混凝土含气量影响因素的试验研究

郭鑫 胡子磊 刘敏

摘要：混凝土的含气量在一定程度上能改善混凝土的性能并在在很大程度上决定了混凝土的抗冻耐久性指标。针对在施工过程中影响混凝土含气量的一些因素，本文采用理论分析和室内配合比拌合试验对混凝土拌合物的含气量进行试验研究，讨论混凝土配比参数、混凝土工作性及原材料对混凝土拌合物含气量的影响。

关键词：混凝土；含气量；影响因素；试验研究

0、引言

混凝土含气量是控制、评价混凝土质量的一项重要指标，混凝土具有适宜的含气量能使其具有良好的工作性能，混凝土的耐久性尤其是抗冻性在很大程度上也与含气量有关。引气剂是一种能使混凝土在搅拌过程中引入大量均匀分布 、稳定而封闭的微小气泡 ，从而改善其和易性与耐久性的外加剂。新拌混凝土欲得到一定的含气量，需在一定的条件下得到引气剂掺用剂量与含气量的关系，将适宜含气量对应的引气剂剂量范围确定下来 ，从而进行含气量的有效控制。但是在实际的拌合过程中，很多因素也会对新拌混凝土的含气量有所影响，如水灰比、混凝土级配、砂率、集料、混凝土工作性等多种因素的影响。本文是通过试验室室内配合比的拌合试验，从混凝土配比参数、混凝土工作性及原材料等方面分析了含气量的影响因素。

1 、试验原材料及内容

（1）水泥。采用Ultra Tech Cement Lanka（Pvt） Ltd公司生产的Ultra Tech OPC42.5N（普通硅酸盐水泥）、Ultra Tech PPC42.5N（低热水泥）、Tokyo cement company （Lanka） PLC生产的Tokyo IV42.5N（低热水泥）。

（2）粉煤灰。采用Fine Ash（Pvt） Ltd公司生产的Ⅱ级粉煤灰。

（3）骨料。细骨料为当地河砂、砂石系统生产机制砂。检测机制砂细度模数2.57、河砂细度模数3.74、河砂：机制砂=1：1时细度模数为3.17。粗骨料产地为库区石场，质地为花岗岩石，经砂石加工系统破碎至5-16mm、16-31.5mm、31.5-63mm 3级。本文试验所用配比二级配，小石：中石 = 40 ：60，三级配 ，小石：中石 ：大石 = 30 ：40：30。

（4）外加剂。FDN-2002高效减水剂、FDN-MTG缓凝高效减水剂、NK引气剂。

（5）拌合用水。拌合用水采用当地河水。

（6）试验内容。按DLT5330-2005《水工混凝土配合比设计规程》、DL 352-2006《水工混凝土试验规程》等相关规范，通过试验室室内拌合，讨论研究混凝土配比参数、混凝土工作性及原材料对混凝土拌合物含气量的影响。

2、混凝土拌合物含气量影响因素试验结果与分析

2.1 水泥品种对含气量的影响

本文通过分析引气剂在普通硅酸盐水泥和低热硅酸盐水泥所引入的含气量的差别来研究水泥品种对含气量的影响 ，试验研究不同水泥对含气量的影响试验配比及含气量检测结果见表1。

对比表1中的07、08、09、10、11、12可知，在相同的条件下，普通硅酸盐水泥混凝土的含气量均高于低热硅酸盐水泥混凝土，低热水泥中Ultra Tech PPC 42.5N含气量又高于Tokyo IV 42.5N。水泥品种对含气量的影响因素参考相关的研究 ，有学者 [1] 认为水泥品种对引气剂的吸附作用的不同而影响含气量 ，也有学者[2、3]认为是水泥水化产物的生成速率及其反应温度等对含气量造成不同程度的影响。

