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含气量对混凝土的影响

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来源:
2017/02/07 09:33
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1  前言 
  混凝土是由水泥、集料、水和各种外加剂、掺合料按一定比例配合、拌制成的拌和物,经一定时间硬化而成的人造石才。混凝土可以分成两个组成部分,即粗集料与砂浆。粗集料粒径的大小对含气量几乎没有直接的影响,混凝土中的气泡主要分布于砂浆之中,并通过砂浆的性能进而影响混凝土的各种性能。 
  2  含气量对混凝土性能的影响 
  2.1  混凝土中空隙形成途径 
  混凝土在生产搅拌时会带入一些空气,加上减水剂、引气剂等混凝土外加剂的普及和应用,使得新拌混凝土中引入大量的微小气泡。这些气泡在混凝土搅拌和振实过程中会逸出一部分,而遗留在新拌混凝土里面的那部分就形成了硬化混凝土中的空隙。 
  2.2  含气量对混凝土和易性的影响 
  当混凝土中含有大量均匀分布、相互独立的类球形微小气泡时,它们在混凝土中能起到滚珠的作用,使混凝土拌和物的和易性得到一定的提高,直观表现为混凝土坍落度的变化。当配合比不变时,提高含气量使坍落度增大,在正常引气量下,坍落度可增加2~5cm。而这些增加的气泡使得混凝土的内聚力和均匀性都增加,气泡粘结着固体颗粒可以减小其下沉的趋势,同时也减小水的流动进而改善混凝土的离析和泌水[1]。 
  2.3  含气量对混凝土泌水率的影响 
  含气量对新拌混凝土的泌水率有显著影响。因为气泡主要由水分包裹形成,如果气泡能稳定存在,尺寸足够小、数量足够多,则有相当多量的水分被固定,可泌的水分大大减少,使泌水率显著降低。同时,气泡犹如一个塞子,可以阻断泌水通道,使自由水分不能泌出。即使不能完全阻断通道,也使通道有效面积显著降低,导致泌水量减少。含气量对泌水率的影响非常重要,当然必须使用优质引气剂,混凝土中的气泡才能稳定存在,而且气泡足够细小[2]。 
  2.4  含气量对混凝土力学性能的影响 
  混凝土作为建筑材料,其强度应首先满足设计规范的规定。混凝土中含气量增大,使水泥浆体的孔隙率增加,因此使抗压强度降低。混凝土抗压强度的降低不仅与增加的含气量有关,也与引人空气泡的孔结构有关;平均孔径越小,强度的降低率越小。因此即使相同的含气量,不同质量的引气剂引起的强度降低也不同。含气量对抗压强度的影响可用“拇指规则”说明,即增加1%的含气量强度损失5%[3]。 
  含气量虽然降低混凝土的抗压强度,但对抗折强度的影响较小,有时甚至能提高抗折强度。这主要是由于引气能减少混凝土在硬化过程和环境作用下形成的内部微细裂纹,这些微细裂纹对抗压强度影响不大,但却较敏感地降低抗折强度。 
  2.5  含气量对混凝土抗渗性能的影响 
  适当的含气量可提高混凝土的抗渗性,因为空气泡起了阻断水的渗透的作用。但是如果含气量过大,反而会导致混凝土抗渗性能的下降。有研究表明[4],当混凝土含气量达到6%~8%时,混凝土抗渗性能出现急剧下降。这主要是因为引入过多的气孔,难以完全封闭,它们相互之间会形成连通孔隙。 
  2.6  含气量对混凝土耐久性的影响 
  众所周知,适当提升混凝土含气量的最主要用途是它能大大提高混凝土的抗冻融耐久性和抗盐冻剥蚀性能。对提高抗冻性,也有一个适合的含气量问题。含气量超过一定值,抗冻性提高不大或有下降趋势。这是因为如含气量过大,有一部分空气泡聚集在水泥浆与集料的界面,这不仅对强度不利,对抗冻性也不利。因此,一般含气量不宜超过7%。 
  3  含气量的影响因素 
  由于含气量对混凝土的各项性能都具有重要的影响,因此在工程施工过程中应引起足够的重视。而实际生产过程中,含气量的影响因素又是多方面的。 
  3.1  水泥对含气量的影响 
  中热硅酸盐水泥中含气量相对于普通硅酸盐水泥而言较低,其主要原因是中热硅酸盐水泥钙矾石生成速率相对较慢,浆体粘度增加缓慢,影响到了气泡的稳定性而导致含气量较低。水泥的细度与含气量成反比关系。此外,水泥的碱含量大则含气量小,因为碱减小水泥浆体液相中钙离子的溶解度,使气泡周围的保护水膜变薄,气泡稳定性较差。 
  3.2  粉煤灰对含气量的影响 
  粉煤灰对含气量的影响十分复杂,一方面由于粉煤灰本身的特性,影响到含气量的大小,另一方面由于粉煤灰中含碳量等物质对引气剂存在一定的吸附作用,因此影响到引气剂所引入的气泡的稳定性[5]。由于粉煤灰的比表面积大于普通硅酸盐水泥,并且粉煤灰是由大部分直径以μm计的实心和中空玻璃微珠以及少量的莫来石、石英等结晶物质所组成,因此其可以降低孔隙率,改善了混凝土的和易性,提高了混凝土的密实性,故含气量有所降低。 
  3.3  水灰比对含气量的影响 
  水灰比是混凝土配合比中影响气泡体系的一个重要参数。拌合物的用水量是此时影响含气量变化的一个主要因素,由于拌合物的用水量的不同,引起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,混凝土呈现干硬性或者低塑性,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,混凝土的和易性较好,气泡较易形成因此含气量相对较大。有相关文献报道[6],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。 
  3.4  集料对含气量的影响 
  砂的细度模数增大,含气量减小。砂率的增加会带来的含气量的增加。但粗集料的增加使得混凝土中的浆体量相对减少,而气泡主要存在于浆体中,从而导致含气量有所降低。碎石比砾石引气较少。 
  3.5  混凝土搅拌时间和工艺对含气量的影响 
  混凝土搅拌越强烈,含气量越大。延长搅拌时间,含气量增大,但如果搅拌时间过长,含气量反而下降。相关试验表明[7]: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,当搅拌速度超过1.6m/s时含气量会随着搅拌的加快而下降,含气量变化量在1.0%~2.3%之间;采用二次搅拌工艺,含气量随着搅拌速度的增加基本呈下降趋势,搅拌速度超过1.6m/s时,含气量会随着搅拌的加快而上升,含气量变化量在1.1%~1.75%之间。 
  4  结论 
  综上所述,含气量显著影响着混凝土的和易性、泌水率、强度、耐久性等性能,工程技术人员应掌握其影响规律,施工过程中根据实际情况合理选择含气量的控制范围。 
  混凝土含气量的影响因素诸多,含气量在混凝土硬化前是一个动态数值。因此,在生产实践中应重视和监控好含气量这个指标,考虑含气量的损失和溢增情况,合理选用引气剂的品种以及控制好掺量。

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