引气及搅拌作用对混凝土性能的影响

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发布时间：2021-09-03

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引气及搅拌作用对混凝土性能的影响
赵利军，翁军良，冯忠绪
(长安大学道路施工技术与装备教育部重点实验室，陕西西安 710064)
摘要：通过试验对比研究了普通强制搅拌、振动搅拌以及掺入引气剂对新拌混凝土匀质性、含气量
以及硬化混凝土抗压强度、孔结构的影响。结果表明：随着引气剂的掺入以及引气剂掺量的增加，
振动搅拌和普通强制搅拌混凝土的匀质性变化不大，但混凝土含气量随之增加，抗压强度随之降
低，并且与普通强制搅拌相比，振动搅拌混凝土的含气量更大，抗压强度更高；振动搅拌和掺入引气
剂都能提高硬化混凝土的孔隙率，但振动搅拌主要增多的是100 nm 以下的小孔，不仅提高了引气
效果，而且也因为使孔隙细化，改善了混凝土抗压强度；当需要的混凝土含气量(体积分数)为3
时，采用振动搅拌即可获得所需的引气效果，而当需要的含气量更大时，建议采用振动搅拌同时掺
入引气剂。
关键词：混凝土；含气量；抗压强度；孔结构；引气剂；振动搅拌；普通强制搅拌
中图分类号：TU528．041 文献标志码：A
Effects of Air Entraining and M ixing on Concrete Performance
ZHAO Li—j un，WENG J un—liang，FENG Zhong—XU
(Key Laboratory of Highway Construction Technology and Equipment of M inistry of Education，
Chang’an University，xi’an 710064，Shaanxi，China)
Abstract：The effects of common forced mixing，vibrating mixing and mixing with air entraining
agent on homogeneity and air content of fresh concrete，compressive strength and pore structure
of hardened concrete were tested and compared． The results show that the homogeneity of
concrete by vibrating mixing and common forced mixing have little change with the addition and
increasing of air entraining agent， but the air content of the concrete increases and the
compressive strength decreases． The concrete made by vibrating mixing has higher air content
and compressive strength than that made by common forced mixing． Vibrating mixing and
common forced mixing with air entraining agent can improve the porosity of the hardened
concrete，but the harmless pores with diameters less than 100 nm in the concrete by vibrating
mixing increase significantly and the harmful large pores decrease， SO vibrating mixing can
improve the air entraining effect， and increase concrete compressive strength． W hen the air
content(volume fraction)of concrete is required to be 3 ，the required effect of air entraining
can be obtained only by vibrating mixing；when the air content is required to be higher than 3 ，
vibrating mixing with air entraining agent is recommended．
Key words：concrete；air content；compressive strength；pore structure；air entraining agent；vi—
brating m ixing；comm on forced mixing
收稿日期：2012 l2一O5
基金项目：国家自然科学基金项目(50678026)；中央高校基本科研业务费专项资金项目(CHD2011JC093)
作者简介：赵利军(1976)，男，河北张家口人，副教授，工学博士，E—mail：zhaoljI@chd．edu．cn。
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第1期赵利军，等：引气及搅拌作用对混凝土性能的影响 33
U 引置
混凝土作为目前使用最广泛的建筑材料，其耐
久性与工程使用寿命密切相关，是混凝土工程中关
注和研究的热点问题。为了增强混凝土的耐久性，
提高混凝土中的含气量是目前各国普遍采用的方法
之一。通过在搅拌过程中掺入引气剂来提高混凝土
的含气量，是改善和保证混凝土抗冻耐久性的有效
措施_】 ]。然而，使用引气剂在提高混凝土耐久性的
同时，也会在一定程度上削弱硬化混凝土的强度性
能。有研究表明，掺人引气剂进行搅拌后，硬化混凝
土抗压强度随着含气量的增加而呈线性下降，基本
上每增加1％的含气量(体积分数，下文同)，抗压强
度降低4 ～5 [3-4~。
混凝土作为由水、水泥和骨料组成的复合材料，
其含气量和强度等性能不但受到原材料及其配合比
的影响，还受到搅拌、养护以及振动成型等许多因素
的影响lc ]。搅拌作为生产混凝土最基本的制备方
法，必然在很大程度上决定和影响着混凝土的强度
及其他性能。但是在混凝土的搅拌过程中，同时存
在有物理作用和化学作用，物料的容积和性质都发
生了变化，过程的动态复杂性使人们对其认知不足，
目前仍停留在宏观的尺度上，并且相关的研究也不
多。众所周知，新拌混凝土呈现粘一塑状态，属于
Bingham体，物料间的粘滞力成为搅拌阻力的一个
主要来源，使得物料各组分均匀分散的搅拌过程变
得特别困难r7]。对混凝土进行合理的振动搅拌，就
是在普通强制搅拌的同时加以振动作用，使得物料
颗粒在具有一定频率下的振幅后处于颤振状态，能
够破坏物料间的粘性连接，降低颗粒间的内摩擦力，
从而改善混凝土的微观结构并有助于实现快速均匀
的搅拌『8]。本文中笔者从混凝土的搅拌过程出发，
采用试验的方法，对比研究了普通强制搅拌、振动搅
拌以及掺人引气剂对新拌混凝土匀质性、含气量以
及硬化混凝土抗压强度和孔结构的影响。
1 原材料与配合比
水泥选用陕西耀县生产的秦岭牌P．O 32．5R
普通硅酸盐水泥；细骨料选用陕西省西安市灞河中
砂，细度模数为2．66；粗骨料选用陕西泾阳产的石
灰岩碎石，粒径为5～25 mm；拌和水采用自来水；
引气剂选用河南某化工原料有限公司生产的AH一1
型引气剂。
设计混凝土强度等级为C2O，新拌混凝土坍落
度控制在10~30 mm之间，具体配合比如表1所示
(本文中的掺量以质量分数计)。在不同的搅拌方式
下，通过试验研究不掺入引气剂和引气剂掺量分别
为0．01 ，0．02 ，0．03 时的混凝土性能。
表1 混凝土配合比
Tab．1 Concrete M ix Proportion
混凝土强度各材料用量／(kg·m )
等级引气剂掺量／
水泥水砂石
C20 3O6 165 656 1 273 0．00～ 0．03
2 试验设备与试验方法
2．1 试验设备
在现有双卧轴搅拌机技术的基础上，利用搅拌
轴和叶片作为振动源的方案设计了振动搅拌机。该
机采用2套独立的搅拌驱动和振动驱动，能够以振
动和强制搅拌相结合的方式进行振动搅拌，也可关
闭振动驱动来实现单独的普通强制搅拌。搅拌机主
要性能参数见表2，原理和结构见图1，2。搅拌驱动
输出搅拌动力，经同步齿轮传动后驱动搅拌轴及其
叶片旋转，强制推动混合料在搅拌筒内循环运动；振
动驱动输出振动动力，经传动皮带传动驱动振动轴
高速旋转，强迫偏心安装在其上的搅拌轴和叶片产
生振动。
2．2 试验方法
试验是在相同投料顺序和搅拌时间的条件下，
分别测定振动搅拌与普通强制搅拌在不同引气剂掺
量下得到的新拌混凝土匀质性和含气量以及硬化混
凝土抗压强度和孔结构。
试验投料顺序为先依次加入砂、水泥和碎石，干
拌8 S后，再加入水(或溶入所需比例引气剂的水)，
搅拌时间为湿拌45 S。新拌混凝土含气量和匀质性
依据《混凝土搅拌机》(GB／T 9142—2000)中的规