摘要：

采用混凝土含气量仪与气泡参数分析系统，研究了不同比例消泡剂和引气剂复掺对混凝土气泡参数的影响，结合气泡参数与混凝土外观形貌的关系，提出了优化混凝土气泡参数及提升外观质量的消泡剂和引气剂复合使用方案。结果表明：适量的消泡剂和引气剂复合使用，可提升混凝土的含气量稳定性，降低硬化混凝土气泡间距系数和平均孔径，有效改善混凝土外观形貌。消泡剂掺量0.003‰，引气剂掺量0.01‰时，混凝土含气量稳定性最佳。消泡剂掺量0.001‰，引气剂掺量0.03‰时，混凝土气泡间距系数最小。

0引言

气泡结构是影响混凝土性能及外观形貌的重要指标，而良好的气泡参数是合理气泡结构建立的必要条件。表征混凝土气泡结构特征的参数有3个：含气量稳定性、气泡孔径分布和气泡间距系数。常见的气泡结构调控措施有：原材料控制、配合比调整以及消泡剂和引气剂的使用。其中又以消泡剂和引气剂的使用最为高效。消泡剂通过脱泡和破泡作用消除混凝土中有害气泡，随着消泡剂掺量增加，混凝土含气量降低，气泡在浆体和骨料间的润滑作用减弱，导致混凝土和易性变差。引气剂通过降低气液界面张力，使混凝土在搅拌过程中引入大量均匀、稳定且封闭的微小气泡，可增强浆体的润滑作用和黏度，使混凝土工作性和内聚性显著提高。

国内外针对消泡剂和引气剂单独使用对混凝土性能的影响已进行了较多研究，而关于消泡剂和引气剂复合使用的影响的研究还较为少见。随着现代工程对混凝土性能和外观质量的要求越来越高，单一使用消泡剂或引气剂已难以满足混凝土高性能指标的要求，而消泡剂和引气剂的复掺不仅能够提升混凝土综合性能，还能有效改善混凝土气泡结构，对增强混凝土外观质量大有裨益。本文选取两种常用的消泡剂和引气剂，对多种比例搭配的消泡剂与引气剂对混凝土的气泡特征参数及外观形貌进行对比试验，希望通过研究探索消泡剂和引气剂在工程应用中的复合使用方案，有效指导消泡剂和引气剂在混凝土中的推广应用。

1试验及研究

1.1原材料

水泥：南京小野田水泥厂生产的P•II52.5级水泥；砂细度模数2.4的河砂，孔隙率39%；石子：5~25mm连续级配碎石，孔隙率46%；外加剂：江苏苏博特新材料股份有限公司提供的聚羧酸减水剂PCA-I、消泡剂和引气剂，符合GB8076-2008《混凝土外加剂》规定的技术要求。

1.2配合比

根据试配情况调整配合比，控制混凝土初始坍落度为（200±20）mm，1h坍落度为（180±20）mm，减水剂掺量1.0%，混凝土配合比见表1。

表1混凝土配合比 kg/m³

1.3消泡剂和引气剂复掺比例设计

以不掺消泡剂和引气剂作为基准组，设置消泡剂掺量为总胶材质量的0.001‰、0.003‰、0.005‰三个浓度，引气剂掺量为总胶材质量的0、0.01‰、0.02‰、0.03‰四个浓度，各组浓度消泡剂与引气剂两两复掺，共计12组复配合比例。

1.4试验方法

对新拌混凝土及含气量经时损失的混凝土，按GB/T50080-2002《普通混凝土拌合物性能试验方法标准》测定其含气量，测定仪器为日本三洋直读气压式含气量仪。使用混凝土静置1h含气量损失率作为表征混凝土含气量稳定性的参数。具体计算如式（1）所示。

式中：Q---混凝土静置1h含气量损失率；

A0---混凝土初始含气量；

A1---混凝土静置1h后含气量。

硬化混凝土气泡参数采用混凝土气泡参数分析系统自动采集数据。将标养28d后试块切割成厚度2cm薄片，经打磨、抛光、喷荧光粉、干燥清洁后放入试验机测试，测试区域为60mm×60mm，气泡圆形度取0.45，阈值取30。设置完成后，由系统软件自动采集数据和计算结果。

