混凝土含氣量對其性能影響文獻(xiàn)綜述

王靖夫

（重慶交通大學(xué)，重慶 400074）

含氣量作為影響混凝土性能之一的因素，但我國大多數(shù)工程項目對含氣量沒有引起足夠的重視，現(xiàn)結(jié)合國內(nèi)外人員對混凝土含氣量的影響進(jìn)行簡單闡述。

1 含氣量對混凝土強度方面的影響

隨著高性能混凝土在高層建筑、橋梁工程、港口海洋工程、高架結(jié)構(gòu)、大跨結(jié)構(gòu)、防護(hù)工程、地下工程等領(lǐng)域的廣泛應(yīng)用，要求高性能混凝土不但具有優(yōu)異的工作性能而且還應(yīng)有良好的強度和耐久性能，這對高性能混凝土提出了更高的要求。郭劍飛[1]通過建立細(xì)觀結(jié)構(gòu)—孔結(jié)構(gòu)與強度之間的相關(guān)模型聯(lián)系，說明了混凝土材料孔結(jié)構(gòu)的兩個主要方面：孔隙率與孔級配對混凝土強度的影響。姚曉[2]根據(jù)Powers[3-5]理論模型，通過引入相對水化程度及選定油井水泥石的本征強度參數(shù)，結(jié)合Balshin方程和Schiller方程，建立了低溫條件下油井水泥石孔結(jié)構(gòu)和抗壓強度的數(shù)學(xué)模型。吳中偉[6]認(rèn)為優(yōu)良的孔結(jié)構(gòu)，即低孔隙率、小的孔徑與適當(dāng)?shù)募壟?、圓形孔多等，是高強度和高耐久性的必要條件。張子明[7]研究了混凝土的宏觀強度特性，揭示了混凝土的強度主要取決于其孔隙率，水灰比決定了混凝土的孔隙率和強度。強度是混凝土的最重要的力學(xué)性質(zhì)，這是因為任何混凝土結(jié)構(gòu)物主要都是用以承受荷載和抵抗各種作用力。在一定情況下，在工程上還要求混凝土具有其他性能，如不透水性、抗凍性等，但是這些性質(zhì)與混凝土強度之間往往存在著密切的聯(lián)系[8]。

2 含氣量對混凝土和易性的影響

隨著混凝土含氣量的增加，混凝土拌合物的坍落度明顯提高，且1h坍落度損失下降；但含氣量過高時，混凝土拌合物的坍落度有所下降，且1h坍落度損失增加。一般來說，混凝土中膠凝材料體系的顆粒級配與最佳狀態(tài)有所差別[9]，而引氣劑引入的微小氣泡能改善膠凝材料體系顆粒級配，減少顆?？障吨械奶畛渌?；同時引入的氣泡能在水泥漿體中起到潤滑作用，提高混凝土流動性。但含氣量過高時，過量的微小氣泡會合并為大氣泡，使得上述作用削弱，且大氣泡更容易逃逸，進(jìn)而導(dǎo)致混凝土坍落度損失加大。隨著混凝土中微小氣泡的增多，混凝土中的部分自由水在與微孔之間的交互作用下，使得其失去了自由性，這樣總的可泌出自由水量降低。混凝土的坍落度也隨著含氣量的增加而增大，混凝土中微小氣泡的增加，如同粉煤灰中的微小玻璃微珠一樣，使混凝土中水泥等膠結(jié)材料與骨料之間的滑動摩擦系數(shù)降低，在其中起到了潤滑作用，因而是混凝土坍落度有所增加[10]。

