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柳明亮等： 含气量对混凝土性能影响的试验研究 7 含气量对混凝土性能影响的试验研究 柳 明亮 ， 王黎明， ( 东北林业大学土木工程学院。 石振武， 何松松 黑龙江哈尔滨1 5 0 0 4 0) 【 摘要】 研究了含气量变化对混凝土强度、 抗氯离子渗透性及抗冻性的影响。结果表明， 随着含气量的增 加 ， 混凝土抗压强度逐渐减小， 抗弯拉强度先增大后减小 ， 含气量在 3 6 时抗弯拉强度较高； 含气量对混凝土 抗氯离子渗透性的影响很小， 掺引气剂后混凝土抗氯离子渗透性略有降低； 混凝土中适当引气可明显改善混凝土 的抗冻性， 随着含气量的增加 ， 混凝土抗冻性显著提高， 但当含气量超过 5 9 时， 提高效果不再明显， 反而有下降 的趋势； 综合考虑含气量对混凝土性能的影响， 建议寒区宜掺引气剂来改善混凝土耐久性 ， 含气量控制在 3 6 为宜 。 【 关键词】 混凝土 ； 含气量； 强度； 抗冻性； 抗氯离子渗透性 【 中图分类号】 T U 5 2 8 0 4 2 4 【 文献标识码】 B 【 文章编号】 1 0 0 1 6 8 6 4 ( 2 0 1 3 ) l 1 0 0 0 7 0 3 引气技术在混凝土工程中应用 已有半个多世纪的历 史， 美国从 1 9 3 7年就开始研究加气混凝土和引气剂 ， 1 9 3 8 年获得专利， 并于 1 9 4 2年制定了引气混凝土施工指南。日 本也在 2 0世纪4 o年代从美国引进引气混凝土技术， 并大量 用于混凝土工程。据报导， 在北美、 北欧和日本等发达国家 早已经普遍推广引气技术 ， 他们 8 0 以上的混凝土都掺加 引气剂。我国标准 也规定 ， 对有抗冻要求的混凝土必 须使用引气剂。混凝土拌合物中加入适量的引气剂后 ， 产 生大量微小绵密而且均匀稳定分布的气泡， 对水结冰膨胀 所造成的冻胀压力和毛细孔水渗透压有一定的缓冲或抵消 作用， 从而可以大幅度提高混凝土的抗冻性。但随着含气 量的增加， 混凝土密实程度降低 ， 强度和抗氯离子渗透性会 受到一定程度的影响。文中试验研究了不同含气量对混凝 土强度、 抗氯离子渗透性及抗冻性的影响。 1 试验设计和原材料 1 。 1 试验设计 影响混凝土性能的因素很多， 且关系较复杂， 文中采取 调整单一因素变化的技术路线， 主要在基准配合比的基础 上调整引气剂掺量， 配制出其他条件相同而含气量不同的 引气混凝土， 并与基准混凝土进行对照， 形成对 比试验， 试 验研究不同含气量条件下混凝土的强度、 抗氯离子渗透性 及抗冻性。采用美国高声公司生产的 H M一 3 0 直读式混凝 土含气量测定仪( 精度 0 1 ) 测定混凝土拌合物的含气量； 强度测试按照 J T O E 3 0 2 0 0 5 ( 公路工程水泥及水泥混凝土 【 基金项目】 黑龙江省自然科学基金项 目( E 2 0 1 1 3 6 ) 0 0o oo oo o o oo o o oo o o oo o0 o o oo o0 0口 oo o o oo 0o o0 00 00 o0 oo oo o0 oo o o o0 oo o o o0 00 o o Oo o O oo oo o o 0o o0 o O o口 oo aO oo o 表 3 模型值和误差检验表 实 际 数据 1 2 3 8 4 9 4 1 2 1 I I 6 1 2 0 9 I 1 1 5 9 , 4 模 损 敷 据 1 2 3 0 0 0 9 1 3 2 9 9 4 0 8 o 12 3 2 9 5 12 4 5 7 4 1 3 4 9 9 2 7 4 8 1 1 9 3 5 5 8 6 1 9 9 残 差0 0 0 0 0 一 O 7 3 29 一 O 0 0 8 0 0 2 2 9 5 0 8 4 7 4一 I 3 9 6 9- 0 1 7 48 0 4 3 5 5 0 7 9 0 1 相 对 误差 O 03 0 0 0 0 8 7 2 O 0 0 0 8 0 0 1 9 0 O 0 7 3 1 0 1 1 6 4 0 0 19 2 0 0 3 7 9 0 0 I 基于已有的试验数据 ， 对影响再生混凝土砌块抗压强 度的因素进行灰色关联分析 ， 得出水灰比是影响其抗压强度 的主要因素， 其次是再生细骨料取代率， 最后是再生粗骨料 取代率； 灰色关联分析方法的运用将从理论上指导再生混 凝土空心砌块的配制， 减少不必要的重复和反复， 节约了大 量的试验资源； 利用 G M( 1 ， N ) 模型建立再生混凝土砌块 抗压强度的预测方程， 模型具有较好的预测精度， 其预测的 结果有一定的参考价值， 为再生混凝土空心砌块定量预测分 析提供了一种有效的方法。 