混凝土拌和物含气量试验检测

混凝土拌和物含气量试验检测技术文章

1. 检测项目

混凝土拌和物含气量检测是指测定新拌混凝土中气泡体积所占总体积百分比的试验项目。其主要目的是控制混凝土内部引入的微小气泡数量，以确保混凝土（尤其是处于冻融环境中的混凝土）的耐久性，或控制引气过量导致的强度损失。根据检测原理的不同，主要分为以下三种方法：

1.1 水压法
水压法的理论基础是波义耳定律（Boyle's Law），即在恒温条件下，一定质量气体的绝对压力与其体积成反比。

• 原理： 将一定体积的混凝土拌和物装入密闭的容器中，通过向容器内注水，排除混凝土空隙之外的空气，仅保留混凝土内部的含气孔隙。随后，向容器内施加已知压力的压缩空气，使混凝土内部的气泡压缩。根据压力变化与体积变化的函数关系（预先标定的压力-含气量曲线），通过压力表上的含气量刻度直接读取出混凝土的含气量百分比。

• 适用范围： 适用于骨料最大粒径较大的普通混凝土及引气混凝土，是目前最常用的方法之一。

1.2 气压法
气压法的原理与气压法类似，也是基于波义耳定律，但在操作方式上有所区别。

• 原理： 该方法通常由一个装有混凝土拌和物的常压室和一个预先充有压缩空气的气室组成。测试时，打开连通阀，使气室中的压缩空气进入装有混凝土的工作室，平衡后测定系统压力的降低值。由于混凝土内部空隙体积与压力降低值之间存在对应关系，通过压力表可直接读取含气量。

• 特点： 相比水压法，部分气压法仪器无需在测试过程中向容器内注水排除空气，操作更为快捷，但要求容器具有良好的气密性。

1.3 改良气压法
这是对传统气压法的改进，主要针对干硬性或低坍落度混凝土。

• 原理： 基本物理原理仍为波义耳定律。改进之处在于容器的结构和密封方式，使其能够更好地适应难以振动密实的混凝土拌和物，减少了因试样不易充满容器而导致的测量误差。

1.4 简易含气量测定法（Chace航空指示器法）
这是一种现场快速估测方法，精度相对较低。

• 原理： 将一定体积的混凝土砂浆样本与一定体积的混合溶液（通常为异丙醇和水的混合液）在带刻度的玻璃管中剧烈混合。混合液用于溶解砂浆中的表面活性剂（引气剂）并释放气泡。气泡上升至玻璃管的颈部，通过读取气柱的高度，换算成混凝土的含气量。

1.5 图像分析法（光学法）
这是一种实验室分析方法，用于分析硬化混凝土的气孔参数。

• 原理： 将硬化后的混凝土切割、打磨、抛光，制备成平滑的薄片。通过高分辨率显微镜或扫描仪获取气孔图像，利用图像分析软件计算气孔的含量、孔径分布、比表面积（Spacing Factor，间隔系数）等微观参数。此方法虽然不能用于新拌混凝土的现场控制，但可用于验证含气量检测结果的质量及评价抗冻耐久性潜力。

2. 检测范围

混凝土含气量检测贯穿于混凝土配合比设计、生产质量控制及施工验收全过程，不同应用领域对含气量的检测需求如下：

• 道路与桥梁工程： 主要用于机场道面、高速公路路面、城市道路以及桥梁的桥面铺装层和墩台。这些结构直接暴露于大气环境，经受冻融循环和除冰盐侵蚀，检测含气量是确保耐久性的关键指标，通常要求含气量控制在4% - 6%之间。

• 水利水电工程： 针对大坝、溢洪道、渡槽、渠道衬砌等水工结构。这些结构长期处于水饱和状态，对冻融破坏极为敏感。检测需求严格，通常要求含气量根据冻融循环次数控制在4% - 7%。

• 工业与民用建筑： 包括基础、梁、板、柱等结构。对于有抗冻要求的北方地区建筑外墙、阳台、地下室顶板等，需进行含气量检测。普通非抗冻混凝土也可能因使用减水剂而引入少量气泡，需检测以防含气量超标导致强度下降。

