混凝土含气量对其性能影响文献综述

王靖夫

（重庆交通大学，重庆 400074）

含气量作为影响混凝土性能之一的因素，但我国大多数工程项目对含气量没有引起足够的重视，现结合国内外人员对混凝土含气量的影响进行简单阐述。

1 含气量对混凝土强度方面的影响

随着高性能混凝土在高层建筑、桥梁工程、港口海洋工程、高架结构、大跨结构、防护工程、地下工程等领域的广泛应用，要求高性能混凝土不但具有优异的工作性能而且还应有良好的强度和耐久性能，这对高性能混凝土提出了更高的要求。郭剑飞[1]通过建立细观结构—孔结构与强度之间的相关模型联系，说明了混凝土材料孔结构的两个主要方面：孔隙率与孔级配对混凝土强度的影响。姚晓[2]根据Powers[3-5]理论模型，通过引入相对水化程度及选定油井水泥石的本征强度参数，结合Balshin方程和Schiller方程，建立了低温条件下油井水泥石孔结构和抗压强度的数学模型。吴中伟[6]认为优良的孔结构，即低孔隙率、小的孔径与适当的级配、圆形孔多等，是高强度和高耐久性的必要条件。张子明[7]研究了混凝土的宏观强度特性，揭示了混凝土的强度主要取决于其孔隙率，水灰比决定了混凝土的孔隙率和强度。强度是混凝土的最重要的力学性质，这是因为任何混凝土结构物主要都是用以承受荷载和抵抗各种作用力。在一定情况下，在工程上还要求混凝土具有其他性能，如不透水性、抗冻性等，但是这些性质与混凝土强度之间往往存在着密切的联系[8]。

2 含气量对混凝土和易性的影响

随着混凝土含气量的增加，混凝土拌合物的坍落度明显提高，且1h坍落度损失下降；但含气量过高时，混凝土拌合物的坍落度有所下降，且1h坍落度损失增加。一般来说，混凝土中胶凝材料体系的颗粒级配与最佳状态有所差别[9]，而引气剂引入的微小气泡能改善胶凝材料体系颗粒级配，减少颗粒空隙中的填充水；同时引入的气泡能在水泥浆体中起到润滑作用，提高混凝土流动性。但含气量过高时，过量的微小气泡会合并为大气泡，使得上述作用削弱，且大气泡更容易逃逸，进而导致混凝土坍落度损失加大。随着混凝土中微小气泡的增多，混凝土中的部分自由水在与微孔之间的交互作用下，使得其失去了自由性，这样总的可泌出自由水量降低。混凝土的坍落度也随着含气量的增加而增大，混凝土中微小气泡的增加，如同粉煤灰中的微小玻璃微珠一样，使混凝土中水泥等胶结材料与骨料之间的滑动摩擦系数降低，在其中起到了润滑作用，因而是混凝土坍落度有所增加[10]。

