广州大学 土木工程学院 广东广州 510006
摘要：文章概述了混凝土气泡的部分成因，收集了控制水胶比和外加剂含量、均匀搅拌以及采用消泡脱模剂等改善方法。希望在降低混凝土表面气泡产生量以及优化混凝土结构施工质量方面有所帮助。也分析消泡剂在普通混凝土与超高性能混凝土中应用发现，在有机硅类消泡剂及聚醚消泡剂选择中，普通混凝土使用有机硅类消泡剂更好，而超高性能混凝土使用聚醚类消泡剂更好。
关键词：混凝土；气泡；成因；消泡剂
引言
近年来，以高强度、高耐久性为主要特征的超高性能混凝土（ultra-high performance concrete，UHPC）受到国内外普遍关注，并且已经在桥梁、高铁、核电等领域得到部分工程应用。在超高性能混凝土的制备过程中，由于浆体黏度较大，搅拌后会引入并形成大量气泡，从而影响混凝土强度发展。相关研究表明，通过引入某些活性物质占据气泡表面液膜位置，可以降低液膜的强度从而破坏气泡的稳定性，导致气泡在搅拌过程中破裂或合并，这便是消泡剂的作用机理。有学者研究了消泡剂对普通混凝土抗压强度发展的影响，发现消泡剂的掺入能降低新拌混凝土中的气泡含量，提高硬化混凝土的强度；并且随着消泡剂掺量的提高，混凝土强度会出现先增大后减小的趋势；同时，对于每种消泡剂存在一个消泡和提高强度效果最佳的掺量范围。国外相关研究表明）：不同种类消泡剂对高性能自密实混凝土气泡含量和气泡尺寸的影响不同，降低气泡含量最有效的消泡剂为烷氧基脂肪醇型消泡剂，效果较差的为多元醇类消泡剂；而且消泡效果与提高强度效果不完全对等。
目前，混凝土配制采用聚羧酸系减水剂成为主流，而聚羧酸减水剂在生产过程中会掺加一定量的引气剂，使得混凝土含气量较高，且容易出现混凝土内部存在大气泡的现象，影响了混凝土质量。因此，在配制混凝土时，聚羧酸减水剂往往会复配消泡剂来改善其性能，混凝土消泡剂是一种高分子表面活性剂，能够消除混凝土内部大气泡。它的消泡原理为：以较快的速度降低物质的表面张力，在原先生成的泡沫的表面上铺开，然后将物质表面已经存在的起泡剂分子替代，同时一并带走临近表面的溶液，以此来降低液膜表面强度、弹性以及黏度。
而在实际工程中，混凝土施工是项目建设进程中重要环节之一，在脱模剂、施工工艺、原材料等多样化因素的作用下，混凝土施工表面出现气泡是极为常见的现象，最终使蜂窝麻面问题衍生出来，对混凝土结构施工整体质量造成负面影响。基于混凝土气泡成因多样化这一实况，项目施工单位应该严格参照相关施工规范标准，从多个渠道对混凝土施工方式进行管控。
1 实际工程中混凝土施工中表面气泡的成因分析[1]
1.1水胶比过大
混凝土施工表层形成的气泡数目与混凝土水胶比之间存在正比例关系。一旦混凝土施工搅拌环节中水分处于饱和状态，混凝土结构表层吸附引气剂能力就会加强，同时在排除混凝土多余水分环节上体现出快捷性，在混凝土强度不断提升的状态下，其养护管理进程中就会将一些多余水分吸收，残留的部分水分散失到外界环境中，若混凝土模板表皮吸附的水分或原本混凝土内部水分在吸收环节上无法体现出顺畅性，最终致使混凝土施工表面有气泡产出。
1.2外加剂
为了与混凝土施工进程中的振捣、泵送、搅拌以及运输等工序标准相匹配，多数工程项目施工阶段应用的是商品混凝土，将一定量的外加剂掺入其中就显得尤为重要了。现阶段市面上销售的混凝土外加剂多数为减水泵送剂，上述外加剂整合进混凝土搅拌进程中加大了微型气泡出现的概率，这些气泡的长期滞留将会使混凝土结构的可泵性、和易性以及保水性有不同程度的提升，在降低混凝土坍落损失率方面起到的作用也是巨大的，基于实现混凝土施工进程中外加剂种类以及用量的确定环节存在差异性这一实况，所以混凝土表面气泡产生量与大小上也会有所不同，施工单位应该视情况而定对这一问题进行处理。
2 消泡剂在不同混凝土消泡的应用
2.1消泡剂对超高性能混凝土气泡参数与强度的影响
高小建[2]研究采用42.5强度等级的普通硅酸盐水泥，以非晶态二氧化硅为主要组成的硅灰是制备高强与超高性能混凝土的常用矿物掺合料，使混凝土具有火山灰活性效应及物理填充效应。
