含气量对全机制砂混凝土工作性的影响研究

邓斐，刘童，焦文容

（重庆市建筑科学研究院，重庆 400016）

0 引言

目前，混凝土中所使用的细集料主要包括天然河砂与机制砂。一方面，混凝土需求量持续增加，天然河砂已难以满足需求；另一方面，出于保护环境的考虑，我国许多地方已开始明文禁止从江河中开挖天然河砂。在此情况下，河砂价格不断上涨，且难以保证供应。为了降低成本和保障供应，越来越多的地方采用机制砂替代天然河砂用于混凝土生产。但与天然河砂相比，机制砂存在棱角多、0.315mm以下颗粒少、含粉量较大的特点，配制的全机制砂混凝土流动性差[1]，混凝土坍落度损失大，不易泵送。不同的母岩、破碎方式造成机制砂的品质差别较大，进而对新拌混凝土的性能影响区别也较大。

要解决全机制砂混凝土流动性差、混凝土坍落度损失大、不易泵送的问题，可以采用掺入引气剂的措施。在混凝土搅拌过程中掺入高效引气剂（通常与减水剂同时掺入），一方面，可以在新拌混凝土中引入大量微小封闭气泡，这些微小气泡在集料间发挥滚珠效应，从而改善混凝土的流动性[2]，减小混凝土在长距离运输时的坍落度损失，克服因集料质量劣化而导致混凝土单位用水量大大增加的问题；另一方面，在混凝土中引入均匀分布的大量微小封闭气泡，能够显著改善混凝土的后期使用性能。

然而，混凝土中的气泡含量并非越大越有利，为保证良好的工作性，气泡含量应控制在合理范围。而目前尚少见针对全机制砂混凝土中气泡含量合理范围研究的相关报道。为了分析气泡含量对全机制砂混凝土工作性的影响，本文从全机制砂混凝土的流动度、坍落度和泌水率三个方面研究含气量对其影响，从而为使用引气技术解决全机制砂混凝土流动性差、混凝土坍落度损失大、不易泵送的技术难题提供技术支持与保障。因此，该项目的实施具有比较重要的社会效益。

1 原材料及试验方法

1.1 原材料

1.1.1 水泥

水泥为P.O42.5，产自重庆某水泥厂，各项指标满足规范要求。

1.1.2 细集料

细集料为机制砂，细度模数2.6，Ⅱ区级配砂，表观密度2660kg/m3，产自重庆中梁山。

1.1.3 粗集料

5～25mm碎石，堆积密度1520kg/m3，表观密度2690kg/m3，级配良好，产自重庆中梁山。

1.1.4 粉煤灰

Ⅱ级粉煤灰，产自重庆某水泥公司，各项指标满足规范要求。

1.1.5 减水剂

Point-s聚羧酸高性能减水剂，产自某新材集团有限公司，液剂，推荐掺量为2.3%。

1.1.6 引气剂

本文采用引气剂为烷基苯磺酸盐，属阴离子表面活性剂，淡黄色粉末。

1.1.7 水

试验用水采用自来水。

1.2 试验方法

1.2.1 混凝土工作性能测试方法

混凝土拌合物的工作性按照标准方法[3]测定坍落度、常压泌水率；同时按照标准方法[4]测定砂浆的流动度。

1.2.2 含气量测试方法

利用SANYO直读式含气量测定仪测定新拌全机制砂混凝土和砂浆的含气量。

2 全机制砂混凝土配合比

为了研究含气量对全机制砂混凝土工作性能的影响，本文从流动度、坍落度和泌水率三个方面入手通过改变引气剂的掺量，制备出不同含气量的全机砂制混凝土和全机制砂砂浆，使混凝土和砂浆的含气量控制在一定范围，用于测试混凝土坍落度、泌水率以及砂浆的流动度。本文以水灰比为0.41的混凝土为基础，引气剂按照0.004%、0.008%、0.012%进行掺配；以水灰比为0.5的砂浆为基础，引气剂按照0.004%、0.008%、0.012%进行掺配。其中，引气剂掺量以胶凝材料用量的质量百分比计算，各材料用量见表1和表2。