3 含气量对混凝土外观质量的影响

混凝土外观质量这一块，国内外还没有一个明确的标准。王瑞兴[11]等人运用计算机图像纹理分析的原理，对混凝土外观质量采取半定量的评价方法，以Delphi7.0自行开发设计了混凝土外观质量测评系统。该系统通过获取规范的混凝土外观图像，可以自动将图像信息转换为数据信息，并提供二值化与平均灰度偏差2种方法进行测评，将混凝土外观质量的表面缺陷数据化、系统化并客观地呈现出来；周辉，叶铁锋[12]根据工程实际和样板段，研究其外观质量评价方法，将质量评价指标分为平顺性指标、缺陷性指标和感官性指标，并提出基于可量化指标的外观质量评价方法，制定了11项量化指标，通过现行方法及量化方法对试验柱和样板段的外观质量进行对比分析，认为量化方法评价客观、合理，然后将该量化方法用于正式工程的清水混凝土外观质量评价；卢杰[13]通过介绍清水混凝土的产生和特点，详细阐述了清水混凝土外观质量评价体系的建立和关于外观质量的具体评价方法，提出清水混凝土的外观质量的分级方法；张建雄[14]从清水混凝土外观质量要求出发， 提出了外观质量的评价构架，借鉴图像处理与分析技术和参考《混凝土结构工程质量验收规范》，综合考虑混凝土色泽的一致性、气泡的大小和数量、表面平整度和外观缺陷4个分项，提出了一套综合评定清水混凝土外观质量的方法和体系；刘俊[15]指出混凝土的外观质量的影响因素主要是：原材料的质量、配合比设计、模板安装、混凝土振捣、养护与脱模，并提出了良好外观混凝土的原材料和混凝土的具体指标以及施工工艺的改进方法。综上可见借助于图像分析软件，对外观质量进行评价是大家常用的手段之一。对此吴伟[16]通过图像处理手段对影响表面气泡的主要因素进行了分析，对影响因素与表面气泡进行定量分析[17]。控制引气剂掺量、粉煤灰用量可以降低表面气泡面积以及大于3mm严重影响外观气泡个数。增加振捣时间混凝土表面气泡是先减少后增加，对于控制表面气泡存在一个最佳振捣时间；朱洪波采用不同种类的气孔调节材料配制出15种不同含气量（体积分数）的混凝土。研究了混凝土3，7，28d抗压强度与含气量之间的关系；采用图像法研究了不同含气量混凝土中孔径大于200×103nm的宏观孔孔隙率（体积分数）；对比分析了混凝土宏观孔孔隙率和含气量对混凝土28d压强度的影响规律。结果表明：混凝土28d抗压强度与含气量的线性关系较强，而混凝土3d和7d抗压强度与含气量的线性关系较弱；混凝土28d抗压强度对宏观孔孔隙率变化的敏感性显著高于其对含气量变化的敏感性，即混凝土中宏观孔孔隙率变化对其28d抗压强度影响更大；调整气孔调节材料的品种，可使混凝土含气量从1.5%提高到9.0%，而宏观孔孔隙率只从0.81%增加到1.48%，其所占含气量的比例从超过55%降低到16%左右，即可在有效调节混凝土含气量的同时，控制其宏观孔的数量。

4 含气量对混凝土耐久性的影响

含气量对混凝土耐久性的研究可谓是最多的。引气技术在混凝土工程中应用已有半个多世纪的历史，美国从1937年就开始研究加气混凝土和引气剂，1938年获得专利，并于1942年制定了引气混凝土施工指南。我国标准也规定，对有抗冻要求的混凝土必须使用引气剂。混凝土拌合物中加入适量的引气剂后，产生大量微小绵密而且均匀稳定分布的气泡，对水结冰膨胀所造成的冻胀压力和毛细孔水渗透压有一定的缓冲或抵消作用，从而可以大幅度提高混凝土的抗冻性。但随着含气量的增加，混凝土密实程度降低，强度和抗氯离子渗透性会受到一定程度的影响。在混凝土中加入引气剂能够提高混凝土的抗冻性，同时，一些混凝土减水剂产品为了提高减水率，也在其中加入引气剂，结果造成混凝土的含气量明显增加。含气量或孔隙率的增加也会增加混凝土渗透性；但也有研究认为，引气剂与掺合料复合能够发挥“叠加效应”，在对强度影响不大的情况下提高抗冻性；还有研究认为，在一定范围内的含气量变化对混凝土的抗氯离子渗透性无影响。不仅外加剂会影响混凝土的含气量，矿渣粉和粉煤灰作为工业生产中产生的大宗工业废料，一直以来都作为矿物掺合料运用于各类混凝土生产中。谢天逸等人对不同掺量复掺的矿渣和粉煤灰对混凝土含气量的影响进行了研究，结果表明，在粉煤灰掺量≤30%、矿渣粉掺量≤20%时，随着粉煤灰和矿渣粉掺量的提高，新拌模袋混凝土含气量损失率与扩展度损失率降低，最优掺量为30%粉煤灰与20%矿渣粉；掺合料掺量增加会降低混凝土早期强度，但是28d抗压强度依旧满足设计要求，并且随矿渣粉掺量增加而提高，最优掺量为10%粉煤灰与20%矿渣粉。综合考虑含气量损失率、扩展度损失率和力学性能时，最优搭配为30%粉煤灰与20%矿渣粉。朱蓓荣等研究了掺加SJ-2引气剂的引气混凝土抗盐冻性能，得到引气混凝土含气量越高，其抗盐冻性能越好。虽然国内外众多学者在探讨混凝土耐久性有关问题，且主要对混凝土孔结构与性能方面、孔结构与强度的关系研究较多，而对于孔结构与耐久性的关系研究尚不充分，需要不断的讨论。大量实践证明，含气量是影响混凝土抗冻性的主要因素。