談“混凝土拌合物的含氣量對(duì)混凝土耐久性的影響”

張志強(qiáng) 陸磊

山東省鄒城市工建混凝土有限公司 山東鄒城 273500

混凝土的抗凍性是混凝土耐久性的一個(gè)重要指標(biāo)，混凝土抗凍耐久性最直接的指標(biāo)是動(dòng)彈模量和凍融剝蝕質(zhì)量損失大小，而影響混凝土抗凍耐久性的因素是混凝土內(nèi)部的氣泡間距的平均大小——?dú)馀蓍g距系數(shù)。由新鮮混凝土拌合物無法預(yù)測(cè)硬化后混凝土內(nèi)部的間距大小，故工地現(xiàn)場(chǎng)人們通常采用通過控制混凝土拌合物含氣量的大小來控制混凝土的氣泡間距系數(shù)，從而達(dá)到保證混凝土抗凍性的目的[1]。

我國(guó)的公路、鐵路工程對(duì)混凝土的含氣量都有要求。公路工程要求公路工程混凝土要求按照地路面無抗凍性、有抗凍性或有抗鹽凍性、混凝土最大公稱粒徑，路面混凝土含氣量應(yīng)符合下表規(guī)定：

最大公稱粒徑mm 無抗凍要求 有抗凍要求 有抗鹽凍要求19.0 4.0±1.0 5.0±0.5 6.0±0.5 26.5 3.5±1.0 4.5±0.5 5.5±0.5 31.5 3.5±1.0 4.0±0.5 5.0±0.5

鐵路混凝土對(duì)抗凍耐久性要求更高。不同地區(qū)、不同的環(huán)境條件、不同的凍融環(huán)境等級(jí)，混凝土的含氣量要求不同，下表是鐵路混凝土拌合物的含氣量。

環(huán)境類別 作用等級(jí)設(shè)計(jì)使用年限100年 60年 30年最小含氣量 最小含氣量 最小含氣量T1 2.0 2.0 2.0 T2 2.0 2.0 2.0 T3 2.0 2.0 2.0碳化L1 2.0 2.0 2.0 L2 2.0 2.0 2.0 L3 2.0 2.0 2.0氯鹽Y1 4.0 4.0 4.0 Y2 4.0 4.0 4.0 Y3 4.0 4.0 4.0 Y4 4.0 4.0 4.0鹽類結(jié)晶破壞D1 4.0 4.0 4.0 D2 5.0 5.0 5.0 D3 5.0 5.0 5.0 D4 6.0 6.0 6.0凍融破壞M1 2.0 2.0 2.0 M2 2.0 2.0 2.0 M3 2.0 2.0 2.0磨蝕

那么，混凝土的含氣量大，混凝土結(jié)構(gòu)物抗凍耐久性就好嗎？

1 混凝土含氣量的測(cè)定方法

1.1 由規(guī)范《普通混凝土配合比設(shè)計(jì)規(guī)程》（JGJ55—2011）的公式所想到的

按照國(guó)家建設(shè)部標(biāo)準(zhǔn)《普通混凝土配合比設(shè)計(jì)規(guī)程》（JGJ55—2011），當(dāng)用體積法計(jì)算混凝土配合比時(shí)，有如下關(guān)系式：

式中α-混凝土含氣量百分?jǐn)?shù)；C0-每立米混凝土的膠凝材料用量（kg/m3）；ρc-膠凝材料的比重，（kg/L）；ρg-粗骨料視比重，（kg/L）；ρs-細(xì)骨料視比重，（kg/L）；ρw-水的視比重，（kg/L）。

依據(jù)此式經(jīng)整理可得：

注：這里的膠凝材料為包括水泥、粉煤灰、礦粉等多種膠凝材料在內(nèi)的形式意義上具有膠凝意義的粉料。

由上式可以看出，普通混凝土拌合物的含氣量與所用原材料的品級(jí)質(zhì)量有很大關(guān)系、與混凝土拌合物的用水量有關(guān)系。當(dāng)砂、石、膠凝材料等原材料相同時(shí)，用水量越大，α越小。當(dāng)混凝土的水膠比相同時(shí)，用水量一定，混凝土拌合物的含氣量與所用骨料的表觀密度有著很大的關(guān)系，輕骨料的混凝土拌合物的含氣量較小。重骨料的混凝土拌合物的含氣量較大。這就從理論上給出了一個(gè)混凝土拌合物含氣量的理論計(jì)算公式。

有些人也以此式來計(jì)算混凝土的拌合物的含氣量。但計(jì)算結(jié)果與用混凝土含氣量測(cè)定儀測(cè)出的含氣量有很大的出入，究其原因就是：建設(shè)部標(biāo)準(zhǔn)《普通混凝土配合比設(shè)計(jì)規(guī)程》（JGJ55-2011）體積法計(jì)算混凝土配合比的公式：

