含气量对混凝土抗冻性能的影响

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引气剂掺入混凝土后,除影响抗压强度外,对其它性能无不良影响。只要引气量合适。普通混凝土均能获得较高的抗冻性能。引气剂掺入混凝土后,除影响抗压强度外,对其它性能无不良影响。只要引气量合适。普通混凝土均能获得较高的抗冻性能。含气量 气泡 强度 抗冻性能科技信息:学术版郭宏星西北电力建设第四工程公司,陕西西安7100382007第六图书馆

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科技信息　０建筑与工程０　ＳＣＩＥＮＣＥ＆ＴＥＣＨＮＯＬＯＧＹ　ＩＮＦＯＲＭＡＴＩＯＮ　２００７年第２９期　含气量对混凝土抗冻性能的影响　郭宏星　（西北电力建设第四工程公司　陕西　西安７１００３８）　【摘　要】引气剂掺入混凝土后，除影响抗压强度外，对其它性能无不良影响。只要引气量合适。普通混凝土均能获得较高的抗冻性能　【关键词】含气量；气泡；强度；抗冻性能　的抗冻性有较大的负面影响，但只要引入足够的含气量，混凝土的抗　１．前言　　近年来．建筑物对混凝土的耐久性能尤其是抗冻性能要求越来越　冻能力完全可以保证。２＿３适宜含气量和气泡参数对于混凝土拌和物，均存在为防止　高。三峡工程大坝混凝土抗冻要求就达到Ｄ３００，北方工程要求也大多　在Ｄ３００左右。普通混凝土很难达到这么高的抗冻要求。引气剂的应用　冻害所必需的最小气泡体积。克利格发现，此体积相当于砂浆体积的　ｌｌｉａｍ　Ｌｅｒｃｈ也认为适宜气体含量为拌和物砂浆的９±ｌ％，且与　无疑是目前国内外混凝土工程普通采用的改善和保证混凝土抗冻融　９％．Ｗｉ性的最有效技术手段。引气剂掺入后，大大改善了混凝土的抗冻融性　混凝土水泥含量或骨料最大粒径无关。当采用整个拌和物的含气量表　ｌ随骨料的最大粒径变化而变化。见表２。这与　能。对混凝土的其他性能也产生不同的影响。本文重点阐述引气量对　示时，所需含气量大ｄ，￣ｔ《水工混凝土施工规范（ＳＤ１２０７—８２）》提出的含气量基本一致（见表３）。　混凝土抗冻融性能的影响。　表２不同Ｄｍａｘ混凝土适宜含气量　２．含气量对混凝土抗冻性能的影响　２．１抗冻机理混凝土中水泥石内扎隙自由水的存在是混凝土产　Ｗｉｌｌｉａｍ　Ｌｅｒｃｈ建议　Ｄｍａｘ／ａｍ　ｒ１９　３８．１　７６．２　１５２．４　ＳＤＪ２０７—８２　Ｄ　√ｍｍ　２０　４０　８０　１５Ｏ　生冻害的原因．孔隙中的自由水反复冻融，对孔隙壁不断产生胀压力，　最终使混凝土胀裂。要提高混凝土的抗冻融能力，须使混凝土内部尽　可能密实，这就要求混凝土水灰比尽可能小，一般认为，非引气混凝土　要达到较高的抗冻能力，水灰比应小于０．３０。采用这种方式抗冻，不仅　不经济．高水泥用量引起的水化温升更不能令人接受。引气混凝土是　通过混凝上中产生的气泡抵抗冻融破坏。这些微小封闭气泡互不连　通、均匀稳定分布在混凝土中，当孔隙内自出水冻结时，气泡被压缩，　可大为减轻冰冻给孔隙带来的胀压力；溶解时这些气泡可恢复原状，　出此孔隙内自由水反复冻融也不致对孔壁产生很大的压力。只要引气　量合适，普通混凝土也可以获得非常高的抗冻性能。　含气量，％　６　４．５　３．５　３　含气量，％　６　５　４　３　表３抗冻混凝土临界气泡间距指数ｍｍ　混凝土强度ＭＰａ　２０　３０　４０　５０　２．２含气量对抗冻融能力影响　对于含气量小于３．５％的普通混　凝土．其水灰比对抗冻性有显著的影响，水灰比越小，抗冻性越好。但　高抗冻要求混凝土单纯依靠降低水灰比很难达到，而且也不经济。　第六图书馆