参考文献 1 邢振贤， 周 日 农 再生混凝土性能研究与开发思路 J 新型 建筑材料， 1 9 9 9 ( 7 ) ： 2 9 3 1 2 刘思峰， 党耀国， 方志耕， 等 灰色系统理论及其运用 M 北 京 ： 科学出版社 ， 2 0 1 0 3 李丹， 王汝恒， 陶俊林 ， 刘洋 承重墙用再生混凝土空心砌块 的配合比设计 J 新型建筑材料 ， 2 0 1 2 ， ( 1 ) ： 3 6 3 9 4 党耀国， 刘思峰， 王正新， 林益， 等 灰色预测与决策模型研究 ra 北京 ： 科学出版社， 2 O O 9 5 周伟。 方志耕 非线性优化 c M( 1 ， N ) 模型及其应用研究 J 系统工程与电子技术 2 0 1 0 ， 3 2 ( 2 ) ： 3 1 8 3 2 0 6 李翠凤， 戴文战 非等间距 G M( 1 ， 1 ) 模型背景值构造方法及 应用 J 清华大学学报( 自 然科学版) ， 2 0 0 7 ， 4 2 ( s 2 ) ： 1 7 2 9 7 尚军亮， 方敏 一种优化的高精度灰色 G M( 1 。 1 ) 预测模型 J 电子与信息学报， 2 0 1 2 ， 3 2 ( 6 ) ： 1 3 0 1 1 3 0 5 8 张荚姿， 范颖芳， 赵颖华 受盐酸腐蚀混凝土抗压强度的灰色 预测模型 J 建筑材料学报， 2 O 0 7 ， 1 o ( 4 ) ： 3 9 7 4 0 1 【 收稿日期 2 0 1 3 0 9 1 3 作者简介】 苏江林( 1 9 8 6一) ， 男， 福建泉州人， 硕士研究生， 研究方向： 混凝土结构。 8 低温建筑技术 2 0 1 3 年第 1 1 期( 总第 1 8 5 期) 试验规程 进行； 混凝土抗氯离子渗透性采用 A S T M C 1 2 0 2 一 o 5 的电通量法， 试件尺寸采用直径为( 1 0 01 ) mm， 高 度为( 5 0 2 ) n u n 的圆柱体试件； 混凝土抗冻性试验按 G B T 5 0 0 8 2 2 0 0 9 ( 普通混凝土长期性能和耐久性能试验方法标 准 进行。 1 2 原材料 水泥： 天鹅牌 P 0 4 2 5级普通硅酸盐水泥。 粗集料： 碎石5 3 0 ra m连续级配花岗岩碎石， 通过筛分 确定 51 0 ram、 1 0 2 0 m m、 1 0 3 0 ra m的掺配 比例为2： 3： 5 。 细集料 ： 呼兰河中砂 ， 细度模数 2 6， I I 区级配， 堆积密 度为 1 5 2 3 k g m 。 减水剂 ： F D N萘系高效减水剂。 引气剂 ： K M S F一 1 1 松香类引气剂。 1 3 试验配合比 试验用混凝土配合 比考虑设计 目的， 按路面水泥混凝 土标准进行 ， 设计弯拉强度标准值取5 0 M P a ， 坍落度控制在 8 01 0 0 mm。混凝土配合 比为： 水泥： 水 ： 砂 ： 碎石 =3 7 0 ： 1 4 8 ： 7 5 3 ： 1 2 2 9 。引气剂和减水剂按水泥用量的百分比( 质量 分数) 掺加 ， 减水剂掺量为 l ， 引气剂 的掺 量分别为 0 、 0 0 0 5 、 0 0 1 、 0 0 1 5 、 0 0 2 、 0 0 2 5 ， 记为 Y 0 、 Y 1 、 Y 2 、 Y 3 、 Y 4 、 Y 5 ， 含气量测试结果见表 1 。 表 1 混凝土拌合物含气量 2 试验 结果与分析 2 1 含气量对混凝土强度的影响 混凝土抗压强度、 抗弯拉强度见图1 ( a ) ， 1 ( b ) 。