CN104297455B - 一种硬化混凝土外观气泡的预判方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种硬化混凝土外观气泡的预判方法，将混凝土拌合物平均分为三份，一份测试扩展度F_m，一份测试含气量A_f，一份测试气泡排出阻力系数c_discharge，然后计算：k＝F_m·A_f·c_discharge，将k值按＞10000、5000～10000、＜5000划分为三个等级范围，对应的硬化混凝土外观质量为差、中、优。利用本发明的预判方法可快速预判混凝土硬化后外观气泡数量，且预判结果准确性较高，解决了现有硬化混凝土外观气泡只有在拆模后才能进行评价的问题，并且成本低、方法简单。

Description

一种硬化混凝土外观气泡的预判方法

技术领域

本发明涉及一种硬化混凝土外观气泡的预判方法，属于材料工程领域。

背景技术

对于混凝土构筑物而言，外观质量是硬化混凝土性能的重要指标，随着现代混凝土制备技术的不断进步，“蜂窝麻面”、“砂斑水线”等明显外观质量病害逐渐消除，但因矿物掺合料、高效减水剂的使用，混凝土胶凝体系变得复杂且不易控制，硬化混凝土“外观气泡”问题逐渐突显。据统计，我国1999年至2013年，关于硬化混凝土外观气泡问题的报道呈直线上升趋势。

硬化混凝土外观气泡通常只有在模板拆除后才观测得到，所有面向硬化混凝土外观气泡调控技术也都只有在拆模后才能进行效果评价。此种“事后反馈”的硬化混凝土外观气泡评价方法对实际工程质量控制十分不利，混凝土浇筑后若出现外观气泡问题，只能通过辅助的补救措施进行解决，在很大程度上影响工程质量，现代混凝土急需一种“事前预判”方法，在混凝土未浇筑前便及时发现可能产生的外观气泡问题，指导混凝土配合比及相关调控技术的优化与改进。

发明内容

本发明的目的是解决现有技术的不足，提供一种快速有效的硬化混凝土外观气泡的预判方法，实现从新拌混凝土性能“预判”硬化混凝土外观气泡，提高工程混凝土外观质量与整体性能。

为达到发明目的，本发明采用的技术方案是：

一种硬化混凝土外观气泡的预判方法，所述的预判方法步骤如下：

(1)取新拌的混凝土拌合物，平均分为三份，一份测试扩展度F_m，单位为mm，一份测试含气量A_f，单位为％，一份测试气泡排出阻力系数c_discharge，单位为N·s/m²；

(2)根据步骤(1)中测得的混凝土拌合物的扩展度F_m、含气量A_f以及气泡排出阻力系数c_discharge进行计算：k＝F_m·A_f·c_discharge，将k值按＞10000、5000～10000、＜5000划分为三个等级范围，对应的硬化混凝土外观质量为差(直径2mm以上气泡个数大于50个/m²，1mm～2mm气泡大于100个/m²)、中(直径2mm以上气泡个数20个/m²～50个/m²，1mm～2mm气泡50个/m²～100个/m²)、优(直径2mm以上气泡个数小于20个/m²，1mm～2mm气泡小于50个/m²)。

步骤(1)中，气泡排除阻力系数测试方法为：准备直径30cm、高度60cm的桶状容器，容器下端封闭，上端开口；准备一端带20cm弹簧的半径为r_ball(单位为m，r_ball≤0.015m)、密度为ρ_ball(单位为kg/m³)的塑料小球；将混凝土拌合物倒入容器中，记录拌合物上表面距容器底部的高度H(单位为m，H＜0.04m)，计算拌合物容重ρ_concrete(单位为kg/m³)；手持弹簧末端与容器上端齐平，使用杠杆将塑料小球向下压制混凝土拌合物底部，保持塑料小球处于容器底部中心，且弹簧与容器底部垂直；快速松开压制小球的杠杆并记录小球上浮至拌合物上表面的时间T(单位为s)，测试3次后取平均值；建立新拌混凝土气泡排除阻力c_discharge与小球半径r_ball、拌合物容重ρ_concrete、重力加速度g、拌合物高度H、小球上浮时间T之间的量化关系，根据测试值计算气泡排出阻力系数： $c_{\mathrm{disch}\arg e}=\frac{2}{9}{r}_{\mathrm{ball}}^{2}g({\mathrm{\ρ}}_{\mathrm{concrete}}-{\mathrm{\ρ}}_{\mathrm{ball}})\·\frac{T}{H}.$