混凝土类别　１５　普通混凝土　Ｏ３５　Ｏ３５　０．４０　０．４０　０４５　０４５　Ｏ．５Ｏ　Ｏ．５Ｏ　Ｏ．５５　Ｏ．５５　Ｗｉｌｌｉａｍ　ｌｅｒｃｈ认为水泥的成份、细度或水泥用量与混凝上的抗冻性儿　乎无关。要得到较高的抗冻能力，混凝土中必须掺入一定的引气剂。在　三峡一期工程配合比试验中我们曾对引气混凝土和非引气混凝土的　含气量要对混凝土的抗冻性起作用。所引的气泡必须微小、互不　抗冻性能进行过对比。结果见表１。未掺引气剂的混凝土抗冻标号最　相连、能稳定均匀地分布在混凝土中。气泡的尺寸通常介于０．０５～　高仅达Ｄ４０，掺引气剂混凝上尽管粉煤灰掺量增加，抗冻标号均提高　１．２７ｒａｍ之间。气泡过大，则容易逸出，不易稳定存在，对抗冻融反而不　到ＤＩＯ０以上。三峡二期大坝混凝土抗冻要求达Ｄ３００．我们进一步提　利。气泡问距是影响混凝土抗冻能力的关键因素。对于同一强度等级　高混凝土的含气量，使含气量在４．５％～６％的范围内，水胶比０．５０、粉　的混凝土，其耐久性系数随气泡的间距增大而显著降低。美国混凝土　煤灰掺量３５％、胶凝材料仅１８０ｋｇ／ｍ３（使用中热５２５＃水泥）的混凝土　协会认为，为充分防止冻害，气泡问距应为０．２５ｍｍ，德国则要求为　抗冻能力达Ｄ３００以上。西北工业大学张德思等的结果表明，水灰比　０．２０ｍｍ。西北工业大学张德思等通过试验认为，对于耐久性系数为　０．７１、含气量在３．５％以上的普通混凝土（普通４２５＃水泥）及水灰比　９Ｏ％的混凝土，相对于不同的强度等级．其气泡间距可在０．３３～０５ｒａｍ　０．８４，含气量４．５％以上的粉煤灰混凝土，经过３００次冻融循环后，其耐　之间变化，见图ｌ，并对气泡间距临界指数提出建议值，见表３。表３的　久性系数均在９Ｏ％以上。这说明如果混凝土中有足够的引气．则水灰　建议值是否具有普遍性．尚有待论证。　比对混凝土的抗冻性影响不大．高水灰比混凝土只要引气量合适仍然　，　www.6lib.com

粉煤灰混凝土　可满足高抗冻要求。　表１　混凝土抗冻性能对比结果　外加剂　水龇　粉煤灰掺最　９Ｏ天抗冻　，％　标号　１６Ｏ　５５　Ｄ１Ｏ　ｉ　／　ｌ　＃　墓　垮　瓿　￣ｈ．－ｏ　３　５《　５Ｓ　ｊ　／　Ｐ　水泥　品种　山　妊　蚝　襞　越　０．２５％木钙　０．５２５　０４８　Ｏ．５２　蛰　《　麓　｝。　／　ｒ　｝　，　１７０　１５Ｏ　４５　６Ｏ　Ｄ４０　）Ｄ１００　）Ｄ１００　热　５＃　５２，／　气黼筢指数《　）　／　气泡喜径《”　）　０　２５％木钙　＋Ｏ．０１％　ＤＨ９　０４６　１７０　６０　图１气泡问距指数对混凝土　碾压混凝土类似于常态混凝土，但引气剂的掺量则大为增加。只　要含气量足够，尽管粉煤灰掺量较高也可达到令人满意的抗冻效果。　笔者曾进行过试验．水胶比为０．５９２，胶凝材料仅１３０ｋｇｈｎ３（采用中热　５２５＃水泥）、粉煤从掺量高达６０％、含气量为４．６％的碾压混凝土，抗冻　耐久性系数的影响　图２不同水灰比引气混凝土　气泡尺寸分布情况图　只要混凝土引气量足够。水灰比对混凝土的抗冻性影响很小，但　标号可达Ｄ１００以上。从表ｌ中看，未掺引气剂的碾压混凝土尽管胶凝　水灰比增大而增大．见图２。水灰比对气泡间距的影响也类似，见图３。　材料高达１７０ｋｇ／ｍ３（粉煤灰掺量４５％），其抗冻标号仅为Ｄ４０。前面已　从图３可见．在混凝土引气量相近的情况下，水灰比越大，气泡的间距　经说道．碾压混凝土中引气后，儿乎不降强，因此．为保证混凝土的抗　越大．表现为混凝土抗冻性能越差。因此，大水灰比混凝土要达到与小　冻耐久性．笔者认为碾压混凝土的含气量可控制６％。粉煤灰对混凝土　水灰比却是影响气泡尺寸和间距的重要因素。通过对不同水灰比引气　混凝土气泡尺寸研究，发现混凝土气泡尺寸随水灰比降低而减小，随　http://www.6lib.com 第六图书馆