表1 全机制砂混凝土配合比

表2 试验砂浆的配合比

3 试验结果及分析

3.1 引气剂掺量对含气量的影响

根据表1和表2中各材料用量，制备全机制砂混凝土和砂浆，测定不同引气剂掺量下的含气量，绘制成曲线如图1和图2。

图3 含气量与全机制砂浆流动度的关系曲线

由图1和图2可以看出，随着引气剂掺量的增加，全机制砂混凝土和砂浆的含气量随之增加。由图1可以看出，当全机制砂混凝土中引气剂掺量在0～0.012%区间逐步提高时，含气量在0.9%～12.6%区间基本呈线性增长。这可能是因为引气剂作为表面活性剂，当其含量越高时，浆体中引入微小气泡越多。这为制备出不同含气量的全机制砂混凝土提供了实验基础。由图2可以看出，由于材料的性质相同，全机制砂浆也具有类似性质。

图1 全机制砂混凝土含气量与引气剂掺量关系

图2 全机制砂浆含气量与引气剂掺量关系

3.2 含气量对全机制砂砂浆流动度的影响

根据全机制砂混凝土和砂浆中含气量与引气剂掺量的关系，制备出不同含气量的新拌混凝土和砂浆，并测定其流动度、坍落度和泌水率。

记录砂浆在不同含气量下的流动度，结果见图3。

由图3可知，当含气量在2%～10%范围内时，随着含气量的增加，砂浆流动度得到大幅提高。这主要是由于气泡起到滚珠轴承的作用，提高了浆体的流动性能。同时图1显示，当含气量超过10%时，砂浆的流动度将随含气量的增加略有降低或趋于平稳。这可能是因为在这个阶段气泡泡径过大，气泡的滚珠滑动作用减弱，其浆体的流动度随含气量的增加略有降低或趋于平稳。因此为使砂浆的流动度保持在较优水平，含气量的范围应控制在6%～10%。

3.3 含气量对全机制砂混凝土坍落度的影响

记录全机制砂混凝土在不同含气量下的坍落度，结果见图4。

图4 含气量与全机制砂混凝土塌落度的关系

由图4可知，随着含气量的增加，混凝土的坍落度呈上升趋势，当含气量达到10%时，全机制砂混凝土的坍落度上升到166mm，已满足100m泵送高度对坍落度的要求[5]。这是因为本文所用引气剂烷基苯磺酸盐属阴离子表面活性剂，吸附于水泥、机制砂、粗集料颗粒表面，形成相互排斥的薄膜，减弱了浆体内部的流动阻力；另一方面，引气剂分子吸附于气泡膜表面，增加了气泡的稳定性，它们均匀地分布于浆体中，增强了滚珠轴承作用，使得浆体的和易性得以改善，从而增加了全机制砂混凝土的坍落度。当含气量超过10%时，由于引气剂的减水作用有限，全机制砂混凝土的坍落度变化趋势趋于平稳。

3.4 含气量对全机制砂混凝土泌水率的影响

记录全机制砂混凝土在不同含气量下的泌水率，结果见图5。

从图5可知，随着含气量的提高，全机制砂混凝土的泌水率逐渐降低。这是因为随着引气剂的掺入，引入的大量气泡隔断了自由水泌出的毛细管道，减小了水分的流动性，降低了自由水泌出的可能性。并且，微小均匀的气泡提高了全机制砂混凝土拌合物的内聚力，有助于水泥浆体包裹机制砂和粗集料，进一步减少了泌水量，有助于混凝土的泵送[6]。因此，在实际工程中，适量增加含气量有利于减少全机制砂混凝土的泌水现象。

图5 含气量与全机制砂混凝土泌水率的关系

从含气量对全机制砂混凝土流动度、坍落度和泌水率三个方面的影响可以看出，当含气量处于6%～10%范围内时，混凝土的工作性处于较优水平。不论采用何种引气剂，建议其掺量应使全机制砂混凝土的含气量处于这一水平，以获得较好的工作性。

4 结论

（1）由于气泡起到滚珠轴承的作用，当含气量在2%～10%范围内时，随着含气量的提高，砂浆流动度得到大幅提高。

（2）掺入表面活性剂类型的引气剂在发挥引气作用的同时可以提高全机制砂混凝土的坍落度。

（3）随着含气量的提高，全机制砂混凝土的泌水率出现下降趋势。

（4）当含气量处于6%～10%范围内时，混凝土的工作性处于较优水平。