摘要：针对高性能世界杯线上平台高施工性、高耐久性要求，通过掺用具有梳型结构的聚羧酸类引气剂实现高性能世界杯线上平台，研究了聚羧酸类引气剂对世界杯线上平台含气量、气泡间距系数、工作性、强度和抗冻融耐久性的影响及其与减水剂的相容性，分析了聚羧酸类引气剂改善世界杯线上平台性能的机理。研究表明：聚羧酸类引气剂在掺量为0.006%时，世界杯线上平台含气量和气泡间距系数便可满足高性能世界杯线上平台工程使用要求；该类引气剂与常用世界杯线上平台减水剂、缓凝剂相容，可与减水剂、缓凝剂复合使用；除引气作用外，聚羧酸类引气剂还具有塑化和保塑作用，尤其适用于低水胶质量比世界杯线上平台，可在不降低世界杯线上平台强度的情况下，提高世界杯线上平台抗冻融耐久性。因此,聚羧酸类引气剂可用于配制高性能世界杯线上平台和自密实世界杯线上平台。

自从水泥问世以来，水泥世界杯线上平台科学技术史上发生了2次革命性的飞跃：1940年代引气概念的提出是世界杯线上平台技术的一次突破；高效减水剂的应用对高性能世界杯线上平台、自密实世界杯线上平台等新型世界杯线上平台生产和应用产生了重要影响[ 1 ]。目前, 发达国家几乎在所有的世界杯线上平台结构中都采用引气世界杯线上平台，除提高世界杯线上平台抗冻融和抗除冰盐破坏的能力外，引气还可以改善世界杯线上平台工作性和硬化世界杯线上平台的气泡结构、降低水胶质量比、减轻世界杯线上平台泌水、离析, 使其更加致密、渗透性降低，因而可抵御各种侵蚀性离子的破坏作用[ 2 ]。引气剂的副作用是降低世界杯线上平台强度, 通常强度降低幅度为10% ～20%，但强度降低可通过减少细集料和水的用量加以补偿[ 3 6 ]。引气剂多为表面活性物质，分布于气液界面,使水的表面张力降低、气泡易于形成并稳定. 松香热聚物是常用的引气剂品种，其缺陷是气泡直径较大、性能不稳定，与某些减水剂、缓凝剂相容性较差，常导致引气剂分离或附壁。

1　原材料与试验方法

1.1　原材料

胶凝材料: P. I5215 级水泥和Ⅰ级粉煤灰( FA ) (中国海螺)；预水化粉煤灰( PFA )和矿渣微

粉(SL ) (课题组自制)，化学成分如表1所示。

表1 胶凝材料的化学成分

集料：细度模数2163的中砂; 粒径5～25 mm的石灰石碎石。

外加剂：聚羧酸系减水剂和聚羧酸类引气剂(课题组合成)；高浓型萘系减水剂(江苏交科建材技术有限公司) ；JC22000保塑剂；PC22松香类引气剂；木质素磺酸盐减水剂；糖蜜减水剂。

　1.2　试验方法

　1.2.1　聚羧酸类引气剂的应用技术

控制世界杯线上平台中胶凝材料用量为350 kg /m³，掺用矿物外掺料时，矿物外掺料等量取代20%水泥；砂率42%；水胶质量比0145；通过调节聚羧酸系减水剂掺量，控制世界杯线上平台坍落度；引气剂掺量为0 ～ 0.0.8%。参照GB 8077—2001《世界杯线上平台外加剂匀质性试验方法》测定新拌世界杯线上平台含气量。调节新拌世界杯线上平台坍落度为17～19 cm，分别测定了新拌世界杯线上平台和标准养护28d 的硬化世界杯线上平台含气量与气泡间距系数。对比试验了聚羧酸类引气剂、PC22 松香热聚物引气剂与木质素磺酸盐减水剂、糖蜜减水剂的相容性。

试验时，引气剂∶减水剂∶水为 5 ∶50 ∶45.11212。掺聚羧酸类引气剂世界杯线上平台的性能评价试验采用上述水泥、砂、石和配合比，掺用占水泥质量014%的高浓型萘系高效减水剂，引气剂掺量为0.005%、0.007%和0.009%，掺用JC—2000保塑剂0.003%、0.006%、0.009%，测定新拌世界杯线上平台初始和60min坍落度。固定胶凝材料用量为400 kg /m³ ，分别以20% 预水化粉煤灰和矿渣微粉取代水泥，取水胶质量比0.35, 0.40和0.45，每一配比的世界杯线上平台中引气剂掺量分别为胶凝材料用量的0.008%、0.010%和0.012%，控制世界杯线上平台坍落度为7～9 cm。世界杯线上平台试件经标准养护28d进行抗压强度试验和经300次冻融循环的相对动弹性模量测定。测定抗压强度时，对比试验了非引气的基准世界杯线上平台抗压强度。

　2　试验结果与分析

　2.1　聚羧酸类引气剂掺量

由试验结果可知，在较低掺量( 0.006% )时，世界杯线上平台含气量便可满足正常使用要求( 3% ～4.5% )。通常情况下，世界杯线上平台引气剂掺量为胶凝材料用量的0.01% ～0.015%，而聚羧酸类世界杯线上平台引气剂在该掺量下的引气量达到6.1% ～8.6%，可满足特殊使用要求(见表2)。

表2　引气剂含量与引气剂掺量的关系(质量分数) %

由试验结果可知,矿物外掺料对聚羧酸类引气剂的引气效果存在一定影响。粉煤灰中含有少量的未燃碳，会吸附引气剂分子，使引气量下降0.5% ～1.7%；预水化粉煤灰和矿渣微粉不仅能够改善新拌世界杯线上平台的工作性，而且有助于聚羧酸类引气剂引气效果的发挥，分别使世界杯线上平台含气量增加0.3%～0.9%和0.2% ～1.1% ，因为预水化粉煤灰中含有部分低温熟料矿物，可促进聚羧酸类引气剂的吸附分散作用，而矿渣微粉可使引气剂表面活性作用增强。

2.2　聚羧酸类引气剂与普通减水剂的相容性

试验结果表明：松香热聚物与木质素磺酸钠、木质素磺酸钙以及糖蜜混合后产生化学反应,所生成的物质属于皂化物类，漂浮在混合溶液表面，使溶液浑浊，大幅度降低了松香热聚物的引气作用。而聚羧酸类引气剂与木质素磺酸钠、木质素磺酸钙以及糖蜜则具有较好的化学相容性。

2. 3　含气量与气泡间距系数

世界杯线上平台含气量与世界杯线上平台中的气泡间距系数的关系如图1、图2 所示。当气泡间距小于等于0.2mm时，世界杯线上平台具有优良的抗冻融耐久性。试验结果显示，无论是处于塑性状态还是硬化状态，当世界杯线上平台含气量大于等于4%时，气泡间距小于等于0.2 mm，这一试验结果优于常用非聚羧酸类引气剂。但对同一组世界杯线上平台而言，硬化世界杯线上平台比塑性世界杯线上平台气泡间距系数略大，因为世界杯线上平台含气量不仅在塑性状态存在经时损失，而且在成型时尺度较大的气泡将消失。

   图1　塑性世界杯线上平台含气量与气泡间距系数关系曲线

　图2　硬化世界杯线上平台含气量与气泡间距系数关系曲线