混凝土外观试验采用600mm×450mm×250mmWISA模板浇筑成型，试模表面涂刷水性脱模剂，成型后标养2d拆模，采用高清照相机多区域采集混凝土外观形貌。

2结果与讨论

2.1消泡剂和引气剂复掺对混凝土含气量稳定性的影响

新拌混凝土在拌和过程中引入的大量气泡在静置过程中相互接近，聚结成更大气泡，在浮力作用下克服浆液黏性阻力上升排出，造成混凝土含气量损失，且静置时间越长，混凝土内部大量独立存在的气泡相遇并聚结的可能性越大，含气量损失越大。通过复掺引气剂与消泡剂，不仅可改变混凝土内部气泡结构与气泡分布，还对浆液黏度产生影响，进而影响混凝土含气量稳定性。图1反映了消泡剂和引气剂掺量与混凝土静置1h含气量损失率的关系。

图1消泡剂和引气剂掺量与混凝土静置1h含气量损失率的关系

由图1可以看出，单掺消泡剂时，混凝土含气量损失率较基准组明显降低，一方面由于消泡剂可降低混凝土含气量，低含气量时，气泡聚结逸出几率大大降低，另一方面消泡剂可抑制不稳定大气泡形成，增强气泡体系稳定性。消泡剂与引气剂复掺时，消泡剂掺量0.003‰时，混凝土含气量损失率较小，而消泡剂掺量增加或减小时，含气量损失率皆增大。这是因为，消泡剂的消泡作用与其浓度直接相关，当消泡剂掺量较低时，在混凝土中渗透能力不足，到达气泡液膜表面的消泡剂数量过少，造成对不良大气泡形成的抑制能力不足，而不良大气泡由于破泡速率快，极易造成含气量损失。当消泡剂掺量过大时，消泡剂降低表面张力作用过强，使得引气剂引入的大量小气泡的气液相润湿角减小过快，严重破坏混凝土气泡体系的稳定性，气泡脱离附着物表面吸附而破裂，部分分解成更小气泡分散在浆体中，部分则结合成大气泡上浮到表面逃逸，造成混凝土含气量损失。引气剂掺量高不利于气泡稳定性，一方面是较高的初始含气量在放置和搅拌过程中经时损失较大，另一方面引入的过量小气泡容易受到大气泡、消泡剂等因素影响，气泡体系敏感性增强。通过对比发现，消泡剂掺量0.003‰，引气剂掺量为0.01‰时，混凝土静置含气量稳定性最佳。

2.2消泡剂和引气剂复掺对混凝土气泡间距系数的影响

图2显示了消泡剂和引气剂掺量与气泡间距系数的关系。图中可以看出，单掺消泡剂会造成混凝土气泡间距系数增大，因为气泡间距系数随着含气量及气泡平均直径的增大而增大，而消泡剂对降低混凝土含气量和减小气泡平均孔径效果显著。当消泡剂与引气剂复掺时，混凝土的气泡间距系数小于基准组，说明消泡剂和引气剂复合使用可优化混凝土气泡结构，通过“消大泡引小泡”作用减小硬化混凝土气泡平均直径，而有关研究表明，在混凝土含气量一定时，硬化混凝土气泡间距系数与气泡平均直径大小呈正相关关系，即气泡平均直径越小，气泡间距系数越小。复掺时随着引气剂掺量的增加，混凝土气泡间距系数逐渐减小，但当引气剂掺量较高时（0.02‰~0.03‰），混凝土气泡间距系数有增大趋势，尤其是消泡剂掺量大于0.005‰时，混凝土气泡间距系数较基准组增大约8%，这进一步说明了消泡剂和引气剂同时掺量较高时对混凝土气泡结构不利。综合对比发现，消泡剂掺量0.001‰，引气剂掺量0.03‰时，混凝土气泡间距系数最小。

图2消泡剂和引气剂掺量与气泡间距系数的关系

2.3消泡剂和引气剂复掺对混凝土气泡孔径分布的影响

图3为消泡剂和引气剂掺量与混凝土气泡孔径分布的关系。结果表明，与基准组相比，消泡剂和引气剂复掺时硬化混凝土中小于120μm气孔数量增加，而大于360μm气孔数量减少。可见，消泡剂和引气剂复掺可有效减小气泡平均孔径。