１５１　科技信息　０建筑与工程Ｏ　ＳＣＩＥＮＣＥ＆ＴＥＣＨＮＯＬＯＧＹＩＮＦＯＲＭＡＴＩＯＮ　２００７年第２９期　（上接第１６２页）握、知识的理解和应用变得生饥盎然，激发学生以极　水灰比混凝土相近的抗冻能力，其引气量应相应增加。　气泡尺寸和气泡间距最终　大的兴趣参与教学的全过程，主动去体验、去获取。如对《统计调查》内　都反映到含气量上。当含气量一　容，可精心收集网络上有关学生感兴趣的资料ｉ￡行整理、设计、制作成　５　３　翟　邑　／　９　躐　型　／　４强一　Ｓ　２薹　／　驻　制　可以自由选择自己喜欢的调查目标　定时．气泡尺寸越小，气泡数量　课件。作业布置中，根据学生爱好，越多，则气泡间距值越小。当气　进行调查方案的设计及表格制作．包括可行性分析、相关图片、背景资　泡尺寸不变时，则含气量越大，　料、专家意见等制作成电子作业，让学生主动　｛索，相互评价，培养了　　气泡间距值越小，抗冻性能越　学生学习的自觉性和主动性。好。因此对混凝土抗冻融能力控　５．２《概率论与数理统计》教学：　水灰白　制最终还是对含气量的控制。　图３水灰比对混凝土气泡间距的影响　（平均含气量５％）　让学生的思维“活”起来。计算机技术环境ｌ々建设与多媒体教学软　２．４影响混凝土含气量因素　件的应用．使本来抽象、复杂、静止的数学知识、概念、推理过程，同样　将概率与统计的试验　水泥、粉煤灰、砂石料、减水剂、　可以“动”起来。创设情境，化静为动，化难为易，水灰比等对引气量大小均有影　计算机化．这不仅解决了学生学习、理解这门经济数学知识上的重点、　响。一般粉煤灰掺量越高，水灰　难点问题，还使学生发现了知识形成的过程，ｊ　进一步培养了学生的　　比越大．引气剂掺量需增大，碾　思维能力，让每一个学生的思维随着形象、直　５的画面去观察、体验、发现．利用这些生动的、信息化的知识，让学生拘思维“活”起来，逐步　压混凝土比常态混凝土引气剂掺量大。　对含气量的损失问题．我们关心的是在室内试验含气量可以满足　培养学生的认知水平和创新能力。如《全概率公式》内容的教学，借助　抗冻要求．经过运输和人仓振捣后台气量必然有所损失（三峡工地我　图形工具创作课件，调用优秀教学资源库的资原，包括经典的案例和　　们测得经过２ｋｍ的运输后，含气量约下降１％左右），那么人仓后的混　概率树．生动形象地整合课堂教学，可取得较好的教学效果。凝土抗冻能力是否还能保证？在室内测试的含气量中一般均有一部分　５．３　ＳＡＳ（统计分析系统１及ＳＡＲＰ（统计年　程序）教学：　先进的统计分析方法和数据处理对计算　【软件的依赖程度越来　属不稳定的大气泡，同济大学朱蓓蓉等认为引气合理的混凝土（即室　内抗冻试验满足要求１在运输和振捣过程中的损失通常是由于这些大　越大．对统计软件技术的掌握程度决定了统计ｊ　业学生的对专业知识　气泡的逸出所致，气泡的间距系数影响很小。试验表明在；５０ｓ振动时　的融汇贯通程度。教师应充分利用计算机结合案例分析制作课件，通　间内．混凝土的气泡问距系数变化极小，运输对气泡间距系数的影响　过媒体以更有效的形式将软件知识的要点展示给同学，让学生感受统　也很小ｆ泵送除外１。由于气泡间距是影响混凝土抗冻融能力的最直接　计软件处理问题的快捷、精确程度及其强大的毁据处理功能，激发学　因素ｆ间距系数其实间接反映为混凝土的含气量），据此是否可以这样　生学习统计软件的积极性，同时教师应鼓励学　充分利用上机时间通　认为．只要混凝土机口取样抗冻要求能满足，则经运输入仓后的混凝　过实践来完成作业，在实践中掌握知识，让学　的理论学习与实践结　　土含气量测试值尽管很小，其抗冻融能力是应该可以保证的。这样我　合得更快．更好。５．４《统计预测》的教学：　们只需关心机口的混凝土含气量就行了。　计算机及统计软件的超强数据处理能力了人力，极大地推动　３．引气剂对混凝土强度的影响　混凝土中掺人引气剂后，引量均匀、稳定而封闭的微小气泡，　了统计预测技术的发展，能否充分利用好计算饥技术平台，决定了统　在混凝上中起类似滚珠的作用。使混凝土的流动性大为改善，提高了　计预测教学的成功与否。在教学中笔者提出了《统计预测三维一体教　混凝土的和易性．减少泌水和分离。