含氣量對全機制砂混凝土工作性的影響研究

鄧斐，劉童，焦文容

（重慶市建筑科學(xué)研究院，重慶 400016）

0 引言

目前，混凝土中所使用的細集料主要包括天然河砂與機制砂。一方面，混凝土需求量持續(xù)增加，天然河砂已難以滿足需求；另一方面，出于保護環(huán)境的考慮，我國許多地方已開始明文禁止從江河中開挖天然河砂。在此情況下，河砂價格不斷上漲，且難以保證供應(yīng)。為了降低成本和保障供應(yīng)，越來越多的地方采用機制砂替代天然河砂用于混凝土生產(chǎn)。但與天然河砂相比，機制砂存在棱角多、0.315mm以下顆粒少、含粉量較大的特點，配制的全機制砂混凝土流動性差[1]，混凝土坍落度損失大，不易泵送。不同的母巖、破碎方式造成機制砂的品質(zhì)差別較大，進而對新拌混凝土的性能影響區(qū)別也較大。

要解決全機制砂混凝土流動性差、混凝土坍落度損失大、不易泵送的問題，可以采用摻入引氣劑的措施。在混凝土攪拌過程中摻入高效引氣劑（通常與減水劑同時摻入），一方面，可以在新拌混凝土中引入大量微小封閉氣泡，這些微小氣泡在集料間發(fā)揮滾珠效應(yīng)，從而改善混凝土的流動性[2]，減小混凝土在長距離運輸時的坍落度損失，克服因集料質(zhì)量劣化而導(dǎo)致混凝土單位用水量大大增加的問題；另一方面，在混凝土中引入均勻分布的大量微小封閉氣泡，能夠顯著改善混凝土的后期使用性能。

然而，混凝土中的氣泡含量并非越大越有利，為保證良好的工作性，氣泡含量應(yīng)控制在合理范圍。而目前尚少見針對全機制砂混凝土中氣泡含量合理范圍研究的相關(guān)報道。為了分析氣泡含量對全機制砂混凝土工作性的影響，本文從全機制砂混凝土的流動度、坍落度和泌水率三個方面研究含氣量對其影響，從而為使用引氣技術(shù)解決全機制砂混凝土流動性差、混凝土坍落度損失大、不易泵送的技術(shù)難題提供技術(shù)支持與保障。因此，該項目的實施具有比較重要的社會效益。

1 原材料及試驗方法

1.1 原材料

1.1.1 水泥

水泥為P.O42.5，產(chǎn)自重慶某水泥廠，各項指標滿足規(guī)范要求。

1.1.2 細集料

細集料為機制砂，細度模數(shù)2.6，Ⅱ區(qū)級配砂，表觀密度2660kg/m3，產(chǎn)自重慶中梁山。

1.1.3 粗集料

5～25mm碎石，堆積密度1520kg/m3，表觀密度2690kg/m3，級配良好，產(chǎn)自重慶中梁山。

1.1.4 粉煤灰

Ⅱ級粉煤灰，產(chǎn)自重慶某水泥公司，各項指標滿足規(guī)范要求。

1.1.5 減水劑

Point-s聚羧酸高性能減水劑，產(chǎn)自某新材集團有限公司，液劑，推薦摻量為2.3%。

1.1.6 引氣劑

本文采用引氣劑為烷基苯磺酸鹽，屬陰離子表面活性劑，淡黃色粉末。

1.1.7 水

試驗用水采用自來水。

1.2 試驗方法

1.2.1 混凝土工作性能測試方法

混凝土拌合物的工作性按照標準方法[3]測定坍落度、常壓泌水率；同時按照標準方法[4]測定砂漿的流動度。

1.2.2 含氣量測試方法

利用SANYO直讀式含氣量測定儀測定新拌全機制砂混凝土和砂漿的含氣量。

2 全機制砂混凝土配合比

為了研究含氣量對全機制砂混凝土工作性能的影響，本文從流動度、坍落度和泌水率三個方面入手通過改變引氣劑的摻量，制備出不同含氣量的全機砂制混凝土和全機制砂砂漿，使混凝土和砂漿的含氣量控制在一定范圍，用于測試混凝土坍落度、泌水率以及砂漿的流動度。本文以水灰比為0.41的混凝土為基礎(chǔ)，引氣劑按照0.004%、0.008%、0.012%進行摻配；以水灰比為0.5的砂漿為基礎(chǔ)，引氣劑按照0.004%、0.008%、0.012%進行摻配。其中，引氣劑摻量以膠凝材料用量的質(zhì)量百分比計算，各材料用量見表1和表2。

