高海拔山区混凝土拌合物含气量经时变化规律

时间：2024-07-28

古源，马春铖，黄文君，贺庆烨，赵勇，徐文强

（1.云南省建筑科学研究院有限公司云南省建筑结构与新材料企业重点实验室，云南昆明 650223；2.云南建筑工程质量检验站有限公司，云南昆明 650223）

0 引言

云南总的地势由北向南呈阶梯式下降，“香格里拉—丽江”高速公路位于云南滇西北片区，线路地处横断山脉南沿，地形高差达 1 100 m，该项目“香格里拉段”海拔高达 3 300 m。线路沿途气候环境恶劣，有效工期短，建设难度较大。为确保混凝土构件的长期耐久性能，项目采用 F 100 抗冻等级混凝土，主要的抗冻混凝土有 C30F100 和 C50F100。相关研究表明，含气量是影响混凝土抗冻性的重要因素，向混凝土中引入适量微小、均匀的气泡［1］能有效改善混凝土孔隙结构，提高混凝土的工作性能和耐久性。

目前，针对混凝土含气量国内外现有的研究主要分为材料、配合比、拌制工艺以及环境等方面的影响因素。例如：材料对混凝土含气量的影响方面，王春明通过单因素对比实验得出，在其他因素不变的条件下，混凝土含气量与砂的细度模数呈反比［2］；混凝土配合比对含气量的影响方面，李兴翠等通过试验总结出混凝土含气量与单位用水量、砂率成正比［3］；拌合工艺对含气量的影响方面，付昌会等提出了在传统混凝土搅拌设备上添加振动源，调整振动源位置、频率以及振幅可以显著提高混凝土的含气量［4］；环境对含气量的影响方面，李雪峰等利用低气压试验箱模拟高原低气压环境，发现低气压环境能削弱引气剂的引气能力以及混凝土的保气能力［5，6］。

国内目前对混凝土含气量的研究多停留在实验室阶段，而对具体施工环境中混凝土的含气量影响因素及其经时变化规律的研究相对较少。本文以“香格里拉—丽江”高速公路为背景，通过对该项目不同海拔高度、温度、运输距离和浇筑方式等因素影响下混凝土含气量的测定，研究高海拔山区混凝土含气量经时变化规律。

1 试验

1.1 试验设备

含气量检测设备采用美国 FORNEY 公司生产的LA-0316 直读式含气量测定仪进行测定。

1.2 试验环境

本项目在海拔大约 3 300、3 100、1 900 m 设有三个拌合站，分别是冷都站（A）、关防站（B）和龙蟠站（C），A 站和 B 站位于香格里拉高原气候带，C 站位于香格里拉与丽江交接处河谷气候带。

邻近 A 站设有两个梁场，分别是四工区梁场（1#）和五工区梁场（2#），1#、2# 梁场 T 梁所用 C50F100 混凝土均由 A 站供应拌制。

1.3 原材料

粉煤灰采用大理诚康再生资源有限公司 F 类 Ⅱ 级粉煤灰，外加剂采用上海三瑞高分子材料股份有限公司VIVID-500 减水剂，引气剂同样采用上海三瑞高分子材料股份有限公司产品，掺量 0.05 %。由于地理原因，3 个拌合站使用的地材水泥和砂石料有所区别。A站水泥采用昆钢鸿达 P·O42.5 和滇西红塔 P·O52.5（C50F100），B 站水泥采用昆钢鸿达 P·O42.5，C 站水泥采用剑川华新 P·O42.5。砂石料使用情况如表1 混凝土配合比所示。

表1 混凝土配合比

1.4 配合比

此次研究涉及 A、B、C 站普通 C30 混凝土和 A 站C30F100 和 C50F100 混凝土，配合比信息如表1 所示。

1.5 试验方法

混凝土含气量按照 GB/T 50080－2016《普通混凝土拌合物性能试验方法标准》的相关要求进行检测。通过对现场不同情况下混凝土含气量数值的测定，研究含气量的经时变化规律。

1）分别对 A、B、C 站普通 C30 混凝土出站时静置0、0.5、1、1.5、2 h 含气量数据的测定，研究海拔高度对混凝土含气量的影响规律。

2）通过对 A 站不同环境温度下 C30F100 混凝土出站时静置 0、0.5、1、1.5、2 h 含气量数据的测定，研究不同温度条件下对混凝土含气量的影响规律。

