引气剂在南水北调中线工程中的应用

摘要：引气剂在混凝土中能够引入大量微小、封闭、稳定的气泡，可改善混凝土和易性、耐久性，延长建筑物的使用寿命。引气剂的使用效果与混凝土的原材料质量、拌和工艺及环境有关，使用时应适当调整掺量，满足含气量的技术指标要求。

关键词：引气剂；混凝土；耐久性；含气量；南水北调

1 引气剂的化学原理

引气剂属表面活性物质，可分为离子型和非离子型，离子型又分为阴离子型和阳离子型。目前常用的引气剂为松香皂及改性松香皂，它属阴离子型。当引气剂掺入混凝土中，在搅拌过程中引入大量的均匀分布、稳定的、封闭的微小气泡。这些微小气泡的形成，避免了毛细管道形成，缓解了自由水受冻所产生的膨胀压力，从而提高了抗冻抗渗标号，改善了混凝土的耐久性。

2 引气剂对混凝土性能的影响

2．1 引气剂对新拌混凝土性能的影响

（1）可改善新拌混凝土的和易性，使得粘聚性变好；

（2）可大大减少混凝土的泌水、离析现象；

（3）引气剂具有减水作用，减水率达6％以上，可降低水灰比，节约水泥；

（4）引气剂能产生均匀气泡，使得混凝土易于抹面，避免蜂窝麻面产生。

2．2 引气剂对硬化混凝土性能的影响

2．2．1 显著提高混凝土抗冻融性

掺入适量的引气剂后，引入了稳定均匀封闭的微小气泡，可使混凝土抗冻融性得到改善，其改善程度通常是几倍甚至十几倍的提高，这样大大延长了混凝土使用寿命。而对于不掺引气剂的混凝土，在搅拌过程中仅有1％～2％含气量，且气泡不均匀不规则，对提高混凝土抗冻融不会产生有利影响。通过日常冻融试验，不掺引气剂的混凝土冻融25次左右时表面即出现剥落露石，而加引气剂的混凝土冻融次数可达200次或300次以上，试验成果见表1。

注：相对动弹性模量低于60％或质量损失小于5％即为试件破坏

2．2．2 改善混凝土的抗渗性能

掺入引气剂后，可使混凝土的用水量降低，泌水减少，混凝土中的大毛细孔减少，改善了混凝土的匀质性，提高了密实度，抗渗性大大提高。

2．2．3 引气剂的负面影响

掺引气剂的混凝土，会引起强度降低2％～3％。实际工程中，在配合比设计时，采用双掺的办法来避免其负面影响。

3 影响引气剂含气量大小的因素

引气剂的质量好坏，通常以含气量大小、气泡直径、气泡间距系数综合评定。含气量的大小是在新拌混凝土出机口，使用含气量测定仪直观地进行实验测定。气泡直径和气泡间距系数是对硬化混凝土进行切片，在高倍显微镜下观测计算得到。引气剂含气量大小，受以下因素影响。

3．1 混凝土原材料

3．1．1 水泥

水泥的品种不同，含气量不同，硅酸盐水泥较普通水泥、矿渣、火山灰含气量大；同一品种水泥不同批次含气量也有差别；水泥的细度大含气量小；水泥的碱含量高，含气量小；水泥用量每增大90kg，含气量减少1％～2％；水泥中的杂质尤其是水泥在磨细过程中受到润滑油污染带来杂质，使含气量减小，见表2。

3．1．2 掺合料

粉煤灰、矿渣细粉、沸石粉质量不好，或掺量偏大，会降低含气量。

3．1．3 石子

石子直径变大，含气量降低；石子品种不同，相同掺量时，含气量不同，如卵石和碎石就不同。

3．1．4 砂子

相同掺量时，天然砂较人工砂含气量大；砂率变大，含气量变大。

3．2 混凝土拌和工艺

机械搅拌比人工搅拌含气量大；强制式搅拌较自由式搅拌含气量大；搅拌数量多，含气量大；搅拌时间过长，含气量变小。

3．3 混凝土振捣方式

高频振捣比人工插捣含气量偏低，这是因为高频振捣频率高，使得气泡外溢，气泡损失，导致含气量变小。

4 引气剂在南水北调中线工程中的应用

南水北调工程规模浩大，各类混凝土建筑物上千座，采用混凝土既有常态的又有泵送的，设计上从耐久性考虑，提出了抗冻融的要求，如C20W6F150、C25W4F150、C25F150、C30W4F150、C30W6F100、C30W6F150、C35W6F150、C40W4F150、C50W6F150等。以DH9引气剂（松香类）为例，在南水北调中线京石段、邯石段、河南新乡段、河南汤阴、河南鹤壁等均使用了DH9引气剂，而且采用双掺方法，即在掺用引气剂时，同时掺入高效减水剂，充分利用高效减水剂减水、增强及DH9引气剂的引气作用。