步骤(1)中，所述混凝土拌合物的扩展度F_m以及含气量A_f的测试方法依据的是GB/T50080。

作为优选，步骤(1)中所述的混凝土拌合物在测试前先搅拌1.5～2.5min，确保混凝土拌合物均匀。

作为优选，步骤(1)中所述气泡排除阻力系数的总测试时间控制在30min以内。

本发明的预判方法中，最终硬化混凝土外观质量以每平方米气泡个数进行校核，标准不同于现行清水混凝土规范，适用于非清水普通混凝土外观质量的评价。本发明所述的新拌混凝土为采用天然砂、石配制和生产的混凝土。

本发明的原理是利用气泡在新拌混凝土多相体系中运动近似符合斯托克斯理论，基于此采用可视化小球代替气泡，借助相似原理，建立气泡在新拌混凝土至混凝土硬化阶段的排出过程模型，进一步通过实验测定新拌混凝土流动性、含气量对新拌混凝土气泡排出及硬化混凝土外观气泡数量的影响，将不同参数的影响规律进行迭代分析，提出全新的新拌混凝土性能预判硬化混凝土外观气泡个数的计算方法，最终实现硬化混凝土外观气泡的“事前反馈”预判。

本发明所述的硬化混凝土外观气泡预判方法，其优势体现在其是一种全新的预判方法，可快速预判混凝土硬化后外观气泡数量，且预判结果准确性较高。本发明所述的方法，解决了现有硬化混凝土外观气泡只有在拆模后才能进行评价，问题只能通过“事后反馈”补救解决的问题，针对采用复杂胶凝体系制备的现代混凝土外观气泡难于预测的情况，提供了一种成本低、简单、快速的“事前预判”方法。本发明所述的硬化混凝土外观气泡预判方法，其优势主要体现在：(1)无需复杂测试仪器，只需测试新拌混凝土扩展度、含气量、容重、拌合物高度、小球上浮时间等参数，操作在60min之内即可完成；(2)可量化预判混凝土硬化后的外观气泡数量，对混凝土配合比的优化及外加剂的优选指导性强。

附图说明

图1为采用本发明预判硬化混凝土外观气泡的实验方法流程图。

具体实施方式

下面结合具体实施例对本发明进行进一步描述，但本发明保护范围并不仅限于此。

实施例1：实验室混凝土外观气泡预判

实验室混凝土配合比如表1所示，改变外加剂使得到不同的硬化混凝土外观气泡。将混凝土混合物根据本发明的方法进行预判：

(1)取新拌的混凝土拌合物，搅拌2min后平均分为三份，一份根据GB/T50080测试扩展度F_m，单位为mm，一份根据GB/T50080测试含气量A_f，单位为％，一份测试气泡排出阻力系数c_discharge，单位为N·s/m²；气泡排出阻力系数c_discharge的测试方法：准备直径30cm，高度60cm的桶状容器，容器下端封闭，上端开口；准备一端带20cm弹簧的半径为r_ball(单位：m)(r_ball≤0.015m)、密度为ρ_ball(单位：kg/m³)的塑料小球；将混凝土拌合物倒入容器中，记录拌合物上表面距容器底部的高度H(单位：m)(H＜0.04m)，计算拌合物容重ρ_concrete(单位：kg/m³)；手持弹簧末端与容器上端齐平，使用杠杆将小球下压制混凝土拌合物底部，保持球处于容器底部中心，且弹簧与容器底部垂直；快速松开压制小球的杠杆并记录小球上浮至拌合物上表面的时间T(单位：s)，测试3次取平均值，气泡排除阻力系数测试时间应控制在10～20min；计算气泡排除阻力系数，具体计算公式为： $c_{\mathrm{disch}\arg e}=\frac{2}{9}{r}_{\mathrm{ball}}^{2}g({\mathrm{\ρ}}_{\mathrm{concrete}}-{\mathrm{\ρ}}_{\mathrm{ball}})\·\frac{T}{H}.$

(2)根据步骤(1)中测得的混凝土拌合物的扩展度F_m、含气量A_f以及气泡排出阻力系数c_discharge进行计算：k＝F_m·A_f·c_discharge，将k值按＞10000、5000～10000、＜5000划分为三个等级范围，对应的硬化混凝土外观质量为差(直径2mm以上气泡个数大于50个/m²，1mm～2mm气泡大于100个/m²)、中(直径2mm以上气泡个数20个/m²～50个/m²，1mm～2mm气泡50个/m²～100个/m²)、优(直径2mm以上气泡个数小于20个/m²，1mm～2mm气泡小于50个/m²)。