3）分别测定A站出站时和到达1#、2#梁场时的C50F100 混凝土含气量，研究运输距离对含气量的影响规律。

4）通过对 C30 混凝土在现场泵车料斗口处的泵前混凝土和泵后入模前泵后混凝土含气量的测定，研究泵送的浇筑方式对混凝土含气量的影响规律。

2 结果分析与讨论

2.1 海拔对混凝土含气量的影响

根据表2 中 3 个拌合站不同静置时间测得的混凝土含气量平均值，绘出不同海拔混凝土含气量的经时变化规律如图1 所示。从图1 可以看出，虽然相同静置时间下含气量测定数值 C 站＞B 站＞A 站，但由于 3 个拌合站使用的地材不同，配合比也有所不同，考虑原材料和配合比对含气量测定值的影响，不能得出海拔低的测得的含气量就越高，海拔高的测得的含气量就低的结论。

图1 不同海拔高度对混凝土含气量的影响

表2 普通 C30 混凝土不同静置时间含气量测定值

但通过分析曲线的走势和 3 个拌合站混凝土从出站到静置 2 h 含气量变化值，可以得出随着静置时间的增长，含气量测定值逐渐变小，且海拔越高混凝土含气量经时损失较大的结论。

2.2 温度对混凝土含气量的影响

通过对不同环境温度下（1～5、5～10、10～15、15～20℃）不同批次C30F100混凝土不同静置时间（0、0.5、1、1.5、2 h）含气量的测定，根据同个温度区段内不同静置时间混凝土含气量对应的平均值，绘制出不同环境温度区段内，混凝土含气量经时变化规律如图2 所示。

图2 不同环境温度对混凝土含气量的影响

可以看出，混凝土在 1～5 ℃ 环境温度下静置 2 h 后，含气量损失 0.7 %；在 5～10 ℃ 环境温度下静置 2 h 后，含气量损失 0.8 %；在 10～15 ℃ 环境温度下静置 2 h 后，含气量损失 1.0 %；在 15～20 ℃ 环境温度下静置 2 h 后，含气量损失 1.2 %。可以得出环境温度越高，混凝土含气量经时损失越大。

2.3 运输距离对混凝土含气量的影响

表3 和表4 分别为混凝土从 A 站运输到 1 #、2 # 梁场含气量变化规律。

表3 A 站—1# 梁场混凝土含气量变化规律

表4 A 站—2 # 梁场混凝土含气量变化规律

表3 含气量变化值大部分为负值，极少数为正值，表明大部分混凝土从 A 站运输到 1# 梁场后，含气量反而是增大了，与混凝土静置后测定的含气量逐渐降低的规律不同。分析原因应该是罐车运输混凝土过程，给引气剂充分发挥引气能力的时间，加上罐车的搅拌和颠簸晃动的影响，空气裹挟进入混凝土后会产生溶胶性气泡，混凝土含气量随之升高。

表4 含气量变化值全为正值，且含气量损失率大体在 7.5 %～21 %，说明混凝土从 A 站运输到 2# 梁场的含气量均有不同程度减少。考虑运距过长，气泡在长时间的搅拌作用下，从浆体中逸出，加之含气量的经时损失，含气量降低明显。

表3 和表4 得出的结果，与刘家海等［7］含气量随搅拌车搅拌时间延长而增加，与李增军等［8］远距离运输含气量随时间延长而降低的研究结果均有所不同。从表3 和表4 的数据上可以看出，在整个混凝土运输过程中，含气量呈先增加后减少的趋势。

分析造成研究结果不同的原因应该是引气剂在混凝土出站后实际发挥的引气能力和含气量的经时损失不同造成的，而运输过程中在搅拌车的搅拌作用下，一方面增加一部分溶胶性气泡，另一方面使引气剂在搅拌作用下能够很好地发挥后续引气作用。

若引气剂在运输过程中增加的含气量远远大于含气量经时损失量，随着引气能力的发挥，混凝土含气量应该呈逐渐增长的趋势；若引气剂在运输过程中增加的含气量远远小于含气量经时损失量，随着含气量经时损失，混凝土含气量应该呈逐渐减小的趋势；由于项目地处高海拔地区，一方面含气量经时损失较大，另一方面受地材质量较差和环境的影响，对引气剂的引气能力有抑制作用，含气量呈先增加后减少的变化趋势。