犯了一個(gè)常識(shí)性的錯(cuò)誤：一碗水加一碗面不等于兩碗糊糊。也就是說，膠凝材料的體積加上砂石料的體積加上水的體積再加上內(nèi)部所含氣體的體積不等于一方混凝土的體積。所以導(dǎo)致了理論計(jì)算與實(shí)際測(cè)量數(shù)據(jù)的差異。

但規(guī)范畢竟是規(guī)范，我們不便進(jìn)行褒貶。但我們要知道用此公式計(jì)算混凝土的含氣量不合適。

1.2 國(guó)家規(guī)范《普通混凝土拌合物性能試驗(yàn)方法標(biāo)準(zhǔn)》GB50080-2016關(guān)于混凝土拌合物的含氣量的測(cè)定是用含氣量測(cè)定儀來測(cè)定的

混凝土含氣量測(cè)定儀

方法如下：

將含氣量測(cè)定儀水平放置，混凝土拌合物分三層裝入，每層搗實(shí)后高度約為1/3容器高度，每層裝料后由邊緣向中心均勻插搗25次。搗實(shí)后，再用橡皮錘沿量缽?fù)獗谳p輕敲擊10-15次，使插搗棒留下的插孔填滿。最后一層裝料應(yīng)避免過滿。

用刮尺把多余的拌合物刮去，使其表面光滑無氣泡，用潔布擦干凈量缽邊緣，蓋好上蓋，均勻地?cái)Q緊固定上蓋和量缽的卡子。

打開注水閥，擰松排氣閥，用注水器從注水口注水，至水從排氣口平穩(wěn)流出，一邊繼續(xù)注水，一邊關(guān)閉注水閥，然后關(guān)閉排水閥和微調(diào)閥。

擰開手泵，用手泵打氣加壓使指針指到稍稍超過初壓點(diǎn)位置，4-5秒用手指輕輕敲打表盤外側(cè)，使指針穩(wěn)定地指到初壓點(diǎn)上。如果加壓時(shí)指針超過太多，可以用微調(diào)閥配合手泵使指針穩(wěn)定在初壓點(diǎn)上。（初壓點(diǎn)：注水測(cè)定時(shí)讀黑色刻度盤，初壓點(diǎn)為表盤右下方0點(diǎn)一下“1”的位置。）

平穩(wěn)地按下平衡閥手柄，使氣室里的壓縮空氣柱往缽里流動(dòng)，間隔4-5秒后，再按一下平衡閥手柄，用手指輕輕彈擊表盤的邊緣，使指針穩(wěn)定下來，此時(shí)指針?biāo)甘镜木褪撬獪y(cè)定的含氣量。（例如：注水測(cè)量時(shí)表針指示在黑色刻度盤的“4”時(shí)，表示含氣量為4%。

擰松排氣閥排除量缽的壓力，松開卡子倒出混凝土并清理干凈，按上述步驟測(cè)定下一組混凝土的含氣量。

使用完后，擰松微調(diào)閥，排出氣室內(nèi)壓力空氣，使表針退回到垂直向下位置，否則會(huì)縮短儀器的使用壽命，從而影響測(cè)定精度。用水將注水口和量缽內(nèi)外的混凝土沖洗干凈，然后用油棉紗擦干凈放置。量缽的內(nèi)壁粘附的混凝土?xí)谷莘e減小，從而影響測(cè)定精度，

此法是按國(guó)家規(guī)范規(guī)定測(cè)定混凝土拌合物含氣量的方法，按說應(yīng)該無所爭(zhēng)議，然而，在實(shí)際測(cè)量過程中我們發(fā)現(xiàn)，同一個(gè)人用同一臺(tái)含氣量測(cè)定儀兩次測(cè)定同一盤混凝土拌合物的含氣量數(shù)值也不是定值。理論上講，同一盤拌合物的含氣量的大小應(yīng)是一個(gè)固定值，而事實(shí)上卻是一個(gè)變值[2]。

1.3 工程實(shí)際情況

工地實(shí)際情況卻是混凝土拌合物含氣量的大小與原材料的關(guān)系并不明顯。

（1）未摻減水劑的小坍落度普通混凝土含氣量測(cè)定。

配合比 含氣量%摻合料 砂子 碎石 水 減水劑1 95 320 / 840 1000 200 / 1.8 2 70 320 / 840 1000 185 / 1.3 3 45 320 / 840 1000 170 / 1.5 4 30 320 / 840 1000 162 / 1.9坍落度mm水泥

（2）摻減水劑的大坍落度普通混凝土含氣量測(cè)定。

配合比 含氣量%粉煤灰 砂子 碎石 水 減水劑1 220 380 80 802 1000 138 4.6 4.4 2 200 380 80 802 1000 129 5.0 4.9 3 185 380 80 802 1000 125 5.2 3.4 4 160 380 80 802 1000 120 4.9 4.1坍落度mm水泥

