劉家海， 于定勇， 李中會

(1.中國海洋大學(xué)，山東 青島 266100； 2.濟(jì)南軌道交通集團(tuán)有限公司，山東 濟(jì)南 250101)

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海工高性能混凝土含氣量經(jīng)時(shí)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(xué)，山東 青島 266100； 2.濟(jì)南軌道交通集團(tuán)有限公司，山東 濟(jì)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(shí)變化，分析了運(yùn)距、泵送方式及振搗時(shí)間對混凝土含氣量的影響，結(jié)果表明：含氣量在運(yùn)輸過程中，隨著運(yùn)輸時(shí)長不斷增大，含氣量的變化與運(yùn)距或運(yùn)輸時(shí)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(shí)間對含氣量的影響顯著，振動(dòng)時(shí)間越長，含氣量損失越大。

含氣量；經(jīng)時(shí)變化規(guī)律；海工高性能混凝土；泵送方式；振搗時(shí)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(shí)變化規(guī)律[J]. 中國海洋大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)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(xì)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(shí)，含氣量損失率基本上隨著高頻振搗時(shí)間的延長而增大；高頻振搗時(shí)間相同時(shí)，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(jìn)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(jì)大學(xué)楊錢榮教授[5-6]對外加劑和含氣量的關(guān)系進(jìn)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(dá)到混凝土的含氣量要求，需要根據(jù)原材料、配合比、運(yùn)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(shí)調(diào)整引氣劑的摻量或者工作參數(shù)，達(dá)到預(yù)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(yàn)室內(nèi)的試驗(yàn)，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(shí)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(yàn)方案

本試驗(yàn)觀測選擇了青島及周邊地區(qū)的3個(gè)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(yàn)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(yīng)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(shè)備的影響，試驗(yàn)前對兩臺含氣量測試儀進(jìn)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(xì)骨料S：中砂，細(xì)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(gè)級配，粗石子(10～20mm)G1和細(xì)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(biāo)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(shè)計(jì)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(qiáng)度C50、坍落度(21～23cm)和擴(kuò)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(yīng)的測試時(shí)間，組成相應(yīng)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(jì)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(dòng)器棒振動(dòng)混凝土，記錄振動(dòng)時(shí)間，測試振動(dòng)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(shè)計(jì)配合比

表2　運(yùn)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(shí)間/minTime氣溫/℃Temperature含氣量/%Aircontent泵送前Beforepumping時(shí)間/minTime氣溫/℃Temperature含氣量/%Aircontent時(shí)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(shí)間①/min氣溫②/℃含氣量③/%泵送后Afterpumping時(shí)間①/min氣溫②/℃含氣量③/%泵送前Beforepumping時(shí)間①/min氣溫②/℃含氣量③/%泵送后Afterpumping時(shí)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(yùn)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(yùn)輸時(shí)間的變化規(guī)律如圖1所示?？梢钥闯龊瑲饬康淖兓c運(yùn)距或運(yùn)輸時(shí)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(shí)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(shí)間的延長而降低的研究相矛盾，這是因?yàn)槔钤鲕姷仁窃谠囼?yàn)室內(nèi)進(jìn)行的測試研究，測試的是混凝土靜置時(shí)長的含氣量變化，未考慮運(yùn)輸中的罐車攪拌和運(yùn)輸途中的顛簸晃動(dòng)影響。

從表2中還可以看出，運(yùn)輸時(shí)間約30min，拌合后和泵送前的含氣量相比能提高近70%～80%。運(yùn)輸時(shí)間50min，含氣量增加一倍以上。這是因?yàn)檫\(yùn)距的增加，運(yùn)輸時(shí)間的延長，罐車的不斷攪動(dòng)，外加劑作用時(shí)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(yàn)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(dá)20%。這是因?yàn)榛炷猎诒盟凸軆?nèi)輸送時(shí)，會形成幾個(gè)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(shí)，泵送管管壁的摩擦作用也會消耗掉一定的氣泡，導(dǎo)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(yàn)數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)分析，得到正態(tài)分布均值0.67，方差0.21。從統(tǒng)計(jì)學(xué)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(yùn)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(yàn)的25組試驗(yàn)數(shù)據(jù)，按振搗時(shí)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(dòng)時(shí)間越長，含氣量損失越大?，F(xiàn)場使用振動(dòng)器棒振搗10s后，含氣量降低50%左右。振搗時(shí)間超過20s后，混凝土含氣量降低80%以上。振搗40s時(shí)，含氣量接近為零，因此對于有抗凍要求的混凝土，一定要嚴(yán)格控制振搗時(shí)間，不能過振。

從振動(dòng)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(shí)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(shí)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(yùn)輸過程中，并沒有減少，而是不斷的增加。含氣量的變化與運(yùn)距或運(yùn)輸時(shí)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(dòng)時(shí)間越長，含氣量損失越大。現(xiàn)場使用振動(dòng)器棒振搗10s后，含氣量降低50%左右。振搗時(shí)間超過20s后，混凝土含氣量降低80%以上。振搗40s時(shí),含氣量接近為零。

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責(zé)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(shè)廳科技項(xiàng)目(2014QG009);山東省交通運(yùn)輸廳科技項(xiàng)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)