高效减水剂对气泡体系的影响，他们得出的结论是：利用三聚氰胺或萘系类高效减水剂来提高新拌混凝土和易性将引起气泡间距系数增大，气泡比表面积降低，含气量损失。高效减水剂对气泡体系的影响包括两个方面：第一，高效减水剂提高了浆体流动性，从而增大了气泡聚合的可能性；第二，高效减水剂增加了水泥颗粒间的排斥力，从而削弱了用于防止气泡聚合作用的气泡周围水泥浆薄壳作用。

（2）混凝土配合比对引气剂性能的影响
水灰比是混凝土中影响引气剂性能最重要的参数。其他参数仅通过对混凝土拌和物干硬度的影响来间接影响引气剂性能。水灰比影响引气剂性能的重要性直接与浆体黏性有关。当水灰比较低，混凝土浆体势必较黏稠，使得气泡的运动较为困难，气泡聚合的可能性下降，混凝土的气泡尺寸变小，从而有利于小气泡的稳定。但当混凝土用水量过低，由于干硬性或低塑性混凝土拌和物黏度增大，使气泡形成较为困难，导致混凝土含气量下降。坍落度是用来衡量混凝土拌和物干硬性的一个指标，坍落度自身对混凝土引气剂性能的影响难以评估，坍落度的变化往往与混凝土配合比的变化相关联，从而间接影响引气剂的性能。

（3）外界环境对引气性能的影响
环境温度对混凝土气泡性能有影响，在一定引气剂掺量下，温度低时混凝土含气量通常较高，高温时混凝土含气量较低，但温度仅仅对混凝土含气量有较明显的影响，对气泡间距系数影响很小。混凝土拌和物中气泡的引入是在其搅拌过程中实现的，足够的搅拌时间对于保证气泡均匀地引入混凝土拌和物中尤为重要。一般来说，使用强制式搅拌机拌和引气混凝土，其含气量要比使用自落式搅拌机拌出的混凝土含气量小，强制式搅拌机使得混凝土拌和过程中的含气量损失增大，可以通过适当延长搅拌时间来保证引气效果。混凝土的振捣密实是为了消除混凝土中的有害气泡，通常振捣过程中排出了混凝土拌和物中的大部分大气泡和夹入气泡，混凝土含气量会随振捣时间的延长而下降，但其气泡间距系数几乎不受常规振捣的影响。对于商品混凝土，其运输途中含气量常常会有所损失，但在合理的引气混凝土中，含气量的损失常常是由于大气泡的逸出所致，通常对气泡间距系数影响较小。混凝土长距离泵送对其气泡稳定性将是有害的，但目前还没有关于泵送技术对混凝土气泡间距系数影响的确切实验结果，运用泵送技术泵送引气混凝土时，必须通过试验验证混凝土气泡的稳定性。混凝土拌和物加水重塑，即在混凝土拌和物中增加水量提高其坍落度是混凝土工程中解决由于混凝土拌和物失水稠化而引起其浇灌困难的一个有效措施。通常如果所加水量不是很高的话，似乎对混凝土气泡间距系数没有太大影响，尽管有时混凝土含气量会有所增加，但如果拌和物流动性增加很大的话，将引起气泡稳定性问题。