海工高性能混凝土含氣量經(jīng)時變化規(guī)律*

劉家海， 于定勇， 李中會

(1.中國海洋大學，山東 青島 266100； 2.濟南軌道交通集團有限公司，山東 濟南 250101)

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海工高性能混凝土含氣量經(jīng)時變化規(guī)律*

劉家海1,2， 于定勇1**， 李中會2

(1.中國海洋大學，山東 青島 266100； 2.濟南軌道交通集團有限公司，山東 濟南 250101)

本文以施工海工高性能混凝土含氣量測試結(jié)果為基礎(chǔ)，針對海工高性能混凝土含氣量的經(jīng)時變化，分析了運距、泵送方式及振搗時間對混凝土含氣量的影響，結(jié)果表明：含氣量在運輸過程中，隨著運輸時長不斷增大，含氣量的變化與運距或運輸時間基本呈線性關(guān)系；泵送降低了混凝土的含氣量，含氣量的變化量，服從正態(tài)分布；振搗時間對含氣量的影響顯著，振動時間越長，含氣量損失越大。

含氣量；經(jīng)時變化規(guī)律；海工高性能混凝土；泵送方式；振搗時間

引用格式：劉家海， 于定勇， 李中會. 海工高性能混凝土含氣量經(jīng)時變化規(guī)律[J]. 中國海洋大學學報(自然科學版), 2016, 46(8): 104-109.

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

微小氣泡是提高混凝土抗凍性能的有效方法，而含氣量就是混凝土中微小氣泡的集合，有效地控制混凝土中的含氣量對保證混凝土結(jié)構(gòu)的抗凍性具有重要意義。1994年WillamElkey[1]最先研究泵送對混凝土含氣量的影響，發(fā)現(xiàn)泵送對混凝土含氣量的影響主要取決于混凝土中的有效含氣量和混凝土拌合物性質(zhì)，木素減水劑能降低含氣量的穩(wěn)定性，F(xiàn)型粉煤灰能增加含氣量的穩(wěn)定性。2003年美國新澤西交通部門[2]細致研究了泵送對混凝土含氣量的影響，發(fā)現(xiàn)泵送前后含氣量具有良好的線性關(guān)系，平均含氣量損失在0.65。劉艷霞[3]采用4種水利水電工程常用的引氣劑，配制不同水膠比的二級配混凝土，檢測高頻振搗對混凝土含氣量和抗凍性的影響，水膠比相同時，含氣量損失率基本上隨著高頻振搗時間的延長而增大；高頻振搗時間相同時，含氣量損失率隨著水膠比的增大而增大。王衛(wèi)中[4]對攪拌速度的影響進行了研究，采用傳統(tǒng)攪拌工藝，新拌混凝土的含氣量隨著攪拌速度的增加而增加，采用二次攪拌工藝，含氣量隨著攪拌速度的增加基本上呈下降趨勢。同濟大學楊錢榮教授[5-6]對外加劑和含氣量的關(guān)系進行了研究，摻不同引氣劑的新拌混凝土含氣量與硬化混凝土含氣量之間沒有相關(guān)性。

目前，在水泥混凝土工程施工過程中，為達到混凝土的含氣量要求，需要根據(jù)原材料、配合比、運距和振搗的變化，外加劑的不同，分析混凝土含氣量的變化規(guī)律，確定含氣量損失量，從而及時調(diào)整引氣劑的摻量或者工作參數(shù)，達到預期的含氣量數(shù)值。國內(nèi)外對混凝土含氣量的研究大都關(guān)注單一因素，而且多集中在試驗室內(nèi)的試驗，對施工現(xiàn)場的含氣量影響因素變化的研究幾乎為零，對含氣量的經(jīng)時變化規(guī)律，更缺少系統(tǒng)的研究。

本文基于此，在工程現(xiàn)場，測試了C50海工高性能混凝土的含氣量數(shù)值，以期發(fā)現(xiàn)其變化規(guī)律，為施工控制含氣量提供借鑒和參考。

1　試驗方案

本試驗觀測選擇了青島及周邊地區(qū)的3個拌合站(編號A、B、C)，測試在拌合站、泵送前、泵送后及振搗后的C50海工高性能混凝土含氣量數(shù)值，共得到97組對比試驗數(shù)據(jù)?；炷潦┕がF(xiàn)場使用48m三一混凝土泵車泵送。

