侯景鵬，李自舜，史　巍，王　權

(東北電力大學建筑工程學院，吉林　132012)

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引氣C40自密實混凝土性能試驗研究

侯景鵬，李自舜，史巍，王權

(東北電力大學建筑工程學院，吉林132012)

采用固定砂石配比設計方法配制C40自密實混凝土，研究不同聚羧酸引氣減水劑摻量下自密實混凝土含氣量、工作性能、不同齡期抗壓強度、及抗凍融循環(huán)性能。結果表明，聚羧酸引氣減水劑質量摻量為膠凝材料總量0.5%時，新拌C40自密實混凝土含氣量為4.3%，工作性能達到二級自密實混凝土要求的標準，28 d抗壓強度56.8 MPa，200次凍融循環(huán)后相對動彈性模量降為72.5%。相比0.4%、0.55%、0.65%引氣減水劑摻量，0.5%摻量下28 d抗壓強度降低較少，抗凍融循環(huán)性能最好。研究結果為摻加聚羧酸引氣減水劑自密實混凝土的應用和推廣提供依據和參考。

引氣減水劑; 自密實混凝土; 含氣量; 抗壓強度; 抗凍性

1　引　言

1988年，日本東京大學Okamura教授最早開發(fā)出“不振搗的高耐久性混凝土”，即自密實混凝土。無需振搗，僅依靠自重就能穿過密集鋼筋均勻密實成型，以其良好的工作性和廣泛的適用性用于各類工程[1]。在自密實混凝土中引入適量空氣，可有效改善自密實混凝土耐久性能，尤其是抗凍性顯著增強，對于惡劣環(huán)境下混凝土建筑物有不可估量的好處。

在自密實混凝土中引入空氣依賴引氣劑實現，在拌合物中加入適量引氣劑，混凝土硬化后內部會形成大量均勻分布的微氣泡。依據美國學者鮑爾斯提出的滲透壓假說，凍融時內部流體壓力會明顯減小，因為水分可以流入引氣劑在混凝土內部形成的氣泡中[2]。

國內外學者在這方面進行很多研究。JGJ55-2011規(guī)定不同環(huán)境下有抗凍要求的引氣混凝土的最小含氣量為混凝土總體積的4.5%～6%之間，最大含氣量不宜超過7%[3]；黃維蓉、楊德斌等通過試驗研究了不同含氣量混凝土的抗凍性能及抗氯離子滲透性能，建議高寒地區(qū)C50混凝土含氣量宜控制在5%～7%[4]。楊錢榮、黃士元等發(fā)現在同水膠比條件下，硬化混凝土中含氣量每增加1%，抗壓強度降低3%～5%[5]。王慶石等認為新拌混凝土含氣量約為3.8%～5.6%時，混凝土抗凍性較好[6]。

在混凝土中加入引氣劑需對引氣劑和減水劑做相容性試驗，較麻煩。聚羧酸引氣減水劑兼具引氣和減水效果，使用方便。試驗選用聚羧酸引氣減水劑，研究C40自密實混凝土不同引氣減水劑摻量下對混凝土含氣量、工作性能、力學性能、及抗凍性能的影響。

2　C40自密實混凝土配合比設計

2.1配合比設計方法

固定砂石配比設計方法參數意義明確，設計過程簡單，穩(wěn)定性好。但固定砂石法無法預估混凝土內部初始含氣量，需進行改進，過程是：首先計算適配強度，確定單位體積混凝土粗骨料用量；然后預估混凝土體積含氣量，按照經驗確定為1.5%；接著確定砂漿體積、砂體積及質量，并得到漿體體積；最后確定粉煤灰、水泥用量、及水膠比；減水劑用量按照產品說明書及經驗確定。

2.2原材料及配合比

自密實混凝土設計強度等級為C40，工作性能等級為二級。江砂，表觀密度2650 kg/m3，細度模數2.6，屬二區(qū)中砂；吉林亞泰龍?zhí)端嘤邢薰旧a的P·O 42．5級水泥；吉林市市政采石場生產的5～20 mm連續(xù)級配碎石；吉林市某電廠生產的粉煤灰，密度為2300 kg/m3；減水劑采用吉林市宏恩化工公司生產的聚羧酸系引氣減水劑，固含量40%以上，減水率30%～40%；普通自來水。配合比見表1。