表1 混凝土配合比及含气量试验结果

配比编号 设计 级配 设计坍 落度mm 水灰比 砂率 % 粉煤灰 掺量% 减水剂 掺量% 引气剂 掺量 /万 混凝土配合比（质量比）Kg 含气量 实测值% 备注

水 胶凝材料

01 Ⅱ 100±10（mm） 0.53 41 25 0.60 1.1 145 274 4.4 水泥为Ultra Tech OPC42.5N、粉煤灰为Fine Ash（Pvt） LtdⅡ级、细骨料为河砂：机制砂=1：1

02 0.48 41 25 0.60 1.1 132 274 4.1

03 0.43 41 25 0.60 1.1 118 274 3.5

04 0.38 41 25 0.60 1.1 104 274 2.3

05 0.48 41 25 0.60 1.1 140 292 4.0

06 200±10（mm） 0.53 46 25 0.80 0.4 160 302 4.5

07 Ⅱ 100±10（mm） 0.53 41 25 0.60 1.1 155 292 4.8 水泥為Ultra Tech OPC42.5N、粉煤灰为Fine Ash（Pvt） LtdⅡ级、细骨料为河砂：机制砂=1：1

08 200±10（mm） 46 25 0.80 0.4 170 321 4.6

09 Ⅱ 100±10（mm） 0.53 41 25 0.60 1.1 155 292 4.0 水泥为Ultra Tech PPC42.5N、粉煤灰为Fine Ash（Pvt） LtdⅡ级、细骨料为河砂：机制砂=1：1

10 200±10（mm） 46 25 0.80 0.4 170 321 3.3

11 Ⅱ 100±10（mm） 0.53 41 25 0.60 1.1 155 292 3.0 水泥为Tokyo IV42.5N、粉煤灰为Fine Ash（Pvt） LtdⅡ级、细骨料为河砂：机制砂=1：1

12 200±10（mm） 46 25 0.80 0.4 170 321 2.5

2.2 水灰比对含气量的影响

水灰比是混凝土配比中影响气泡体系的一个重要的参数。试验配比采用表1中的配比01、02、03、04，图1表示了水灰比对含气量的影响。可知，在相同的条件下，水灰比越高 ，含气量越大，且增加幅度呈减缓趋势。拌合物的用水量是影响此时含气量变化的一个主要原因 ，当各掺量一定时，由于拌合物的用水量的不同，影响此时混凝土坍落度的变化，从而影响气泡的形成与稳定，导致含气量有所变化。当混凝土用水量过低时，混凝土坍落度较小，使得气泡的形成较为困难，因此导致含气量有所降低，当混凝土的用水量较大时，气泡较易形成因此含气量相对较大。有相关文献报道[2]，当水灰比过大时，混凝土呈现大坍落度或者流态，此时气泡逸出的可能性较大，且大气泡分布较多，也会导致含气量降低。

图1 水灰比对含气量的影响

以表1中的02号配比为基准，对比表中的01、05的试验结果，可以看出在控制坍落度大致相同时，通过调整加水量而达到该坍落度的砼中，含气量较高。保持水灰比不变时同时调整水泥用量及加水量而达到该坍落度的砼中，含气量相对偏小，原因是后者水泥用量高，而水泥具有明显的吸泡作用，相比之下，其含气量便小。

2.3 骨料对含气量的影响

试验研究细骨料对混凝土含气量影响因素包括细骨料细度模数、砂率、机制砂中石粉含量。

2.3.1 细骨料细度模数对混凝土含气量的影响

表2 混凝土配合比及含气量试验结果

配比编号 设计 级配 设计坍 落度mm 水灰比 砂率 % 粉煤灰 掺量% 减水剂 掺量% 引气剂 掺量 /万 混凝土配合比（质量比）Kg 含气量 实测值% 备注

水 胶凝材料

13 Ⅰ 100±10（mm） 0.48 44 20 0.80 0.4 160 333 5.3 水泥为Ultra Tech OPC42.5N、粉煤灰为Fine Ash（Pvt） LtdⅡ级、细骨料为河砂：机制砂=1：1

