海工高性能混凝土含气量经时变化规律*

刘家海， 于定勇， 李中会

(1.中国海洋大学，山东 青岛 266100； 2.济南轨道交通集团有限公司，山东 济南 250101)



海工高性能混凝土含气量经时变化规律*

刘家海1,2， 于定勇1**， 李中会2

(1.中国海洋大学，山东 青岛 266100； 2.济南轨道交通集团有限公司，山东 济南 250101)

本文以施工海工高性能混凝土含气量测试结果为基础，针对海工高性能混凝土含气量的经时变化，分析了运距、泵送方式及振捣时间对混凝土含气量的影响，结果表明：含气量在运输过程中，随着运输时长不断增大，含气量的变化与运距或运输时间基本呈线性关系；泵送降低了混凝土的含气量，含气量的变化量，服从正态分布；振捣时间对含气量的影响显著，振动时间越长，含气量损失越大。

含气量；经时变化规律；海工高性能混凝土；泵送方式；振捣时间

引用格式：刘家海， 于定勇， 李中会. 海工高性能混凝土含气量经时变化规律[J]. 中国海洋大学学报(自然科学版), 2016, 46(8): 104-109.

LIUJia-Hai,YUDing-Yong,LIZhong-Hui.Tine-dependentcompressiveaircontentofmarinehighperformanceconcrete[J].PeriodicalofOceanUniversityofChina, 2016, 46(8): 104-109.

微小气泡是提高混凝土抗冻性能的有效方法，而含气量就是混凝土中微小气泡的集合，有效地控制混凝土中的含气量对保证混凝土结构的抗冻性具有重要意义。1994年WillamElkey[1]最先研究泵送对混凝土含气量的影响，发现泵送对混凝土含气量的影响主要取决于混凝土中的有效含气量和混凝土拌合物性质，木素减水剂能降低含气量的稳定性，F型粉煤灰能增加含气量的稳定性。2003年美国新泽西交通部门[2]细致研究了泵送对混凝土含气量的影响，发现泵送前后含气量具有良好的线性关系，平均含气量损失在0.65。刘艳霞[3]采用4种水利水电工程常用的引气剂，配制不同水胶比的二级配混凝土，检测高频振捣对混凝土含气量和抗冻性的影响，水胶比相同时，含气量损失率基本上随着高频振捣时间的延长而增大；高频振捣时间相同时，含气量损失率随着水胶比的增大而增大。王卫中[4]对搅拌速度的影响进行了研究，采用传统搅拌工艺，新拌混凝土的含气量随着搅拌速度的增加而增加，采用二次搅拌工艺，含气量随着搅拌速度的增加基本上呈下降趋势。同济大学杨钱荣教授[5-6]对外加剂和含气量的关系进行了研究，掺不同引气剂的新拌混凝土含气量与硬化混凝土含气量之间没有相关性。

目前，在水泥混凝土工程施工过程中，为达到混凝土的含气量要求，需要根据原材料、配合比、运距和振捣的变化，外加剂的不同，分析混凝土含气量的变化规律，确定含气量损失量，从而及时调整引气剂的掺量或者工作参数，达到预期的含气量数值。国内外对混凝土含气量的研究大都关注单一因素，而且多集中在试验室内的试验，对施工现场的含气量影响因素变化的研究几乎为零，对含气量的经时变化规律，更缺少系统的研究。

本文基于此，在工程现场，测试了C50海工高性能混凝土的含气量数值，以期发现其变化规律，为施工控制含气量提供借鉴和参考。

1　试验方案

本试验观测选择了青岛及周边地区的3个拌合站(编号A、B、C)，测试在拌合站、泵送前、泵送后及振捣后的C50海工高性能混凝土含气量数值，共得到97组对比试验数据。混凝土施工现场使用48m三一混凝土泵车泵送。