含氣量測試應用兩臺型號為LG-615B的日本三洋含氣量測試儀，為消除儀器設備的影響，試驗前對兩臺含氣量測試儀進行了比對校正。

2　混凝土配合比

2.1 原材料

(1)水泥C，52.5(R)普通硅酸鹽水泥。

(2)細骨料S：中砂，細度模數(shù)為2.6～3.0，含水率為0.8%，含泥量為0.1%～1.5%。

(3)粗骨料G：碎石，2個級配，粗石子(10～20mm)G1和細石子(5～10mm)G2堆積密度大于1.45g/cm3，含泥量小于0.5%。

(4)粉煤灰F：國標GB/T1596—2005中的I級。

(5)礦粉K：符合GB/T18046—2008中S95的要求。

(6)聚羧酸減水劑：華偉NOF—AS，液體，含固量為40%；巴斯夫Rheoplus326，液體，含固量為20%。

2.2 配合比

配合比為施工設計配合比，如表1所示，水膠比為0.3～0.32，拌合物滿足混凝土強度C50、坍落度(21～23cm)和擴展度(48～50cm)的要求。

3　數(shù)據(jù)分析及結(jié)果

在混凝土拌合站內(nèi)，測試罐車內(nèi)混凝土的含氣量，在現(xiàn)場泵車泵口測試泵送前的混凝土含氣量，記錄相應的測試時間，組成相應的含氣量測試數(shù)對，形成表2中的混凝土含氣量數(shù)對27組。

在泵車泵口測試泵送前的混凝土含氣量，在泵車甭管口測試泵送后含氣量，組成含氣量測試數(shù)對，表3中泵送前后含氣量測試數(shù)對45組，并計算泵送前后含氣量變化值。

取樣泵后混凝土，使用工地現(xiàn)場頻率200Hz，振幅1.35mm的振動器棒振動混凝土，記錄振動時間，測試振動后混凝土含氣量，形成混凝土含氣量結(jié)果表4。

表1　施工設計配合比

表2　運距對含氣量的變化對比測試結(jié)果匯總表

續(xù)表2

拌合站Mixingplant時間/minTime氣溫/℃Temperature含氣量/%Aircontent泵送前Beforepumping時間/minTime氣溫/℃Temperature含氣量/%Aircontent時間差/minTime含氣量差/%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　泵送對含氣量的影響測試結(jié)果匯總表

Note:①Time；②Temperature；③Aircontent

續(xù)表3

泵送前Beforepumping時間①/min氣溫②/℃含氣量③/%泵送后Afterpumping時間①/min氣溫②/℃含氣量③/%泵送前Beforepumping時間①/min氣溫②/℃含氣量③/%泵送后Afterpumping時間①/min氣溫②/℃含氣量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　振搗對混凝土含氣量的影響

3.1 運距對含氣量的影響

根據(jù)表2中結(jié)果，繪制含氣量變化隨運輸時間的變化規(guī)律如圖1所示。可以看出含氣量的變化與運距或運輸時間基本呈線性關(guān)系，線性方程y=0.0803t-0.569，其回歸系數(shù)0.91。含氣量隨著攪拌車攪拌時間的延長，含氣量在不斷的增加，與李增軍[7]等人關(guān)于含氣量隨時間的延長而降低的研究相矛盾，這是因為李增軍等是在試驗室內(nèi)進行的測試研究，測試的是混凝土靜置時長的含氣量變化，未考慮運輸中的罐車攪拌和運輸途中的顛簸晃動影響。

從表2中還可以看出，運輸時間約30min，拌合后和泵送前的含氣量相比能提高近70%～80%。運輸時間50min，含氣量增加一倍以上。這是因為運距的增加，運輸時間的延長，罐車的不斷攪動，外加劑作用時間的延長，使得混凝土含氣量不斷增大。

3.2 泵送對含氣量的影響

從表3中45組試驗數(shù)據(jù)可以看出，泵送使得混凝土含氣量降低，平均降低10%，最大降低達20%。這是因為混凝土在泵送管內(nèi)輸送時，會形成幾個兆帕的真空壓力，氣泡在壓力作用下，管壁碰撞，發(fā)生破碎，含氣量降低。同時，泵送管管壁的摩擦作用也會消耗掉一定的氣泡，導致含氣量的降低。

將泵送前含氣量減去泵送后含氣量得到含氣量的變化值，把最大的變化值放到中間，數(shù)據(jù)從大到小兩邊交叉排列，得到圖2所示的泵送對含氣量的影響圖。從圖中可以看出，含氣量變化量服從正態(tài)分布，對試驗數(shù)據(jù)統(tǒng)計分析，得到正態(tài)分布均值0.67，方差0.21。從統(tǒng)計學分析，泵送對含氣量的影響變化范圍0.22～1.12之間的概率為70%，泵送對含氣量的影響變化范圍0～1.57之間的概率為95%，也就是說，泵送對含氣量變化的影響最大不過1.57。