由于和易性改善，可以降低混凝土　学模式》，即预测原理、计算机技术和案例分析三维一体，这种教学模　三维一体教学实｛　了统计预测理论与统　的单位用水量．在水泥用量不变的情况。可以弥补部分由于引气而致　式充分利用了统计软件技术，计实践之间的桥梁作用。通过计算机技术与课程的整合，能把学生从　的强度损失。　讨论和比较，让学生自己　对于碾压混凝土，笔者在三峡进行过对比，尽管引气后用水量降　课堂的被动地位推到主动地位上，通过分析、　低很少．混凝土强度却几乎没有损失。推测可能是碾压混凝土内部本　发表意见，寻求解决问题的最佳办法。身不密实，引入的气泡大部分只是填充混凝土内部的孔隙，因而对混　第六图书馆

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凝土强度几乎没有影响。　研究发现混凝土中含气量增加对断裂模量影响很小，对抗折强度　图教学的每一个环节，这是现代教育技术与　ｊ图课整合的最好体现　　程的教与学提供了多　几乎没有影响．这对强调抗折强度的道路混凝土的抗冻融非常有利。　Ｅｘｃｅｌ、ＳＡＳ等软件较强大的统计制图功能为该｛ｏ；ｈ０ｐ，Ｃｏｒｅｄｒａｗ，３Ｄｍａｘ，　抗压强度是控制混凝土抗冲磨能力的最重要因素，混凝上抗冲磨　角度的、丰富多彩的信息资源；ＰｈｏｔＡｕｔｈ０ｒｗａｒｅ．Ｆｌａｓｈ等功能强大的应用软件，再　为统计制图课与现代　能力随抗压强度的增加而增加，引气混凝土的抗冲磨能力与相同强度　５．５《统计制图》的教学：　让想象的空问立体化。计算机技术作为一种工具影响并实践于制　教育技术的整合提供了广阔的空间。因此，制匿课的欣赏、讲解、练习、　的素混凝土抗冲磨能力是一样的。　混凝土中引气后总孔隙率虽然增加，但抗渗强度末见降低，似有　讲评．甚至群体创作、组合、展览，都能突破时空的，在计算机技术　提高的趋势。可能是这些不连通的封闭气泡阻隔了水的通道，延缓了　环境中经过整合而得到尽善尽美。这样的教学，无疑对培养学生的创　水的浸入。　新能力、协作学习精神都是十分有利的。　４．结束语　引气剂掺人混凝土中后，除影响抗压强度外，对其他性能无不良　６．结论　计算机技术教育的最高目标决不能仅仅停留在必修课的开设上，　影响．使混凝土的抗冻融耐久性大为改善。对于引气混凝土，水灰比、　而应当进一步把计算机技术融合到统计类的　它课程的课堂教学中　水泥品种、粉煤灰等都不成为决定性因素，只要引气合适，大水灰比混　去。统计一经产生与计算机技术就没有分过家，在新世纪以至以后更　如何以计算机技术为平台或工具，优化教学资源，实现统　凝土、粉煤灰混凝土、碾压混凝土等均能获得较好的抗冻性能。由于水　长的时间内．计类课程的课程整合，推动统计教学改革，应　：我们各位统计教育工　工大坝混凝土要求的强度等级一般不高，混凝土受到最大水灰比的限　　制．抗压强度一般均有富余，因此应提倡在这些混凝土中掺加引气剂，　作者长期努力追求的目标。对混凝土的抗冻融、抗渗透等耐久性能将很有好处。如何在混凝土中　引入气泡尺寸较小、间距指数也较小的稳定气泡，将是我们的研究方　向。　作者简介：郭宏星。男。１９７０年５月份出生，陕西西安人。现任西北电力建设　【参考文献】　『１］中国．关于深化教育改革。全面推进素质教１ｆ的决定．　［２］钟启泉主编．学科教育展望丛书［Ｍ］．上海：华东师｝￡大学出版社．　『３］李健平整合学科教学过程构建计算机技术平台［Ｊｊ．教育发展研究，２００１．７．　［４］李坚．课程整合计算机技术应用于教育的核心［Ｊ］中国教育报，２００１．１１—２２　第四工程公司渭河项目部经理．曾先后四年内连续在大连、西海、铜川、渭河等　３），　电力施工项目担任项目经理职务．对含气量影响混凝土抗冻性能方面有很深的　（［５］何剑，信息技术与统计类课程的实施问题探讨［Ｊ］．纯计教育，２００４．５　研究。　［责任编辑：翟成梁］　［责任编辑：韩铭］　ｌ５２　http://www.6lib.com 第六图书馆