含气量测试应用两台型号为LG-615B的日本三洋含气量测试仪，为消除仪器设备的影响，试验前对两台含气量测试仪进行了比对校正。

2　混凝土配合比

2.1 原材料

(1)水泥C，52.5(R)普通硅酸盐水泥。

(2)细骨料S：中砂，细度模数为2.6～3.0，含水率为0.8%，含泥量为0.1%～1.5%。

(3)粗骨料G：碎石，2个级配，粗石子(10～20mm)G1和细石子(5～10mm)G2堆积密度大于1.45g/cm3，含泥量小于0.5%。

(4)粉煤灰F：国标GB/T1596—2005中的I级。

(5)矿粉K：符合GB/T18046—2008中S95的要求。

(6)聚羧酸减水剂：华伟NOF—AS，液体，含固量为40%；巴斯夫Rheoplus326，液体，含固量为20%。

2.2 配合比

配合比为施工设计配合比，如表1所示，水胶比为0.3～0.32，拌合物满足混凝土强度C50、坍落度(21～23cm)和扩展度(48～50cm)的要求。

3　数据分析及结果

在混凝土拌合站内，测试罐车内混凝土的含气量，在现场泵车泵口测试泵送前的混凝土含气量，记录相应的测试时间，组成相应的含气量测试数对，形成表2中的混凝土含气量数对27组。

在泵车泵口测试泵送前的混凝土含气量，在泵车甭管口测试泵送后含气量，组成含气量测试数对，表3中泵送前后含气量测试数对45组，并计算泵送前后含气量变化值。

取样泵后混凝土，使用工地现场频率200Hz，振幅1.35mm的振动器棒振动混凝土，记录振动时间，测试振动后混凝土含气量，形成混凝土含气量结果表4。

表1　施工设计配合比

表2　运距对含气量的变化对比测试结果汇总表

续表2

拌合站Mixingplant时间/minTime气温/℃Temperature含气量/%Aircontent泵送前Beforepumping时间/minTime气温/℃Temperature含气量/%Aircontent时间差/minTime含气量差/%Aircontent10:3831.22.611:09304.2311.610:4531.22.711:18295332.310:55303.111:25295.5302.411:15303.911:50306.5352.611:2431411:56316.6322.611:3031.13.612:30297.660411:42302.712:42317604.312:05313.712:56317.4513.712:1531.53.513:1031.57.3553.819:05303.119:31305261.919:1330.53.119:55306.2423.119:37304.220:1529.57.1382.920:0630320:46295.5402.520:20292.921:00285402.120:33293.421:16285.9432.5

表3　泵送对含气量的影响测试结果汇总表

Note:①Time；②Temperature；③Aircontent

续表3

泵送前Beforepumping时间①/min气温②/℃含气量③/%泵送后Afterpumping时间①/min气温②/℃含气量③/%泵送前Beforepumping时间①/min气温②/℃含气量③/%泵送后Afterpumping时间①/min气温②/℃含气量③/%11:25295.511:28324.516:3625416:41263.711:50306.511:53325.716:50253.616:54263.311:56316.612:00335.715:1925.54.215:2126412:30297.612:33336.515:5525.55.415:56264.712:4231712:45335.515:4625.55.415:50264.612:56317.413:0033616:1125.55.516:15264.713:1031.57.313:12335.816:29255.116:35264.719:3129519:35304.316:45254.816:47264.519:55296.219:58304.6

Note:①Time；②Temperature；③Aircontent

表4　振捣对混凝土含气量的影响

3.1 运距对含气量的影响

根据表2中结果，绘制含气量变化随运输时间的变化规律如图1所示。可以看出含气量的变化与运距或运输时间基本呈线性关系，线性方程y=0.0803t-0.569，其回归系数0.91。含气量随着搅拌车搅拌时间的延长，含气量在不断的增加，与李增军[7]等人关于含气量随时间的延长而降低的研究相矛盾，这是因为李增军等是在试验室内进行的测试研究，测试的是混凝土静置时长的含气量变化，未考虑运输中的罐车搅拌和运输途中的颠簸晃动影响。

从表2中还可以看出，运输时间约30min，拌合后和泵送前的含气量相比能提高近70%～80%。运输时间50min，含气量增加一倍以上。这是因为运距的增加，运输时间的延长，罐车的不断搅动，外加剂作用时间的延长，使得混凝土含气量不断增大。

3.2 泵送对含气量的影响

从表3中45组试验数据可以看出，泵送使得混凝土含气量降低，平均降低10%，最大降低达20%。这是因为混凝土在泵送管内输送时，会形成几个兆帕的真空压力，气泡在压力作用下，管壁碰撞，发生破碎，含气量降低。同时，泵送管管壁的摩擦作用也会消耗掉一定的气泡，导致含气量的降低。