混凝土拌合物各参数测试与外观气泡预判结果如表2所示。混凝土拆模后采用图像识别处理技术，进行硬化混凝土外观气泡统计，统计结果如表3所示。

表1混凝土配合比(kg/m³)

编号	水泥	砂	小石	大石	水	减水剂
							1-1	450	683	391	725	152	PC 1-1
1-2	450	683	391	725	152	PC 1-2
							1-3	450	683	391	725	152	PC 1-3

表2混凝土拌合物各参数测试与外观气泡预判结果

	1-1	1-2	1-3
				扩展度Fm(mm)	510	430	400
含气量Af(％)	4.0	4.4	1.3
				小球rball(m)	0.01	0.01	0.01
小球密度ρball(kg/m3)	0.6	0.6	0.6
				高度H(m)	0.17	0.18	0.15
容重ρconcrete(kg/m3)	2232	2190	2428
				时间T1(s)	3.7	1.6	2.5
时间T2(s)	3.2	1.1	2.5
				时间T3(s)	3.6	1.5	2.8
平均时间T(s)	3.5	1.4	2.6
				气泡排出阻力系数cdischarge(N·s/m2)	10.00	3.71	9.16
k	20409.87	7016.42	4764.75
				直径＞2mm气泡预判(个/m2)	＞100	50～100	＜50
直径1mm～2mm气泡预判(个/m2)	＞50	20～50	＜20
				混凝土外观质量预判	差	中	优

表3图像识别处理技术测得的硬化混凝土外观气泡统计结果

	1-1	1-2	1-3
				直径＞2mm气泡(个/m2)	381	60	44
直径1mm～2mm气泡(个/m2)	83	27	16
				混凝土外观质量判定	差	中	优

由表2和表3的测试结果对比可以看出，采用本发明方法预判的结果与最终硬化混凝土外观质量结果相互吻合，这说明本发明的方法可快速、有效地实现硬化混凝土外观气泡的“事前反馈”判断。

实施例2：某市政工程混凝土外观气泡预判

采用某市政工程混凝土配合比如表4所示，进行硬化混凝土外观气泡质量预判。配合比中采用了两种不同的混凝土外加剂，优化混凝土外观质量调控技术方案。采用本发明方法进行预判，预判方法同实施例1，混凝土拌合物各参数测试与外观气泡预判结果如表5所示。混凝土拆模后采用图像识别处理技术，进行硬化混凝土外观气泡统计，统计结果如表6所示。

表4混凝土配合比(kg/m³)

编号	水泥	粉煤灰	砂	小石	大石	水	减水剂
								2-1	280	120	798	408	628	165	PC 2-1
2-2	280	120	798	408	628	165	PC 2-2

表5混凝土拌合物各参数测试与外观气泡预判结果

	2-1	2-2
			扩展度Fm(mm)	400	405
含气量Af(％)	3.4	2.0
			小球rball(m)	0.01	0.01
小球密度ρball(kg/m3)	0.6	0.6
			高度H(m)	0.16	0.15
容重ρconcrete(kg/m3)	2275	2396
			时间T1(s)	4	2.8
时间T2(s)	3.6	2.9
			时间T3(s)	3.8	3.3
平均时间T(s)	3.8	3
			气泡排出阻力系数cdischarge(N·s/m2)	11.76	10.43
k	15998.64	8450.97
			直径＞2mm气泡预判(个/m2)	＞100	50～100
直径1mm～2mm气泡预判(个/m2)	＞50	20～50
			混凝土外观质量预判	差	中

表6硬化混凝土外观气泡统计结果

	2-1	2-2
			直径＞2mm气泡(个/m2)	208	66
直径1mm～2mm气泡(个/m2)	69	26
			混凝土外观气泡质量判定	差	中

由表5和表6的结果对比可以看出：采用本发明方法预判的结果与硬化混凝土外观质量结果相互吻合，这说明采用本发明方法在实体工程混凝土未浇筑前即实现了硬化混凝土外观气泡的预判，且预判结果未受到混凝土配合比中矿物掺合料存在的影响，指导混凝土外观质量调控技术方案的优选。

