谈“混凝土拌合物的含气量对混凝土耐久性的影响”

张志强 陆磊

山东省邹城市工建混凝土有限公司 山东邹城 273500

混凝土的抗冻性是混凝土耐久性的一个重要指标，混凝土抗冻耐久性最直接的指标是动弹模量和冻融剥蚀质量损失大小，而影响混凝土抗冻耐久性的因素是混凝土内部的气泡间距的平均大小——气泡间距系数。由新鲜混凝土拌合物无法预测硬化后混凝土内部的间距大小，故工地现场人们通常采用通过控制混凝土拌合物含气量的大小来控制混凝土的气泡间距系数，从而达到保证混凝土抗冻性的目的[1]。

我国的公路、铁路工程对混凝土的含气量都有要求。公路工程要求公路工程混凝土要求按照地路面无抗冻性、有抗冻性或有抗盐冻性、混凝土最大公称粒径，路面混凝土含气量应符合下表规定：

最大公称粒径mm 无抗冻要求 有抗冻要求 有抗盐冻要求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

铁路混凝土对抗冻耐久性要求更高。不同地区、不同的环境条件、不同的冻融环境等级，混凝土的含气量要求不同，下表是铁路混凝土拌合物的含气量。

环境类别 作用等级设计使用年限100年 60年 30年最小含气量 最小含气量 最小含气量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氯盐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盐类结晶破坏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冻融破坏M1 2.0 2.0 2.0 M2 2.0 2.0 2.0 M3 2.0 2.0 2.0磨蚀

那么，混凝土的含气量大，混凝土结构物抗冻耐久性就好吗？

1 混凝土含气量的测定方法

1.1 由规范《普通混凝土配合比设计规程》（JGJ55—2011）的公式所想到的

按照国家建设部标准《普通混凝土配合比设计规程》（JGJ55—2011），当用体积法计算混凝土配合比时，有如下关系式：

式中α-混凝土含气量百分数；C0-每立米混凝土的胶凝材料用量（kg/m3）；ρc-胶凝材料的比重，（kg/L）；ρg-粗骨料视比重，（kg/L）；ρs-细骨料视比重，（kg/L）；ρw-水的视比重，（kg/L）。

依据此式经整理可得：

注：这里的胶凝材料为包括水泥、粉煤灰、矿粉等多种胶凝材料在内的形式意义上具有胶凝意义的粉料。

由上式可以看出，普通混凝土拌合物的含气量与所用原材料的品级质量有很大关系、与混凝土拌合物的用水量有关系。当砂、石、胶凝材料等原材料相同时，用水量越大，α越小。当混凝土的水胶比相同时，用水量一定，混凝土拌合物的含气量与所用骨料的表观密度有着很大的关系，轻骨料的混凝土拌合物的含气量较小。重骨料的混凝土拌合物的含气量较大。这就从理论上给出了一个混凝土拌合物含气量的理论计算公式。

有些人也以此式来计算混凝土的拌合物的含气量。但计算结果与用混凝土含气量测定仪测出的含气量有很大的出入，究其原因就是：建设部标准《普通混凝土配合比设计规程》（JGJ55-2011）体积法计算混凝土配合比的公式：

犯了一个常识性的错误：一碗水加一碗面不等于两碗糊糊。也就是说，胶凝材料的体积加上砂石料的体积加上水的体积再加上内部所含气体的体积不等于一方混凝土的体积。所以导致了理论计算与实际测量数据的差异。

但规范毕竟是规范，我们不便进行褒贬。但我们要知道用此公式计算混凝土的含气量不合适。

1.2 国家规范《普通混凝土拌合物性能试验方法标准》GB50080-2016关于混凝土拌合物的含气量的测定是用含气量测定仪来测定的

混凝土含气量测定仪

方法如下：

将含气量测定仪水平放置，混凝土拌合物分三层装入，每层捣实后高度约为1/3容器高度，每层装料后由边缘向中心均匀插捣25次。捣实后，再用橡皮锤沿量钵外壁轻轻敲击10-15次，使插捣棒留下的插孔填满。最后一层装料应避免过满。

用刮尺把多余的拌合物刮去，使其表面光滑无气泡，用洁布擦干净量钵边缘，盖好上盖，均匀地拧紧固定上盖和量钵的卡子。

打开注水阀，拧松排气阀，用注水器从注水口注水，至水从排气口平稳流出，一边继续注水，一边关闭注水阀，然后关闭排水阀和微调阀。

拧开手泵，用手泵打气加压使指针指到稍稍超过初压点位置，4-5秒用手指轻轻敲打表盘外侧，使指针稳定地指到初压点上。如果加压时指针超过太多，可以用微调阀配合手泵使指针稳定在初压点上。（初压点：注水测定时读黑色刻度盘，初压点为表盘右下方0点一下“1”的位置。）

平稳地按下平衡阀手柄，使气室里的压缩空气柱往钵里流动，间隔4-5秒后，再按一下平衡阀手柄，用手指轻轻弹击表盘的边缘，使指针稳定下来，此时指针所指示的就是所要测定的含气量。（例如：注水测量时表针指示在黑色刻度盘的“4”时，表示含气量为4%。