将泵送前含气量减去泵送后含气量得到含气量的变化值，把最大的变化值放到中间，数据从大到小两边交叉排列，得到图2所示的泵送对含气量的影响图。从图中可以看出，含气量变化量服从正态分布，对试验数据统计分析，得到正态分布均值0.67，方差0.21。从统计学分析，泵送对含气量的影响变化范围0.22～1.12之间的概率为70%，泵送对含气量的影响变化范围0～1.57之间的概率为95%，也就是说，泵送对含气量变化的影响最大不过1.57。

图1　含气量随运距增加变化图

图2　泵送对含气量的影响图

3.3 振捣对含气量的影响

将表4中振捣试验的25组试验数据，按振捣时长与含气量变化值绘成图3。从图中可以看出，现场振捣对含气量的影响很显著，振动时间越长，含气量损失越大。现场使用振动器棒振捣10s后，含气量降低50%左右。振捣时间超过20s后，混凝土含气量降低80%以上。振捣40s时，含气量接近为零，因此对于有抗冻要求的混凝土，一定要严格控制振捣时间，不能过振。

从振动对混凝土含气量的影响表4最后一列可以看出，混凝土含气量损失率随着振捣时间的增加而增加。这与李文伟[9]、陈建奎[10]等人关于振捣时间及方式对混凝土含气量及抗冻性影响的规律基本一致。

图3　振捣对混凝土含气量的影响

4　结论

(1)对山东地区常用的海工高性能混凝土，含气量在罐车的运输过程中，并没有减少，而是不断的增加。含气量的变化与运距或运输时间基本呈线性关系，回归系数0.91。

(2)泵送使得混凝土含气量降低，平均降低10%，最大降低20%。泵送前后混凝土的含气量变化量服从正态分布，正态分布均值0.67，方差0.21。

(3)现场振捣对含气量的影响很显著，振动时间越长，含气量损失越大。现场使用振动器棒振捣10s后，含气量降低50%左右。振捣时间超过20s后，混凝土含气量降低80%以上。振捣40s时,含气量接近为零。

[1]WillamElkey,DoaldJJassen.ConcretePumpingEffectsonEntrainedAir-Voids[D].Washington:WashingtonStateTransportationCenter, 1994.

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[9]陈建奎. 混凝土外加剂的原理与应用[M]. 北京: 中国计划出版社, 1997.

ChenJiankui.PrincipleandApplicationofConcreteAdmixture[M].Beijing:ChinaPlanningPress, 1997.

责任编辑徐环

Time-DependentCompressiveAirContentofMarineHighPerformanceConcrete

LIUJia-Hai1, 2,YUDing-Yong1,LIZhong-Hui2

(1.OceanUniversityofChina,Qingdao266100,China; 2.JinanRailTransitGroupCo.Ltd,Jinan250101,China)

Intheconstructionofthreeconcreteconstructioncontractsection,time-dependentcompressiveaircontentofmarinehighperformanceconcretearestudied.Studyonthedistance,pumpedandvibratingofconcreteaircontent,aircontentinmarinehighperformanceconcreteinthetransportisslowlyincreasing.Thecorrelativitybetweenthechangeofaircontentandthetransport-distentortheperiodoftransportislinear.Theaircontentinconcretedropstenpercentduetodumping.Thevibrationhaveagreateffectonconcreteaircontent,andincreasingvibrationtimeresultsinanincreasingairlossratio.

aircontent；time-dependentcompressive；marinehighperformanceconcrete；pumping；vibrating

山东省住房与城乡建设厅科技项目(2014QG009);山东省交通运输厅科技项目(2013A02-05)资助

2015-04-08；

2015-05-04

刘家海(1979-)，男，博士生，高级工程师。E-mail：liujiahai@yeah.net

**通讯作者：E-mail：dyyu01@ouc.edu.cn

TU445.47

A

1672-5174(2016)08-104-06

10.16441/j.cnki.hdxb.20150132

SupportedbytheScienceandTechnologyProjectofDepartmentofHousingandUrbanConstructionofShandongProvince(2014QG009)；theScienceandTechnologyProjectofDepartmentofTransportationofShandongProvince(2013A02-05)