从图 1 中可以看出， 引气剂掺量增加 ， 混凝土含气量增大。图 1 ( a ) 显示， 随着含气量的增加 ， 混凝土的抗压强度逐渐降低。含 气量在 2 2 一 6 8 范围内增加时， 含气量每增加 1 ， 抗 压强度约降低 4 9 。图 l ( b ) 显示， 随着混凝土含气量增 加 ， 抗弯拉强度先增大后减小 ， 抗弯拉强度较高时的含气量 大约在 3 一 6 。混凝土含气量小于 4 3 时， 抗弯拉强度 递增， 超过 4 3 时， 抗弯拉强度逐渐减小 ， 但相 比非引气混 凝土都有提高。由于抗弯拉强度是路面混凝土的重要力学 性能指标 ， 掺适量引气剂后， 混凝土的抗弯拉强度提高 ， 可 以弥补抗压强度降低的不足， 具有很好的工程应用价值。 2 2 含气量对混凝土抗氯离子渗透性的影响 图2 为不同龄期时混凝土电通量与含气量的关系， 从图 2中可以看出， 含气量对混凝土电通量的影响很小， 随着混 凝土含气量的增加， 电通量逐渐增大 ， 但增长的幅度很小， 且随着龄期的延长这种上升趋势越来越不明显， 混凝土抗 氯离子渗透性略有降低。混凝土电通量随含气量增大而增 大有两个原因 J ： 首先， 与电通量试验方法有关。电通量试 验前要求对试件进行真空饱水， 这就使得混凝土中引入的 气泡在试件经饱水处理后充满水分， 混凝土 中原有气泡 占 据的空间成了电流通过的宽敞通道 ， 因此当含气量增大时， 混凝土电通量增大； 其次， 在水灰比和混凝土单方水泥用量 嘲 暇 食气量， ( a ) 抗压强度与含气量 舍气量， 抗弯拉强度与含气量 图1 抗压、抗弯拉强度与舍气量的关系 舍气t， +7 d 一 1 4 d _ r l d 一 2 8 d _ _ I - 3 5 d 图2 不同龄期电通量与含气量的关系 一 定的条件下 ， 混凝土中单位体积的骨料含量会随含气量 的增大逐渐减少 ， 骨料对浆体中毛细孔通道的阻隔作用也 相应减小， 致使混凝土的电通量增大。 2 3 含气量对混凝土抗冻性的影响 0 5 O l 0 o l 5 0 2 0 0 2 5 0 3 0 0 冻融循环次数 含气量2 2 十古气量4 3 一含气量5 9 m含气量3 1 *一 台气量5 2 _ o 一含气置6 8 图3 混凝土相对动弹模量 混凝土冻融循环后动弹模量与质量变化情况如图 3 、 4 所示。 图3 为 混凝土相对动弹模量与循环次数的关系， 从国 重、 瑙骥幽辗口 d 善 雠矮稿静辖 舳 蛐辎秣褥灰霉 柳明亮等： 含气量对混凝土性能影响的试验研究 9 3可知， Y 0 。 混凝土提前结束试验， 相对动弹模量下降最快， 经过 1 5 0 次冻融循环后相对动弹模 量降到 6 0 以下， 其抗 冻融循环次数为 1 2 5 次 ； 除 Y 0 以外 ， 1 0 0 次冻融循环后相对 动弹模量都在9 8 以上， 随着冻融循环次数的增加 ， 相对动 弹模量逐渐的降低 ； Y 3 、 Y 4 、 Y 5 相对动弹模量 比较稳定 ， 3 0 0次冻融循环后都在9 0 以上 ， Y 1 、 Y 2 相对动弹模量也 能保持在 8 0 以上； 值得注意的是， 与 Y 3 、 Y 4 相比含气量 相对较高的 Y 5 相对动弹模量反而有下降的趋势。可见 ， 混 凝土含气量不宜超过 5 9 。 +含气量2 2 - -o - 含气量3 1 +舍气量4 3 +舍气量5 2 _ -舍气量5 9 十一 含气量6 8 图4 混凝土质量变化率 图4为质量变化率与循环次数的关系， 从图 4可知， 经 过 1 5 0次冻融循环后， Y 0 混凝土的质量变化率为 2 6 7 ， 小于终止试验要求的 5 ， 可见 Y 0 的冻融破坏主要是在混 凝土内部产生的损伤造成的； 2 5 、 5 0 次冻融循环的初期质量 变化率都为负值， 因为混凝土孔隙吸水后质量增加所致； 随 着冻融循环次数的增加 ， 混凝土表面受到冻融时产生的拉 应力作用产生剥落而导致质量随之下降， 7 5次冻融循环后 混凝土质量逐渐减少， Y 0 减少最快 ， Y 1 、 Y 2 次之； 3 0 0次冻 融循环后 ， 引气混凝土的质量变化率都低于3 ， 最大的 Y 1 为 2 8 6 ， Y 3 最小仅为 1 4 3 。 