拧松排气阀排除量钵的压力，松开卡子倒出混凝土并清理干净，按上述步骤测定下一组混凝土的含气量。

使用完后，拧松微调阀，排出气室内压力空气，使表针退回到垂直向下位置，否则会缩短仪器的使用寿命，从而影响测定精度。用水将注水口和量钵内外的混凝土冲洗干净，然后用油棉纱擦干净放置。量钵的内壁粘附的混凝土会使容积减小，从而影响测定精度，

此法是按国家规范规定测定混凝土拌合物含气量的方法，按说应该无所争议，然而，在实际测量过程中我们发现，同一个人用同一台含气量测定仪两次测定同一盘混凝土拌合物的含气量数值也不是定值。理论上讲，同一盘拌合物的含气量的大小应是一个固定值，而事实上却是一个变值[2]。

1.3 工程实际情况

工地实际情况却是混凝土拌合物含气量的大小与原材料的关系并不明显。

（1）未掺减水剂的小坍落度普通混凝土含气量测定。

配合比 含气量%掺合料 砂子 碎石 水 减水剂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）掺减水剂的大坍落度普通混凝土含气量测定。

配合比 含气量%粉煤灰 砂子 碎石 水 减水剂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）掺减水剂的大坍落度高性能混凝土含气量测定。

配合比掺合料坍落度mm水泥矿粉 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 减水剂含气量%

2 试验分析

依据上面三表中的试验数据可得下面图像，由上图像可知：

①无论未掺减水剂的小坍落度普通混凝土含气量、掺减水剂的大坍落度普通混凝土含气量还是掺减水剂的大坍落度高性能混凝土含气量与混凝土拌合物的坍落度的关系，其规律都不明显，可以说混凝土的含气量与混凝土的坍落度没有多大关系。

②掺减水剂的混凝土由于外加剂的原因，含气量均大于不掺减水剂的混凝土。

③高性能混凝土的含气量比普通混凝土的含气量要高一点，这也是为什么高性能混凝土的抗冻性好的一个重要方面。

④人工拌合的混凝土拌合物的含气量比机械拌合的混凝土拌合物含气量要低的多，这说明混凝土拌合物的含气量大小与搅拌方式有很大关系。

⑤实践证明，低温时测定的混凝土拌合物含气量大于高温时测定的含气量，因此混凝土拌合物的含气量的大小也与搅拌时的环境温度有关。

试验研究表明：混凝土的含气量与混凝土的抗冻耐久性指标没有多大关系。这似乎出乎人们的传统理解。有些混凝土的拌合物的含气量虽然能够满足规范规定的要求，但是其抗冻指标却不能满足要求。这是为什么呢？

①混凝土拌合物含气量虽然合格，但是在施工时，由于振捣因素影响，混凝土拌合物中的含气量却减少了好多。另外由于天气、气温的因素，混凝土中的含气量并不是拌合物中的含气量。由于含气量的降低，硬化后的混凝土其气泡量大大减少，造成抗冻指标不合格。

②所使用的引气剂有可能是由于符合剂里掺有木钙。当造纸原料为松木时，其制浆液里含有松香皂，掺入混凝土搅拌时才能形成大量非常微小的气泡。达到改善混凝土抗冻的效果，其他原料制桨产生的废液里主要含有木质素磺酸盐，有一定的稳泡作用。因此能增大混凝土的含气量，但是因引入的气泡孔径大、数量少（显微镜下分析硬化混凝土的平均气泡间距系数过大），不能起到明显改善抗冻性的作用。

③《混凝土国际》杂志中有一篇《气泡都跑到哪里去了》，意思是说混凝土中掺了和以往相同剂量的引气剂，甚至超过了以前的剂量，但含气量仍达不到要求。原因是混凝土里掺入粉煤灰。当粉煤灰含碳量较大时，由于对引气剂的吸附作用，不仅在试验时发现混凝土拌合物的含气量明显偏少，而必须几倍甚至几十倍的增大引气剂的用量才能获得所需的含气量。而且即使这样，混凝土的稳定性也远远不如普通混凝土的稳定性大，因此当混凝土可能收到冻融破坏时，需要控制粉煤灰的掺量（主要是含碳量缴多的粉煤灰掺量）——覃维祖《引气作用对混凝土性能的影响》。

3 结语

混凝土拌合物的含气量的数值大小受着测量仪器的精度、原材料的品级、测量环境（气温、停留时间长短）及实验操作人员的业务水平等多种因素的影响，混凝土拌合物的含气量没有一个确定的数值。不同的人、不同的试验仪器测定的结果不同；就是同一个人、同一台试验仪器测定同一配合比的混凝土拌合物，在不同的时间测定的结果也不一样。因此说混凝土拌合物的含气量不是一个定值。过分追求准确的定值，不可能，也没必要，也没有一定的规律可循[3]。