• 预制构件生产： 如轨枕、涵管、地铁管片等。这些构件多采用蒸汽养护工艺，含气量在高温下可能损失，需检测出釜后的残余含气量，或优化引气剂掺量以保证最终产品性能。

• 喷射混凝土： 在隧道、矿山支护中使用。由于喷射工艺的特殊性，含气量会影响泵送性能、回弹率及硬化后的抗渗性，需专门检测。

3. 检测标准

混凝土含气量试验需严格遵循相关的国家标准或行业标准，以确保检测结果的准确性和可比性。

3.1 中国标准

• GB/T 50080-2016 《普通混凝土拌和物性能试验方法标准》：这是中国最核心的标准，其中详细规定了普通混凝土拌和物含气量试验的仪器设备、试验步骤、数据处理及结果评定。主要采用改良气压法。

• JTG 3420-2020 《公路工程水泥及水泥混凝土试验规程》：中国公路交通行业的强制标准，内容与GB/T 50080协调一致，规定了适用于公路工程的含气量检测方法（通常为气压法）。

• SL/T 352-2020 《水工混凝土试验规程》：中国水利行业标准，对水工混凝土的含气量检测做出了具体规定，尤其注重高抗冻等级混凝土的测试精度。

• DL/T 5150-2017 《水工混凝土试验规程》：中国电力行业标准，内容与SL/T 352类似，适用于水电工程。

3.2 国际标准

• ASTM C231 / C231M-17a Standard Test Method for Air Content of Freshly Mixed Concrete by the Pressure Method：美国材料与试验协会标准，规定了采用压力法（气压法）测定新拌混凝土含气量的方法。这是国际上应用最广泛的标准之一。

• ASTM C173 / C173M-16 Standard Test Method for Air Content of Freshly Mixed Concrete by the Volumetric Method：美国材料与试验协会标准，规定了采用体积法测定含气量的方法，特别适用于含有轻骨料或孔隙率较大骨料的混凝土，因为压力法在这种情况下可能产生误差。

• BS EN 12350-7:2019 Testing fresh concrete - Part 7: Air content - Pressure methods：欧洲标准，详细规定了采用压力法测定新拌混凝土含气量的程序，在欧洲及英联邦国家广泛应用。

• ISO 4848:1980 Concrete — Determination of air content of freshly mixed concrete — Pressure method：国际标准化组织标准，规定了压力法的基本原则。

4. 检测仪器

进行混凝土拌和物含气量检测，主要使用以下设备及配套工具：

4.1 含气量测定仪（气压式/水压式）
这是核心检测设备，通常由主体容器和盖体两部分组成。

• 主体容器： 由耐腐蚀、刚性好的金属（如铝合金或不锈钢）制成的圆柱形圆筒，内壁精密加工。容积通常根据骨料最大粒径确定，常见规格有7升（适用于骨料最大粒径≤40mm）、10升（适用于骨料最大粒径≤80mm）等。容器边缘设有法兰和密封槽。

• 盖体： 同样由金属制成，包含气室、操作阀门（排气阀、进气阀、平衡阀等）、压力表以及注水/排水接口。压力表盘通常直接按含气量百分比（%）刻度，量程一般为0% - 10%或0% - 15%，精度为0.1%。盖体通过夹紧装置（如卡箍、螺栓）与容器主体紧密连接，确保完全气密。

4.2 校正用器具

• 校正管（量筒/标定筒）： 一种精密加工的金属圆筒，其容积为容器容积的特定百分比（如3% - 5%），用于标定仪器的含气量读数，验证仪器的准确性。

• 注水用容器： 用于向含气量测定仪内注水，以排除空气，要求容积足够且操作方便。

4.3 试样拌合与填装工具

• 振动台： 用于将混凝土拌和物在容器内振实。频率和振幅应符合相关标准要求，以保证试样密实且不产生离析。

• 捣棒： 通常为直径16mm、长约600mm、一端呈半球形的圆钢。用于人工插捣，适用于坍落度较大的混凝土。

• 橡皮锤（或木槌）： 在振动或插捣过程中，轻敲容器侧壁，帮助排出大的气泡并使表面气泡逸出。

• 抹刀： 用于最终刮平容器口多余的混凝土，使试样表面平整。

4.4 辅助测量工具

• 温度计： 分度值不大于0.5℃，用于测量混凝土拌和物及水温，因为温度变化可能影响气压读数。

• 集料修正用具： 包括筛子（用于筛除粒径超过仪器适用范围的粗骨料）、吸水海绵或毛巾、天平（用于称量湿筛后的粗骨料质量，以便进行含气量结果的集料校正）。

4.5 体积法专用仪器

• 体积法含气量测定仪（乔利体积仪）： 由金属圆筒和带有长颈颈部的漏斗状玻璃罩组成。该方法不依赖压力原理，而是通过用异丙醇排除气泡并测量体积变化来确定含气量，适用于含有高孔隙率轻骨料的混凝土。