（3）摻減水劑的大坍落度高性能混凝土含氣量測(cè)定。

配合比摻合料坍落度mm水泥礦粉 粉煤灰1 220 240 140 80 802 1000 136 4.6 4.2 2 210 240 140 80 802 1000 134 4.6 3.8 3 200 240 140 80 802 1000 133 4.6 5.1 4 180 240 140 80 802 1000 130 4.6 3.9砂子 碎石 水 減水劑含氣量%

2 試驗(yàn)分析

依據(jù)上面三表中的試驗(yàn)數(shù)據(jù)可得下面圖像，由上圖像可知：

①無論未摻減水劑的小坍落度普通混凝土含氣量、摻減水劑的大坍落度普通混凝土含氣量還是摻減水劑的大坍落度高性能混凝土含氣量與混凝土拌合物的坍落度的關(guān)系，其規(guī)律都不明顯，可以說混凝土的含氣量與混凝土的坍落度沒有多大關(guān)系。

②摻減水劑的混凝土由于外加劑的原因，含氣量均大于不摻減水劑的混凝土。

③高性能混凝土的含氣量比普通混凝土的含氣量要高一點(diǎn)，這也是為什么高性能混凝土的抗凍性好的一個(gè)重要方面。

④人工拌合的混凝土拌合物的含氣量比機(jī)械拌合的混凝土拌合物含氣量要低的多，這說明混凝土拌合物的含氣量大小與攪拌方式有很大關(guān)系。

⑤實(shí)踐證明，低溫時(shí)測(cè)定的混凝土拌合物含氣量大于高溫時(shí)測(cè)定的含氣量，因此混凝土拌合物的含氣量的大小也與攪拌時(shí)的環(huán)境溫度有關(guān)。

試驗(yàn)研究表明：混凝土的含氣量與混凝土的抗凍耐久性指標(biāo)沒有多大關(guān)系。這似乎出乎人們的傳統(tǒng)理解。有些混凝土的拌合物的含氣量雖然能夠滿足規(guī)范規(guī)定的要求，但是其抗凍指標(biāo)卻不能滿足要求。這是為什么呢？

①混凝土拌合物含氣量雖然合格，但是在施工時(shí)，由于振搗因素影響，混凝土拌合物中的含氣量卻減少了好多。另外由于天氣、氣溫的因素，混凝土中的含氣量并不是拌合物中的含氣量。由于含氣量的降低，硬化后的混凝土其氣泡量大大減少，造成抗凍指標(biāo)不合格。

②所使用的引氣劑有可能是由于符合劑里摻有木鈣。當(dāng)造紙?jiān)蠟樗赡緯r(shí)，其制漿液里含有松香皂，摻入混凝土攪拌時(shí)才能形成大量非常微小的氣泡。達(dá)到改善混凝土抗凍的效果，其他原料制槳產(chǎn)生的廢液里主要含有木質(zhì)素磺酸鹽，有一定的穩(wěn)泡作用。因此能增大混凝土的含氣量，但是因引入的氣泡孔徑大、數(shù)量少（顯微鏡下分析硬化混凝土的平均氣泡間距系數(shù)過大），不能起到明顯改善抗凍性的作用。

③《混凝土國(guó)際》雜志中有一篇《氣泡都跑到哪里去了》，意思是說混凝土中摻了和以往相同劑量的引氣劑，甚至超過了以前的劑量，但含氣量仍達(dá)不到要求。原因是混凝土里摻入粉煤灰。當(dāng)粉煤灰含碳量較大時(shí)，由于對(duì)引氣劑的吸附作用，不僅在試驗(yàn)時(shí)發(fā)現(xiàn)混凝土拌合物的含氣量明顯偏少，而必須幾倍甚至幾十倍的增大引氣劑的用量才能獲得所需的含氣量。而且即使這樣，混凝土的穩(wěn)定性也遠(yuǎn)遠(yuǎn)不如普通混凝土的穩(wěn)定性大，因此當(dāng)混凝土可能收到凍融破壞時(shí)，需要控制粉煤灰的摻量（主要是含碳量繳多的粉煤灰摻量）——覃維祖《引氣作用對(duì)混凝土性能的影響》。

3 結(jié)語(yǔ)

混凝土拌合物的含氣量的數(shù)值大小受著測(cè)量?jī)x器的精度、原材料的品級(jí)、測(cè)量環(huán)境（氣溫、停留時(shí)間長(zhǎng)短）及實(shí)驗(yàn)操作人員的業(yè)務(wù)水平等多種因素的影響，混凝土拌合物的含氣量沒有一個(gè)確定的數(shù)值。不同的人、不同的試驗(yàn)儀器測(cè)定的結(jié)果不同；就是同一個(gè)人、同一臺(tái)試驗(yàn)儀器測(cè)定同一配合比的混凝土拌合物，在不同的時(shí)間測(cè)定的結(jié)果也不一樣。因此說混凝土拌合物的含氣量不是一個(gè)定值。過分追求準(zhǔn)確的定值，不可能，也沒必要，也沒有一定的規(guī)律可循[3]。