表1　C40自密實混凝土配合比

保持水膠比不變，改變引氣減水劑摻量，分別為膠凝材料總質量的0.4%，0.5%，0.55%，0.65%。

3　含氣量及工作性能

3.1含氣量測定

聚羧酸引氣減水劑對C40自密實混凝土性能的影響主要在于引入的氣體含量。

采用CJ-3型含氣量測定儀測定新拌混凝土含氣量,見圖1。將新拌自密實混凝土拌合物均勻裝入量缽內，無需振搗即可自密實，用抹刀抹平，使表面無氣泡；蓋上缽蓋，打開排氣閥，用注水器從進水閥處加水直到排氣閥出水口有水均勻流出為止；關閉進水閥和排氣閥，用手泵打氣加壓，并用微調閥調整，使表壓準確到1.0 MPa；再按下壓力閥2～3次，讀表數值即為體積含氣量，不同引氣減水劑摻量的新拌自密實混凝土含氣量如表2。

表2　新拌自密實混凝土含氣量

圖1　混凝土含氣量測定儀Fig.1　Instrument for measuring concrete air content

圖2　自密實混凝土工作性能測試圖片(a)坍落度;(b)坍落擴展度Fig.2　Photos of testing workability of self compacting concrete

3.2工作性能

傳統坍落度法不足以全面反映自密實混凝土工作性能，采用坍落度、坍落擴展直徑及T50時間衡量自密實混凝土工作性能。坍落擴展直徑即提起坍落度筒后混凝土停止流動后坍落擴展的直徑，用來檢查流動性及抗離析性；T50時間是從坍落度筒中流出攤平為50 cm直徑的范圍的流動時間，主要反映混凝土拌合物的粘聚性。

不同引氣減水劑摻量新拌自密實混凝土工作性能如表3，試驗圖片見圖2：

表3　新拌自密實混凝土工作性能

不同引氣減水劑摻量下自密實混凝土工作性能均符合性能等級標準，從表3看，隨引氣減水劑摻量增大，自密實混凝土含氣量增加，坍落擴展度增大，T50時間縮短，流動性明顯提高。引氣減水劑摻量為0.65%時，拌合物稍有泌水、離析現象。綜合評定，0.5%、0.55%兩組引氣減水劑摻量下自密實混凝土工作性能良好，達到二級自密實混凝土標準。建議聚羧酸引氣減水劑摻量不宜超過0.55%。

4　自密實混凝土抗壓強度

圖3　不同含氣量不同齡期混凝土抗壓強度Fig.3　Compressive strength of concrete with different air content at different age

聚羧酸引氣減水劑摻量不同，拌合物含氣量不同，硬化后內部形成的孔隙數量有差異，是影響混凝土力學性能的重要因素。

測試0.4%、0.5%、0.55%、0.65%四種引氣減水劑摻量下混凝土3 d、7 d、14 d、28 d齡期的抗壓強度。邊長150 mm的立方體試件，每組3個試件取平均值。含氣量對不同齡期自密實混凝土抗壓強度的影響見圖3。

四種不同含氣量下，混凝土抗壓強度發(fā)展趨勢不同，隨齡期增長，含氣量對抗壓強度的影響逐漸加大。以3 d和28 d齡期抗壓強度為例，當含氣量從2.4%增加至4.3%、5.5%、7.8%時，混凝土3 d抗壓強度下降1.2%、4.1%、7.8%，28 d抗壓強度下降4.6%、10.9%、17.9%。說明含氣量對C40自密實混凝土早期強度影響較小、對后期強度影響大。

用最小二乘原理擬合回歸，得到C40自密實混凝土28 d抗壓強度與拌合物含氣量之間關系：

fcu=-0.0361a2-1.6665a+63.973

(1)

其中：相關系數R2=0.9867，fcu為混凝土28 d抗壓強度，a為新拌混凝土含氣量。

5　自密實混凝土抗凍性能

將四種不同引氣減水劑摻量的C40自密實混凝土制成100 mm×100 mm×400 mm試件，每組3個，放入水中養(yǎng)護至28 d后，按照《普通混凝土長期性能和耐久性能試驗方法》，進行快速凍融試驗。每次凍融循環(huán)時間為4 h，融化時間不少于1 h。每隔25次凍融循環(huán)測量試件質量及橫向基頻，由橫向基頻計算相對動彈性模量。當試件質量損失率達5%或者相對動彈性模量下降到60%以下時，停止試驗。各組試件質量損失率較小，均未達到1.7%；相對動彈性模量隨凍融循環(huán)次數變化值見表4、關系曲線見圖4。

表3　相對動彈性模量隨凍融次數變化

圖4　不同含氣量混凝土相對動彈性模量隨凍融循環(huán)次數變化Fig.4　Dynamic elastic modulus versus freeze-thaw cycles for different air content