如前所述 ， 引气混凝土都能获得高抗冻性， 3 0 0次冻融 循环后， 相对动弹模量都在 8 0 以上 ， 质量损失都低于3 ， 较不掺引气剂混凝土抗冻性有 了明显的提高。含气量小于 5 9 时， 随着含气量的增加， 混凝土的抗冻性也随之提高 ， 提高的幅度也较为明显， 但超过 5 9 后 ， 提高幅度很小且 有下降的趋势。文献 5 指出， 抗冻性随含气量的提高不是 无限的， 在含气量超过 6 时抗冻性反而有所下降。 非引气混凝土含气量为2 2 ， 这是在搅拌与振捣过程 中带入的空气所致。Y 1 、 Y 2 含气量分别为 3 1 、 4 3 ， 远没有达到美国混凝土协会 ( AO) 规定 的在严重暴露条件 下最小含气量为 6 的要求， 我国标准 也规定对有抗冻要 求的混凝土含气量一般为( 50 5 ) ， 然而其抗冻性仍然 很好。但 1 9 9 4年美国战略高速公路研究计划( S H R P ) 发布 的研究结果表明 J ， 含气量在 2 5 3 的混凝土也表现 出良好的抗冻性， 远远低于规范的要求。 另外 ， 根据李金玉 等人的研究结果 ， 快速冻融循环室 内外对比关系大平均为 1 ： 1 2， 即室 内一次冻融循环相当于 自然条件下 l 2次冻融循环， 东北地区一年的冻融循环次数 大概为 1 2 0次左右， 也就是说路面施工质量良好的话 ， 该组 引气混凝土的服役寿命至少在 3 0 年以上， 完全能够满足规 范对重型水泥混凝土路面设计使用年限的要求。 3结语 ( 1 ) 随着含气量在2 2 一 6 8 范围内增加， 混凝土 抗压强度逐渐减小， 含气量每增加 1 ， 抗压强度约降低 4 9 ； 抗弯拉强度先增大后减小， 含气量大约在 3 一 6 时混凝土抗弯拉强度较高。 ( 2 ) 在工程范围内， 随着含气量的增加， 混凝土电通 量略增大 ， 混凝土抗氯离子渗透性略有降低 ， 含气量对混凝 土抗氯离子渗透性的影响很小。 ( 3 ) 含气量对混凝土抗冻性有明显影响， 含气量为 3 1 和4 3 时， 混凝土抗冻性均很好。随着含气量的增 加， 混凝土抗冻性显著提高， 当含气量超过 5 9 时， 提高效 果不再明显， 反而有下降的趋势。 ( 4 ) 综合考虑含气量对混凝土性能的影响， 建议寒区 宜掺引气剂来改善混凝土的耐久性 ， 含气量控制在 3 一 6 为宜 。 参考文献 1 朱蓓蓉， 杨全兵， 吴学礼 。 等 s J 一 2新型引气剂及其引气混凝 土性能E J 混凝土， 2 0 0 1 ， ( 4 ) ： 2 1 2 4 E 2 J rr G F 3 0 - 2 0 0 3 ， 公路水泥混凝土路面施工技术规范 s 3 A S T M C 1 202 2 0 0 5 ， S t a n d a a l T e s t M e t h o d f o r E l e c t r i c a l I n d i e s li o n o f C o n c r e t eS Ab i l i t y t o Re s i s t C h l o r i d e I o n P e n e t r a t i o n S 3 h i e d ， P e n n s y l v a n i a ： A S T M， 2 0 0 5 4 冯仲伟 混凝士材料耐久性评价指标研究 D 北京： 铁道科 学研究院， 2 0 0 7 ： 7 5 葛兆明， 余成行 。 魏群， 等 混凝土外加剂( 第二版) M j E 京 ： 化学工业 出版社 ， 2 0 1 1 ： 9 5 6 朱志远， 王世智 。 阎勇刚， 等 关于抗冻混凝土的含气量及气 泡间距临界值的探讨 J 四川建筑科学研究， 2 0 1 1 ， 3 7 ( 5 ) 7 李金玉， 彭小平， 邓正刚， 等 混凝土抗冻性的定量化设计 J 混凝土， 2 0 0 0 ， ( 9 ) ： 6 1 6 5 收稿日期 2 0 1 3 0 8 2 0 作者简介】 柳明亮( 1 9 8 9一 ) ， 男， 云南昭通人， 硕士研究生， 研究方向： 工程建造技术方法与管理。 3 2 0 瓣 栅遐