实施例3：某桥梁工程混凝土外观气泡预判

采用某桥梁工程混凝土配合比如表7所示，进行硬化混凝土外观气泡预判。配合比中不单引入了粉煤灰、矿粉双掺，使体系更加复杂，还采用了两种不同的混凝土外加剂。采用本发明方法进行预判，预判方法同实施例1，混凝土拌合物各参数测试与外观气泡预判结果如表8所示。混凝土拆模后采用图像识别处理技术，进行硬化混凝土外观气泡统计，统计结果如表9所示。

表7混凝土配合比(kg/m³)

编号	水泥	粉煤灰	矿粉	砂	小石	大石	水	减水剂
									3-1	189	105	126	785	312	728	145	PC 3-1
3-2	189	105	126	785	312	728	145	PC 3-2

表8混凝土拌合物各参数测试与外观气泡预测结果

	3-1	3-2
			扩展度Fm(mm)	425	420
含气量Af(％)	2.3	1.6
			小球rball(m)	0.01	0.01
小球密度ρball(kg/m3)	0.6	0.6
			高度H(m)	0.16	0.15
容重ρconcrete(kg/m3)	2335	2397
			时间T1(s)	4.1	1.7
时间T2(s)	4.6	1.9
			时间T3(s)	4.8	2.1
平均时间T(s)	4.5	1.9
			气泡排出阻力系数cdischarge(N·s/m2)	14.30	6.61
k	13976.49	4442.27
			直径＞2mm气泡预判(个/m2)	＞100	＜50
直径1mm～2mm气泡预判(个/m2)	＞50	＜20
			混凝土外观质量预判	差	优

表9硬化混凝土外观气泡统计结果

	3-1	3-2
			直径＞2mm气泡(个/m2)	152	39
直径1mm～2mm气泡(个/m2)	57	15
			混凝土外观气泡质量判定	差	优

由表8和表9的结果对比可以看出：采用本发明方法预判的结果与硬化混凝土外观质量结果相互吻合，这说明本发明方法在实体工程混凝土未浇筑前即实现了硬化混凝土外观气泡的预判，指导了外加剂的优选，混凝土外观质量得到了有效提升。

Claims (3)

1.一种硬化混凝土外观气泡的预判方法，其特征在于，包括如下步骤：

(1)取新拌的混凝土拌合物，平均分为三份，一份测试扩展度F_m，单位为mm，一份测试含气量A_f，单位为％，一份测试气泡排出阻力系数c_discharge，单位为N·s/m²；

(2)根据步骤(1)中测得的混凝土拌合物的扩展度F_m、含气量A_f以及气泡排出阻力系数c_discharge进行计算：k＝F_m·A_f·c_discharge，将k值按＞10000、5000～10000、＜5000划分为三个等级范围，对应的硬化混凝土外观质量为差、中、优；硬化混凝土外观质量差是指直径2mm以上气泡个数大于50个/m²，1mm～2mm气泡大于100个/m²；硬化混凝土外观质量中是指直径2mm以上气泡个数20个/m²～50个/m²，1mm～2mm气泡50个/m²～100个/m²；硬化混凝土外观质量优是指直径2mm以上气泡个数小于20个/m²，1mm～2mm气泡小于50个m²；

步骤(1)中，气泡排出阻力系数测试方法为：准备直径30cm、高度60cm的桶状容器，容器下端封闭，上端开口；准备一端带20cm弹簧的半径为r_ball、密度为ρ_ball的塑料小球；将混凝土拌合物倒入容器中，记录拌合物上表面距容器底部的高度H，计算拌合物容重ρ_concrete；手持弹簧末端与容器上端齐平，使用杠杆将塑料小球向下压制混凝土拌合物底部，保持塑料小球处于容器底部中心，且弹簧与容器底部垂直；快速松开压制小球的杠杆并记录小球上浮至拌合物上表面的时间T，测试3次后取平均值；建立新拌混凝土气泡排出阻力系数c_discharge与小球半径r_ball、拌合物容重ρ_concrete、重力加速度g、拌合物高度H、小球上浮时间T之间的量化关系，根据测试值计算气泡排出阻力系数：

步骤(1)中，所述混凝土拌合物的扩展度F_m以及含气量A_f的测试方法依据的是GB/T50080。

2.如权利要求1所述的硬化混凝土外观气泡的预判方法，其特征在于，步骤(1)中所述的混凝土拌合物在测试前先搅拌1.5～2.5min。

3.如权利要求1或2所述的硬化混凝土外观气泡的预判方法，其特征在于，步骤(1)中所述气泡排出阻力系数的总测试时间控制在30min以内。