通过设计多组UHPC配合比，所有配合比的水胶比固定为0.19不变，减水剂掺量均为胶凝材料质量的25%。两种消泡剂AFA 1和AFA 2的掺量在0.5%~40%之间变化。对于每个配合比的拌和物，采用砂浆含气量测定仪测试其含气量，并成型40 mm x40 mm x160 mm的试件用于抗压和抗折强度测试。为了测试硬化混凝土中的气泡含量及气泡尺寸分布，对选取的试件依次切割、粗磨、细磨以及超声波清洗处理，并采用Olympus DSX500超景深显微镜拍照。最后，利用图像处理软件Image pro plus统计分析试件截面的气泡特征。发现了掺0.5%~4.0%的两种消泡剂对超高性能混凝土气孔结构与强度的影响规律。研究发现：随着消泡剂掺量的提高，拌和物的含气量先减小后增大。两种消泡剂的最佳掺量均为3%，对应的含气量降低效果分别为385%和46.2%，两种消泡剂掺量分别为25%和3.0%时，可使超高性能混凝土28d抗压强度提高28.5%和21.5%。超高性能混凝土28 d抗压强度与气泡总含量、大于1mm的气泡含量和气泡平均直径降低均呈现显著的线性增加趋势。
还有学者宋普涛[3]把石英砂换成海砂，做海砂超高性能混凝土（UHPC），也对其混凝土分析消泡剂种类及掺量的影响，研究通过消泡剂种类及掺量对海砂UHPC流动度、密度、含气量、强度与吸水率的影响规律，并通过图像处理分析技术探究了消泡剂对海砂UHPC气泡总量、平均孔径及孔径分布的影响。结果表明，在一定掺量范围内，有机硅类消泡剂及聚醚消泡剂的掺入可提升海砂UHPC的流动度、抗压强度，降低含气量，降低密度，但掺有机硅类消泡剂的海砂UHPC的吸水率先降低后增加，掺聚醚类消泡剂的海砂UHPC的吸水率则不断降低；相对而言，掺用聚醚类消泡剂可使海砂UHPC在较低的消泡剂掺量下获得更优良的性能。图像处理分析结果表明，掺聚醚消泡剂的海砂UHPC气泡总量更低，平均孔径更小，气泡孔径分布也更合理。
2.2消泡剂对普通混凝土气泡参数与强度的影响
郑君长[4]研究通过混凝土拌和物性能、含气量变化、气泡间距系数、抗压强度、混凝土外观质量等研究消泡剂种类和掺量对于混凝土性能的影响，为保证混凝土工程质量提供技术支撑。试验中消泡剂采用两种，一种为有机硅类消泡剂，编号为YGX；一种为胺基聚醚类消泡剂，编号为AJM。试验方法：混凝土工作性能按照《普通混凝土拌和物性能试验方法标准》GB/T50080-2016进行；抗压强度按照《普通混凝土力学性能试验方法标准》GB/T50081—2002进行。混凝土气泡参数采用混凝土气泡参数分析系统自动采集，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60 mm×60 mm，气泡圆形度取0.45，阈值取30。
结果表明：随着消泡剂掺量的逐渐增大，混凝土初期塌落度、含气量逐渐下降，坍落度经时损失变大，YGX消泡剂混凝土坍落度1h经时损失比AJM消泡剂要大，AJM消泡剂比YGX消泡剂含气量稳定效果好；随着消泡剂掺量的增加，混凝土气泡间距系数和抗压强度呈现增大趋势，AJM消泡剂在各个掺量上混凝土气泡间距系数均比YGX消泡剂要大，YGX消泡剂混凝土抗压强度比AJM消泡剂要大；工程推荐采用AJM消泡剂，推荐掺量为0.03%。
3 结论
通过分析混凝土施工表面气泡的成因，可以采取从项目规划上管控水胶比和外加剂中的添加量，在其与施工要求坍落度相满足的情况下，最大限度的减缩水胶比，并对外加剂中气剂添加量进行严格的管控，使其始终在规范内；强化混凝土搅拌的均匀性，加大了对混凝土搅拌力度；对混凝土施工工艺进行严格的管控，用消泡脱模剂达到消除混凝土表面气泡的目标；徐林海[1]研究中发现（1）将消泡剂添置进脱模剂以后，硅表面状况得到显著的改善，蜂窝麻面消退，孔洞直径明显缩减；（2）不同类型的消泡剂在脱模剂中的掺入量上存在差异性，应用效果上也有所不同。此外，还将油质消泡剂（机油+消泡剂）整合进脱模剂中，但是应用效果仅仅在缩减孔洞直径方面上体现出来了，这可能与机油粘度之间存在关联性，从而管制了气泡溢出现象。还有若混凝土施工采用的模板光滑性优良时，气泡产出率将会得到一定程度的遏制。正因如此，在对混凝土结构施工环节中，一定要做好模板质地的选择工作，尽量选用优质、表面光滑的模板材料；施工方法上，在布料以及振捣工序上均应该体现出层次性，分层的厚度小于0.5m为佳等。
参考文献：
[1]徐林海.混凝土气泡的成因及有效防治方式研究[J].绿色环保建材，2017（10）：174-175.
作者简介：
李小森，1996年出生，男，汉族，安徽亳州人，广州大学硕士研究生，研究方向：纤维复合混凝土。