掺入高效减水剂克服了引气剂容易降低强度的缺点，所以双掺以后新拌混凝土和易性改善，节水节灰，降低造价，增强引气，对混凝土起到了较为全面的优化功能。

邯石段白马河倒虹吸管身混凝土设计指标C30W6F100，使用原材料为：邢台咏宁P.O 42．5水泥，裕华电厂粉煤灰，邢台当地砂石骨料，试验配比中，DH3G高效减水剂掺量为0．7％，DH9引气剂掺量为0.004%。同一标段中，渠道衬砌混凝土设计指标C20W6F150，DH3G高效减水剂掺量为0．7％，DH9引气剂掺量为0.005%。由此可见，若材料相同，设计指标不同，则DH9引气剂掺量不同。

在南水北调京石段某生产桥施工配合比中，设计指标C30F200，鹿泉鼎鑫P.O 42．5水泥，上安电厂粉煤灰，正定砂厂砂石骨料，经试验确定DH9引气剂掺量为0.006%，见表3。

通过以上配合比可以看出，不同技术要求，不同原材料，DH9引气剂掺量不同，引气效果也不同。

另外，在施工现场应用时，由于受原材料质量、设备及环境的影响，引气剂的含气量会受到波动。尤其在粉煤灰供源紧张，质量不能保障时，含气量波动更为常见。

在南水北调某施工段，原用粉煤灰为Ⅱ级，新拌的混凝土含气量为4．5％，满足要求。但随后供应的粉煤灰质量变化，粗糙且含碳量超标，由Ⅱ级灰变成了Ⅲ级灰，引起含气量降低，测定值仅为2％，偏低。查明原因后，经过适当调整掺量，达到了含气量要求，所以现场要经常性地、有规律地进行检测，是非常必要的。

在河南段，由于所用的砂子为人工砂，表面粗糙，棱角多，石粉多，表面积大，吸附气泡的作用大，降低了引气剂的作用，因此引气剂的掺量相对增大，经过配比试验，DH9引气剂掺量为0.006%以上。

5 引气剂应用中值得注意的几种情况

5．1 根据含气量调整掺量

由于含气量大小受混凝土原材料及操作环境的影响，所以必须尽量保持各种原材料的质量稳定，使含气量波动尽量小。当材料变化引起含气量波动时，要及时分析原因，相应增减引气剂的掺量。

5．2 引气剂的计量准确

配合比中，一般引气剂的掺量很低，仅占胶凝材料的万分之零点几，每方混凝土只有20g左右，对于大型拌合计量系统来说难以精确计量，所以应事先配置成1％～2％浓度的稀溶液，并充分溶解均匀，减少计量上的误差。

5．3 粉煤灰质量对引气剂掺量的影响

如设计使用的粉煤灰为Ⅱ级灰，实际供货中质量发生了变化，由Ⅱ级灰降到了Ⅲ级灰，引起含气量大大降低。原因是粉煤灰的细度超标，颗粒变得粗糙，粉煤灰的含碳量高，烧失量变大，严重吸附了引气剂引进的气泡，使含气量降低。要想达到相同的含气量，必须提高引气剂的掺量。另外，不同电厂的粉煤灰虽然含碳量相同，但对引气剂掺量的影响不同，对气泡的吸附能力差别也大，因此应尽量应用同一来源的粉煤灰。

实践表明，由于粉煤灰质量好坏会引起引气剂掺量达到原来的1～10倍以上，这也属于正常现象。

5．4 低塌落度或干硬性混凝土引气剂掺量会大幅增加

低塌落度的路面混凝土和干硬性碾压混凝土比普通混凝土的掺量高1～10倍之多，才能达到相同的含气量。

5．5 人工制砂比天然砂的掺量大

人工制砂的材料来源变化大，比表面积变大，棱角多，在制造粉磨过程中还产生了大量石粉，吸附了部分气泡。所以，人工制砂比天然砂的掺量要大。

6 结语

引气剂能改善混凝土物理、力学性能，提高混凝土耐久性，保证混凝土的质量，延长建筑物的使用寿命。掺入引气剂是提高混凝土耐久性的有效途径。随着人们对引气剂的深入认识，引气剂必将在工程中得到更广泛的应用。

参考文献：

［1］冯浩，朱清江．混凝土外加剂工程应用手册［K］．北京：中国建筑工业出版社，1999．

［2］GB8076—2008，混凝土外加剂［S］．

［3］SL352—2006，水工混凝土试验规程［S］．

［作者简介］李书英（1963－），女（汉族），河北栾城人，高级工程师，主要从事混凝土试验及外加剂研发工作。