混凝土工作性的好坏，主要是受其自身流变性能的影响。关于砂率、水灰比、砂灰比和减水剂等因素对混凝土流变性的影响研究较多^[1]，而关于引气剂的研究相对较少。引气剂引入的微细气泡宛如微细集料，对级配不良，尤其是细颗粒缺少的细集料有补偿作用，可以使混凝土显得砂浆富余；同时由于这些均匀、独立、封闭气泡的拨开和分散作用，极大地增加了水泥或细集料的自由表面积，增加拌和物的黏性和工作性^[2]。

国内外学者对于混凝土流变性能的研究，主要集中在水泥净浆^{[3, 4, 5]}。水泥净浆的流变研究是混凝土流变性质的基础，并非问题的全部，二者之间也不是单纯的比例关系。混凝土是一种颗粒体系，水泥净浆中缺少了集料的作用，使其与混凝土流变性存在较大差异。砂浆与混凝土有相似的组成和结构，可以认为是水泥净浆与混凝土的过渡物、一种细集料混凝土，研究砂浆的流变性可以更好地反映新拌混凝土的流变性能^[6]。因此，本文以砂浆为研究对象，对比分析4种不同特点引气剂对砂浆流动度、含气量和流变性的影响。

北京金隅P·O42.5水泥；北京西田阳砂场中砂，细度模数2.65，级配范围符合GB/T 14684—2001《建筑用砂》中II区级配的要求；天津SiKa萘系高效减水剂，减水率25%，推荐掺量0.2%～2.0%；其他原材料物理化学参数如表 1~表 3所示。

采用自制水泥砂浆扭矩转速测试仪进行试验，该仪器是基于英国G.H.Tattersall早期的水泥浆体流变性试验装置MKII自主研发的。通过扭矩转速测试仪可测得搅拌过程中水泥砂浆的转速值和扭矩值，利用水泥砂浆扭矩转速数据采集软件每间隔一秒记录一次数据，实时采集扭矩值和转速值。

根据《公路工程水泥及水泥混凝土试验规程》（JTG E30—2005）中水泥胶砂流动度测定方法测试水泥砂浆流动度。通过研究分析引气剂对砂浆扭矩与转速变化关系的影响来反映其对砂浆流变性的影响。采用容重法计算分析引气剂对新拌水泥砂浆含气量的影响。

研究分析引气剂对水泥砂浆流变性能的影响时，选用编号为X_1m的配合比进行试验，详见表 5。待砂浆搅拌均匀后，开始流动度和流变性能的测试。每种引气剂选用4个不同的掺量。外加剂掺量均按水泥的质量来计算。

每种引气剂做4个掺量，2个水灰比，研究不同掺量和水灰比下的砂浆流变性。具体配合比详见表 4和表 5。

未掺入引气剂的低流态砂浆（0.4水灰比）的初始流动度是196 mm，未掺入引气剂的高流态砂浆（0.5水灰比）的初始流动度是251 mm。

由图 1和图 2可以看出，采用不同水灰比拌和出不同流态的水泥砂浆，其流动度均在掺入引气剂后有所提高。低流态砂浆流动度较高流态流动度提高显著。由图 1可知，低流态砂浆掺入不同特点的引气剂后，其流动度均随引气剂掺量的增大而提高。相比之下，由图 2可知，高流态砂浆的流动度随引气剂掺量的增大有降低的趋势。在种类和性能不同的引气剂作用下，砂浆流动度变化幅度不尽相同。

图 1 引气剂掺量对低流态水泥砂浆流动度的影响 Fig. 1 Influence of air-entraining agent dosage on fluidity of low flow state cement mortar

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图 2 引气剂掺量对高流态水泥砂浆流动度的影响 Fig. 2 Influence of air-entraining agent dosage on fluidity of high flow state cement mortar