14 200±10（mm） 47 20 0.85 0.4 180 375 6.1

15 Ⅱ 100±10（mm） 0.53 41 25 0.60 1.1 155 292 4.8

16 200±10（mm） 46 25 0.80 0.4 170 321 4.6

17 Ⅲ 40±10（mm） 0.60 33 35 0.70 2.5 130 217 3.9

18 100±10（mm） 35 35 0.70 1.1 140 233 4.3

19 Ⅰ 100±10（mm） 0.48 44 20 0.80 0.4 160 333 4.0 水泥为Ultra Tech OPC42.5N、粉煤灰为Fine Ash（Pvt） LtdⅡ级、细骨料为机制砂

20 200±10（mm） 47 20 0.85 0.4 180 375 4.3

21 Ⅱ 100±10（mm） 0.53 41 25 0.60 1.1 155 292 3.9

22 200±10（mm） 46 25 0.80 0.4 170 321 3.4

23 Ⅲ 40±10（mm） 0.60 33 35 0.70 2.5 130 217 3.4

24 100±10（mm） 35 35 0.70 1.1 140 233 3.6

試验研究细骨料细度模数对混凝土含气量的影响见表2。对比表2中13-18与19-24，在配比各参数均相同的条件下，混凝土用砂由河砂：机制砂=1：1变为全部使用机制砂时，混凝土含气量均较大程度降低。分析原因是在混凝土用砂中，砂子粗对粗骨料“干涉”作用大，砂粒挤开粗骨料程度大，使粗骨料孔隙率增大，填充粗骨料空隙增多，否则砂浆将不能填满被挤开的粗骨料空隙，砼不能振捣密实。砂子细则比表面积增大，则需较多的水泥浆包裹其表面。粗砂变细砂，塌落度减小，含气量减小。相反，细砂变粗砂，坍落度增大，含气量增大。所以，在配比砂率参数已经确定时，砂子的粗细程度很大程度决定了混凝土的含气量。

2.3.2 砂率对混凝土含气量的影响

砂率是混凝土配合比中影响含气量的一个重要的参数。试验室研究砂率对混凝土含气量的影响配比及检测结果见表3。

表3 混凝土配合比及含气量试验结果

配比编号 设计 级配 设计坍 落度mm 水灰比 砂率 % 粉煤灰 掺量% 减水剂 掺量% 引气剂 掺量 /万 混凝土配合比（质量比）Kg 含气量 实测值% 备注

水 胶凝材料

25 Ⅲ 100±10（mm） 0.60 37 35 0.70 1.1 140 233 4.8 水泥为Ultra Tech OPC42.5N、粉煤灰为Fine Ash（Pvt） LtdⅡ级、细骨料为河砂：机制砂=1：1

26 35 35 140 233 4.3

27 33 35 140 233 3.7

28 31 35 140 233 3.4

29 Ⅲ 100±10（mm） 0.60 32 35 0.70 1.1 155 258 4.1 水泥为Ultra Tech OPC42.5N、粉煤灰为Fine Ash（Pvt） LtdⅡ级、细骨料为机制砂

30 30 35 155 258 3.9

31 28 35 155 258 3.6

32 26 35 155 258 3.5

图2 砂率比对含气量的影响

图2为砂率对混凝土含气量的影响（其混凝土配合比的编号为表3中的 25-28、28-32）。 由图2可知，砂率与混凝土含气量成正比，无论使用哪种砂，含气量均随砂率的增加而增加。对比机制砂配比与机制砂：河砂=1：1配比，增加砂率前者含气量增大幅度偏小。这是由于机制砂中含石粉等细颗粒较多，石粉等细颗粒一方面能够很好改善混凝土的工作性能（泌水性、粘聚性），增大含气量，另一方面石粉细颗粒增大了砂的比表面积，从而在用水量不变的情况下，会使坍落度降低，从而含气量降低。可见此时砂率对含气量的影响是综合作用的结果。参考相关文献，机制砂中石粉填充了大颗粒之间的空隙，在集料体内有一定的润滑作用，在不含泥土的情况下，石粉含量介于5%-10%时，石粉处于填充骨料空隙的情况下，用水量不会赠大。