含氣量為2.4%的混凝土抗凍性最差，凍融循環(huán)175次后相對動彈性模量降低至59.2%。其余3種含氣量的混凝土均能經受200次凍融循環(huán)，但抗凍效果有區(qū)別。含氣量為4.3%時，混凝土抗凍性最好，200次凍融循環(huán)后相對動彈性模量為72.5%；當含氣量增加到5.5%和7.8%時，200次凍融循環(huán)后相對動彈性模量分別為65.6%和60.6%。說明隨含氣量增加，C40引氣自密實混凝土抗凍性呈現先增強再變弱的趨勢。

這是由于加入適量引氣劑時混凝土內部形成均勻分布微氣泡，凍融時內部流體壓力減小，提高了抗凍性；當含氣量過高時，內部孔隙相互聯通，容易在混凝土內部形成裂縫，反而使抗凍能力減弱[7]。因此，當C40自密實混凝土有抗凍性要求時，推薦拌合物最佳含氣量為4.3%～5.5%之間，相應聚羧酸引氣減水劑摻量為0.5%～0.55%。

6　結　論

(1)采用固定砂石配比設計方法，摻加聚羧酸引氣減水劑，配制C40自密實混凝土，測試坍落度、坍落擴展度、T50時間等工作性能參數，工作性能良好，達到二級自密實混凝土要求的標準;

(2)采用含氣量測定儀測試不同聚羧酸引氣減水劑摻量的自密實混凝土拌合物的含氣量，并測試不同齡期混凝土抗壓強度。結果表明，含氣量的變化對早期強度影響較小，主要影響混凝土后期強度；當含氣量從2.4%增加至4.3%、5.5%、7.8%時，混凝土28 d抗壓強度下降4.6%、10.9%、17.9%;

(3)進行不同含氣量C40自密實混凝土的快速凍融循環(huán)試驗。隨著含氣量增加，C40自密實混凝土抗凍性呈現先增強再變弱的趨勢。含氣量為4.3%時，抗凍性最好，200次凍融循環(huán)后相對動彈性模量為72.5%。

[1]李書進，錢紅萍，徐錚澄.纖維自密實混凝土早期收縮及阻裂特性研究[J].硅酸鹽通報，2014，33(12)：3140-3144.

[2]胡江.不同摻合料及含氣量對寒區(qū)混凝土耐久性的影響研究[D].重慶:重慶大學學位論文，2009.

[3]中國建筑科學研究院，JGJ55-2011.普通混凝土配合比設計規(guī)范[S].北京：中國建筑工業(yè)出版社，2011.

[4]黃維蓉，楊德斌，周建廷.摻合料及引氣劑對混凝土性能的影響研究[J].混凝土，2010,(9)：80-82.

[5]楊錢榮，黃士元.引氣混凝土的特性研究[J].混凝土，2008,(5)：3-7.

[6]王慶石，王起才，張凱，等.不同含氣量混凝土的孔結構及抗凍性分析[J].硅酸鹽通報，2015，34(01)：30-35.

[7]周世華，楊華全，董維佳，等.引氣劑對混凝土性能的影響研究[J].混凝土，2008，11：56-57+76.

Properties of Air-entraining C40 Self-compacting Concrete

HOU Jing-peng,LI Zi-shun,SHI Wei,WANG Quan

(School of Civil Engineering,Northeast Dianli University,Jilin 132012,China)

The C40 self compacting concrete was prepared by fixed sand-stone method.The air content,workability,compressive strength at different ages,and frost resistance of the self-compacting concrete were studied with different content of air-leading water-reducing agent.Results show that when the air-leading water-reducing agent content is 0.5% of binder material,the air content of fresh concrete is 4.3% ,and the workability meets level 2 standard of self compacting concrete,and the 28 d compressive strength reaches 56.8 MPa,and the relative dynamic elastic modulus drops to 72.5% after 200 freeze-thaw cycles. Comparing to 0.4%,0.55%,0.65% content of air-leading water-reducing agent,for self compacting concrete with 0.5% air-leading water-reducing agent,the compressive strength decreased less,and frost resistance significantly enhanced. The research provides bases and

for the application of self compacting concrete with air-leading water-reducing agent.

air-leading water-reducing agent;self compacting concrete;air content;compressive strength;frost resistance

吉林省自然科學基金(20130101049JC)；吉林市科技支撐計劃(2013324004)

侯景鵬(1973-)，男，博士，教授.主要從事高性能混凝土與耐久性方面的研究.

TU528

A

1001-1625(2016)02-0428-04