表1 全機制砂混凝土配合比

表2 試驗砂漿的配合比

3 試驗結(jié)果及分析

3.1 引氣劑摻量對含氣量的影響

根據(jù)表1和表2中各材料用量，制備全機制砂混凝土和砂漿，測定不同引氣劑摻量下的含氣量，繪制成曲線如圖1和圖2。

圖3 含氣量與全機制砂漿流動度的關(guān)系曲線

由圖1和圖2可以看出，隨著引氣劑摻量的增加，全機制砂混凝土和砂漿的含氣量隨之增加。由圖1可以看出，當(dāng)全機制砂混凝土中引氣劑摻量在0～0.012%區(qū)間逐步提高時，含氣量在0.9%～12.6%區(qū)間基本呈線性增長。這可能是因為引氣劑作為表面活性劑，當(dāng)其含量越高時，漿體中引入微小氣泡越多。這為制備出不同含氣量的全機制砂混凝土提供了實驗基礎(chǔ)。由圖2可以看出，由于材料的性質(zhì)相同，全機制砂漿也具有類似性質(zhì)。

圖1 全機制砂混凝土含氣量與引氣劑摻量關(guān)系

圖2 全機制砂漿含氣量與引氣劑摻量關(guān)系

3.2 含氣量對全機制砂砂漿流動度的影響

根據(jù)全機制砂混凝土和砂漿中含氣量與引氣劑摻量的關(guān)系，制備出不同含氣量的新拌混凝土和砂漿，并測定其流動度、坍落度和泌水率。

記錄砂漿在不同含氣量下的流動度，結(jié)果見圖3。

由圖3可知，當(dāng)含氣量在2%～10%范圍內(nèi)時，隨著含氣量的增加，砂漿流動度得到大幅提高。這主要是由于氣泡起到滾珠軸承的作用，提高了漿體的流動性能。同時圖1顯示，當(dāng)含氣量超過10%時，砂漿的流動度將隨含氣量的增加略有降低或趨于平穩(wěn)。這可能是因為在這個階段氣泡泡徑過大，氣泡的滾珠滑動作用減弱，其漿體的流動度隨含氣量的增加略有降低或趨于平穩(wěn)。因此為使砂漿的流動度保持在較優(yōu)水平，含氣量的范圍應(yīng)控制在6%～10%。

3.3 含氣量對全機制砂混凝土坍落度的影響

記錄全機制砂混凝土在不同含氣量下的坍落度，結(jié)果見圖4。

圖4 含氣量與全機制砂混凝土塌落度的關(guān)系

由圖4可知，隨著含氣量的增加，混凝土的坍落度呈上升趨勢，當(dāng)含氣量達到10%時，全機制砂混凝土的坍落度上升到166mm，已滿足100m泵送高度對坍落度的要求[5]。這是因為本文所用引氣劑烷基苯磺酸鹽屬陰離子表面活性劑，吸附于水泥、機制砂、粗集料顆粒表面，形成相互排斥的薄膜，減弱了漿體內(nèi)部的流動阻力；另一方面，引氣劑分子吸附于氣泡膜表面，增加了氣泡的穩(wěn)定性，它們均勻地分布于漿體中，增強了滾珠軸承作用，使得漿體的和易性得以改善，從而增加了全機制砂混凝土的坍落度。當(dāng)含氣量超過10%時，由于引氣劑的減水作用有限，全機制砂混凝土的坍落度變化趨勢趨于平穩(wěn)。

3.4 含氣量對全機制砂混凝土泌水率的影響

記錄全機制砂混凝土在不同含氣量下的泌水率，結(jié)果見圖5。

從圖5可知，隨著含氣量的提高，全機制砂混凝土的泌水率逐漸降低。這是因為隨著引氣劑的摻入，引入的大量氣泡隔斷了自由水泌出的毛細管道，減小了水分的流動性，降低了自由水泌出的可能性。并且，微小均勻的氣泡提高了全機制砂混凝土拌合物的內(nèi)聚力，有助于水泥漿體包裹機制砂和粗集料，進一步減少了泌水量，有助于混凝土的泵送[6]。因此，在實際工程中，適量增加含氣量有利于減少全機制砂混凝土的泌水現(xiàn)象。

圖5 含氣量與全機制砂混凝土泌水率的關(guān)系

從含氣量對全機制砂混凝土流動度、坍落度和泌水率三個方面的影響可以看出，當(dāng)含氣量處于6%～10%范圍內(nèi)時，混凝土的工作性處于較優(yōu)水平。不論采用何種引氣劑，建議其摻量應(yīng)使全機制砂混凝土的含氣量處于這一水平，以獲得較好的工作性。

4 結(jié)論

（1）由于氣泡起到滾珠軸承的作用，當(dāng)含氣量在2%～10%范圍內(nèi)時，隨著含氣量的提高，砂漿流動度得到大幅提高。

（2）摻入表面活性劑類型的引氣劑在發(fā)揮引氣作用的同時可以提高全機制砂混凝土的坍落度。

（3）隨著含氣量的提高，全機制砂混凝土的泌水率出現(xiàn)下降趨勢。

（4）當(dāng)含氣量處于6%～10%范圍內(nèi)時，混凝土的工作性處于較優(yōu)水平。