圖1　含氣量隨運距增加變化圖

圖2　泵送對含氣量的影響圖

3.3 振搗對含氣量的影響

將表4中振搗試驗的25組試驗數(shù)據(jù)，按振搗時長與含氣量變化值繪成圖3。從圖中可以看出，現(xiàn)場振搗對含氣量的影響很顯著，振動時間越長，含氣量損失越大?，F(xiàn)場使用振動器棒振搗10s后，含氣量降低50%左右。振搗時間超過20s后，混凝土含氣量降低80%以上。振搗40s時，含氣量接近為零，因此對于有抗凍要求的混凝土，一定要嚴格控制振搗時間，不能過振。

從振動對混凝土含氣量的影響表4最后一列可以看出，混凝土含氣量損失率隨著振搗時間的增加而增加。這與李文偉[9]、陳建奎[10]等人關(guān)于振搗時間及方式對混凝土含氣量及抗凍性影響的規(guī)律基本一致。

圖3　振搗對混凝土含氣量的影響

4　結(jié)論

(1)對山東地區(qū)常用的海工高性能混凝土，含氣量在罐車的運輸過程中，并沒有減少，而是不斷的增加。含氣量的變化與運距或運輸時間基本呈線性關(guān)系，回歸系數(shù)0.91。

(2)泵送使得混凝土含氣量降低，平均降低10%，最大降低20%。泵送前后混凝土的含氣量變化量服從正態(tài)分布，正態(tài)分布均值0.67，方差0.21。

(3)現(xiàn)場振搗對含氣量的影響很顯著，振動時間越長，含氣量損失越大?，F(xiàn)場使用振動器棒振搗10s后，含氣量降低50%左右。振搗時間超過20s后，混凝土含氣量降低80%以上。振搗40s時,含氣量接近為零。

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

[2]TennesseeDepartmentofTransportation.EvaluationOfTheChangesInAirContentInConcreteDueToPumping[D].Tennessee:TennesseeDepartmentofTransportation, 2003.

[3]劉艷霞, 陳改新, 魯一暉. 高頻振搗對混凝土含氣量和抗凍性的影響[J]. 建筑材料學報, 2009, 12(1): 76-79.

LiuYanxia,ChenGaixin,LuYihui.Effectofhigh-frequencyvibrationonconcreteaircontentandfreeze-thawdisabilities[J].JournalofBuildingMaterials, 2009, 12(1): 76-79.

[4]王衛(wèi)中, 馮忠緒. 攪拌速度對新拌混凝土含氣量的影響分析[J]. 混凝土, 2007(8): 83-88.

WangWeizhong,FengZhongwei.Influenceofmixingspeedonfreshconcreteaircontent[J].Concrete, 2007(8): 83-88.

[5]楊錢榮, 郭保林, 楊全兵. 引氣混凝土在青島海灣大橋工程預應力橋梁中的應用研究[J]. 公路, 2009(9): 145-150.

YangQianrong,GuoBaolin,YangQuanbing.Researchandapplicationofair-entrainedconcretetoprestressedboxgirderofQingdaoBaybridge[J].Highway, 2009(9): 145-150.

[6]楊錢榮, 張樹青, 楊全兵, 等. 引氣劑對混凝土氣泡特征參數(shù)的影響[J]. 同濟大學學報(自然科學版), 2008(3): 374-378.

YangQianrong,ZhangShuqing,YangQuanbing.Effectsofair-entrainingagentonairvoidparametersofconcrete[J].JournalofTongjiUniversity(NaturalScience), 2008(3): 374-378.

[7]李增軍, 李青, 苗愛英, 等. 遠距離運輸泵送混凝土抗凍性的保證措施試驗[J]. 水運工程, 2009, 436(12): 113-115.

LiZengjun,LiQing,MiaoAiying.Experimentofmeasuresforassuringfrostresistanceoflong-distancepumpingconcrete[J].Port&WaterwayEngineering, 2009, 436(12): 113-115.

[8]李文偉, 陳文耀, 劉文彥, 等. 混凝土芯樣抗凍性試驗研究[C]. 成都: 中國土木工程學會2006混凝土工程耐久性研究和應用研討會, 2006.

LiWenwei,ChenWenyao,LiuWenyan.TheSstudyontheConcrete’sFrostResistanceoftheConcreteCore[C].Chengdu:ChinaCivilEngineeringSociety2006SymposiumonDurabilityResearchandApplicationofConcreteEngineering, 2006.

[9]陳建奎. 混凝土外加劑的原理與應用[M]. 北京: 中國計劃出版社, 1997.

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

責任編輯徐環(huán)

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

山東省住房與城鄉(xiāng)建設廳科技項目(2014QG009);山東省交通運輸廳科技項目(2013A02-05)資助

2015-04-08；

2015-05-04

劉家海(1979-)，男，博士生，高級工程師。E-mail：liujiahai@yeah.net

**通訊作者：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)