（a）引气剂掺量0

（b）引气剂掺量0.01‰

（c）引气剂掺量0.02‰

（d）引气剂掺量0.03‰

图3消泡剂和引气剂掺量与气泡孔径分布的关系

不加引气剂时，随着消泡剂掺量增加，混凝土平均孔径随着消泡剂掺量的增加而减小，大于360μm的气孔数量低于5%。当引气剂掺量由0.01‰增加到0.03‰，掺消泡剂0.001‰的混凝土360μm以下气孔数量显著增加，这说明消泡剂掺量适宜时，引气剂引入的大量微小气泡能够稳定存在。而消泡剂掺量较大时（0.005‰），混凝土中小于360μm气孔数量随着引气剂掺量增加呈现先增大后减小的趋势，且在引气剂掺量0.03‰时，大于360μm气孔数量较初始增加约2倍，说明高掺量消泡剂和高掺量引气剂复掺会导致混凝土气泡稳定性变差，大量小气泡破裂造成含气量降低，部分则结合成大气泡稳定存在于硬化浆体中。

2.4消泡剂和引气剂复掺对混凝土外观形貌的影响

表征混凝土外观形貌质量的参数有气孔分布、色差、光洁度等，其中气孔分布对混凝土外观形貌的影响最大且成因复杂，而有关研究表明，混凝土外观气孔分布与内部气泡结构有着直接的联系。故本文结合消泡剂和引气剂对混凝土气泡参数的影响研究，定性分析了两者复合使用对混凝土外观形貌的影响，试验结果见图4。

对比图4（a）、（b）可以发现，单掺引气剂时，混凝土表面针眼状小孔增多，大孔不均匀分布。由于引气剂引入的微细气泡尺寸较小（约20~200μm），液膜牢固，不易聚结和破裂，造成大量小气泡稳定存在于混凝土中，硬化后形成针眼状小孔，而部分不稳定性大气泡受小气泡阻隔无法排出，形成不均匀分布大孔。

对比图4（a）、（c）可以发现，单掺消泡剂的混凝土各孔径气孔数量整体减小，尤其大孔数量减小明显，但混凝土局部存在形状不规则缺陷空洞，色差与表面光洁度也变差。分析认为消泡剂增加到一定程度会显著降低混凝土坍落度和和易性，当混凝土工作性较低时，浆体与气泡移动受阻，对局部缺陷与孔隙填充不足，且消泡剂过多时，浆体量降低，包裹骨料的浆体膜减薄，易造成色差。

（a）不掺消泡剂和引气剂

（b）单掺引气剂

（c）单掺消泡剂

（d）消泡剂和引气剂复掺

图4不同消泡剂和引气剂应用方案下的混凝土外观形貌

综合比较图4可以看出，适量消泡剂和引气剂复合使图3消泡剂和引气剂掺量与气泡孔径分布的关系用时（图4（d）），两者的消泡与引气、降低工作性和提升工作性作用，在“相克相生”中达到合适的平衡，优化混凝土气泡结构，增强气泡稳定性，对提升混凝土外观质量十分有利。

3结论

（1）适量的消泡剂和引气剂复合使用，可有效提升混凝土的含气量稳定性。当消泡剂和引气剂同时掺量较高时，反而会破坏混凝土气泡结构，对含气量稳定性不利。消泡剂掺量0.003‰，引气剂掺量0.01‰时，混凝土含气量稳定性最佳。

（2）单独使用消泡剂时，混凝土硬化混凝土气泡间距系数增大，而平均孔径减小。在消泡剂掺量较高时，随着引气剂掺量增加，硬化混凝土气泡间距系数与平均孔径先减小后增大。适量的消泡剂和引气剂复合使用对优化混凝土硬化气泡参数较为有利。消泡剂掺量0.001‰，引气剂掺量0.03‰时，混凝土气泡间距系数最小。

（3）消泡剂通过破泡和脱泡作用减少硬化混凝土气孔数量，引气剂引入优质小气泡改善混凝土工作性，两者复合使用下混凝土工作性与气泡结构达到合适的平衡时，混凝土外观质量最佳。