3 含氣量對混凝土外觀質(zhì)量的影響

混凝土外觀質(zhì)量這一塊，國內(nèi)外還沒有一個明確的標(biāo)準(zhǔn)。王瑞興[11]等人運用計算機圖像紋理分析的原理，對混凝土外觀質(zhì)量采取半定量的評價方法，以Delphi7.0自行開發(fā)設(shè)計了混凝土外觀質(zhì)量測評系統(tǒng)。該系統(tǒng)通過獲取規(guī)范的混凝土外觀圖像，可以自動將圖像信息轉(zhuǎn)換為數(shù)據(jù)信息，并提供二值化與平均灰度偏差2種方法進(jìn)行測評，將混凝土外觀質(zhì)量的表面缺陷數(shù)據(jù)化、系統(tǒng)化并客觀地呈現(xiàn)出來；周輝，葉鐵鋒[12]根據(jù)工程實際和樣板段，研究其外觀質(zhì)量評價方法，將質(zhì)量評價指標(biāo)分為平順性指標(biāo)、缺陷性指標(biāo)和感官性指標(biāo)，并提出基于可量化指標(biāo)的外觀質(zhì)量評價方法，制定了11項量化指標(biāo)，通過現(xiàn)行方法及量化方法對試驗柱和樣板段的外觀質(zhì)量進(jìn)行對比分析，認(rèn)為量化方法評價客觀、合理，然后將該量化方法用于正式工程的清水混凝土外觀質(zhì)量評價；盧杰[13]通過介紹清水混凝土的產(chǎn)生和特點，詳細(xì)闡述了清水混凝土外觀質(zhì)量評價體系的建立和關(guān)于外觀質(zhì)量的具體評價方法，提出清水混凝土的外觀質(zhì)量的分級方法；張建雄[14]從清水混凝土外觀質(zhì)量要求出發(fā)， 提出了外觀質(zhì)量的評價構(gòu)架，借鑒圖像處理與分析技術(shù)和參考《混凝土結(jié)構(gòu)工程質(zhì)量驗收規(guī)范》，綜合考慮混凝土色澤的一致性、氣泡的大小和數(shù)量、表面平整度和外觀缺陷4個分項，提出了一套綜合評定清水混凝土外觀質(zhì)量的方法和體系；劉俊[15]指出混凝土的外觀質(zhì)量的影響因素主要是：原材料的質(zhì)量、配合比設(shè)計、模板安裝、混凝土振搗、養(yǎng)護(hù)與脫模，并提出了良好外觀混凝土的原材料和混凝土的具體指標(biāo)以及施工工藝的改進(jìn)方法。綜上可見借助于圖像分析軟件，對外觀質(zhì)量進(jìn)行評價是大家常用的手段之一。對此吳偉[16]通過圖像處理手段對影響表面氣泡的主要因素進(jìn)行了分析，對影響因素與表面氣泡進(jìn)行定量分析[17]?？刂埔龤鈩搅?、粉煤灰用量可以降低表面氣泡面積以及大于3mm嚴(yán)重影響外觀氣泡個數(shù)。增加振搗時間混凝土表面氣泡是先減少后增加，對于控制表面氣泡存在一個最佳振搗時間；朱洪波采用不同種類的氣孔調(diào)節(jié)材料配制出15種不同含氣量（體積分?jǐn)?shù)）的混凝土。研究了混凝土3，7，28d抗壓強度與含氣量之間的關(guān)系；采用圖像法研究了不同含氣量混凝土中孔徑大于200×103nm的宏觀孔孔隙率（體積分?jǐn)?shù)）；對比分析了混凝土宏觀孔孔隙率和含氣量對混凝土28d壓強度的影響規(guī)律。結(jié)果表明：混凝土28d抗壓強度與含氣量的線性關(guān)系較強，而混凝土3d和7d抗壓強度與含氣量的線性關(guān)系較弱；混凝土28d抗壓強度對宏觀孔孔隙率變化的敏感性顯著高于其對含氣量變化的敏感性，即混凝土中宏觀孔孔隙率變化對其28d抗壓強度影響更大；調(diào)整氣孔調(diào)節(jié)材料的品種，可使混凝土含氣量從1.5%提高到9.0%，而宏觀孔孔隙率只從0.81%增加到1.48%，其所占含氣量的比例從超過55%降低到16%左右，即可在有效調(diào)節(jié)混凝土含氣量的同時，控制其宏觀孔的數(shù)量。

4 含氣量對混凝土耐久性的影響

含氣量對混凝土耐久性的研究可謂是最多的。引氣技術(shù)在混凝土工程中應(yīng)用已有半個多世紀(jì)的歷史，美國從1937年就開始研究加氣混凝土和引氣劑，1938年獲得專利，并于1942年制定了引氣混凝土施工指南。我國標(biāo)準(zhǔn)也規(guī)定，對有抗凍要求的混凝土必須使用引氣劑。混凝土拌合物中加入適量的引氣劑后，產(chǎn)生大量微小綿密而且均勻穩(wěn)定分布的氣泡，對水結(jié)冰膨脹所造成的凍脹壓力和毛細(xì)孔水滲透壓有一定的緩沖或抵消作用，從而可以大幅度提高混凝土的抗凍性。但隨著含氣量的增加，混凝土密實程度降低，強度和抗氯離子滲透性會受到一定程度的影響。在混凝土中加入引氣劑能夠提高混凝土的抗凍性，同時，一些混凝土減水劑產(chǎn)品為了提高減水率，也在其中加入引氣劑，結(jié)果造成混凝土的含氣量明顯增加。含氣量或孔隙率的增加也會增加混凝土滲透性；但也有研究認(rèn)為，引氣劑與摻合料復(fù)合能夠發(fā)揮“疊加效應(yīng)”，在對強度影響不大的情況下提高抗凍性；還有研究認(rèn)為，在一定范圍內(nèi)的含氣量變化對混凝土的抗氯離子滲透性無影響。不僅外加劑會影響混凝土的含氣量，礦渣粉和粉煤灰作為工業(yè)生產(chǎn)中產(chǎn)生的大宗工業(yè)廢料，一直以來都作為礦物摻合料運用于各類混凝土生產(chǎn)中。謝天逸等人對不同摻量復(fù)摻的礦渣和粉煤灰對混凝土含氣量的影響進(jìn)行了研究，結(jié)果表明，在粉煤灰摻量≤30%、礦渣粉摻量≤20%時，隨著粉煤灰和礦渣粉摻量的提高，新拌模袋混凝土含氣量損失率與擴展度損失率降低，最優(yōu)摻量為30%粉煤灰與20%礦渣粉；摻合料摻量增加會降低混凝土早期強度，但是28d抗壓強度依舊滿足設(shè)計要求，并且隨礦渣粉摻量增加而提高，最優(yōu)摻量為10%粉煤灰與20%礦渣粉。綜合考慮含氣量損失率、擴展度損失率和力學(xué)性能時，最優(yōu)搭配為30%粉煤灰與20%礦渣粉。朱蓓榮等研究了摻加SJ-2引氣劑的引氣混凝土抗鹽凍性能，得到引氣混凝土含氣量越高，其抗鹽凍性能越好。雖然國內(nèi)外眾多學(xué)者在探討混凝土耐久性有關(guān)問題，且主要對混凝土孔結(jié)構(gòu)與性能方面、孔結(jié)構(gòu)與強度的關(guān)系研究較多，而對于孔結(jié)構(gòu)與耐久性的關(guān)系研究尚不充分，需要不斷的討論。大量實踐證明，含氣量是影響混凝土抗凍性的主要因素。