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从化学结构的角度分析，引气剂实属表面活性剂，具备浸润、乳化疏散和起泡等性能。它可以引入大量细微、独立均匀的气泡，起到了拨开和分散的作用，同时增加了浆体的自由表面积。由于在低流态时，浆体本身黏度较大，气泡的拨开和分散作用较为明显，降低了砂浆内部颗粒之间的摩擦阻力，所以流动度提高。在高流态时，浆体黏度降低，引气气泡增加了浆体自由表面积,由于界面范德华力的吸附作用对浆体的流动性产生抑制，使其流动度略有降低。不同引气剂的分子量不同,引气能力强弱不一,稳泡性能存在差异，所以，在不同引气剂作用下，流动度变化幅度各有不同。

由图 3可以看出，不同流态水泥砂浆的含气量均随引气剂掺量的增大而增大。低流态时，砂浆含气量的上升趋势相似；高流态时，含气量上升趋势有所不同，有的上升缓慢，有的与低流态时的趋势相近。引气剂掺量最小时，高流态砂浆含气量高于低流态砂浆含气量；引气剂掺量最大时，结果相反。

图 3 引气剂对水泥砂浆含气量的影响 Fig. 3 Influence of air-entraining agent on air content of cement mortar

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分析认为引气气泡的引气性能和稳泡性能不但与引气剂本身有关，还与浆体的黏度有关，同时引气气泡也会改变浆体的黏度，与浆体黏度之间相互作用。高黏度浆体有助于提高低稳定性气泡的稳泡能力，进而提高引气能力，但是会降低本身稳泡能力较高的引气剂的引气能力。低黏度浆体则可以使得高引气能力的引气剂充分引气，但是不利于低稳泡性能引气气泡的稳定存在^{[10, 11]}。

由图 4和图 5可以看出，转速与扭矩变化关系的线性相关系数均在0.97以上，即水泥砂浆符合宾汉姆体，流变性通过塑性黏度和屈服应力来表征。其流动曲线表达式为：

式中，T为扭矩；N为转速；T₀，K为两者均为常数，分别与砂浆屈服应力和塑性黏度成正比，T₀为y轴截距，即初始扭矩，K为直线的斜率，用T₀和K分别表征砂浆的屈服应力和塑性黏度。

图 4 不同种类引气剂对砂浆塑性黏度和屈服应力的影响 Fig. 4 Influence of different kinds of air-entraining agent on plastic viscosity and yield stress of cement mortar

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图 5 引气剂掺量对砂浆塑性黏度和屈服应力的影响 Fig. 5 Influence of air-entraining agent dosage on plastic viscosity and yield stress of cement mortar

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图 4是含气量均在10%左右时的4种引气剂的流变曲线，可以看出，掺量在特定的范围内，不同 种类的引气剂均提高了砂浆的塑性黏度，降低了砂浆的屈服应力。但是不同的引气剂，屈服应力值不相同，A引气砂浆屈服应力值最大，D引气砂浆的屈服应力值最小。

由图 5可知，砂浆掺入不同引气剂后，其塑性黏度随引气剂掺量的增大呈现出先增大后减小的变化趋势，而屈服应力随引气剂掺量的增大呈现出先减小后增大的趋势走向。

引气剂在低掺量时引入的气泡量相对较少，此时气泡膜壁厚度、气泡表面黏弹性等因素引起砂浆塑性黏度略提高。然而气泡的存在减小了砂浆内部颗粒之间的摩擦阻力，所以屈服应力降低^[12]。高掺量时，引入大量独立、均匀、细小的气泡，起到滚珠轴承的作用，因此，砂浆塑性黏度降低。

（1）引气气泡对水泥砂浆的流动性的影响与浆体本身的黏度密切相关，浆体黏度大时，引气气泡具有一定的降低黏度的作用，改善流动性；浆体黏度小时，则引气气泡会增加浆体的黏度，对流动性产生抑制。引气气泡与浆体黏度相互作用。

（2）不同流态水泥砂浆的含气量均随引气剂掺量的增大而增大。低掺量引气剂时，高流态砂浆含气量高于低流态砂浆含气量；高掺量引气剂时，结果相反。

（3）引气水泥砂浆可视为宾汉姆体。在特定引气剂掺量范围内，砂浆塑性黏度提高，屈服应力降低。随着引气剂掺量增大，砂浆塑性黏度先增大后减小，屈服应力先减小后增大。