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本文選自《商品混凝土》雜志2024年第2期

簡析混凝土含氣量測定儀的工作原理和校準

賈海濤，翟艷軍，張功輝，崔建，彭新勇

［摘 要］本文簡單介紹了混凝土含氣量測試中氣壓法的發展，分析了含氣量測定儀的工作原理和校準方法，使操作人員從原理上了解儀器的結構用途，以保證儀器操作正確、測試準確；并能進行校準，以保持儀器的可靠性。

［關鍵詞］無注水法；注水法；工作原理；校準

0 前言

混凝土中具有適宜的含氣量，既可以改善新拌混凝土的工作性，又能提高硬化混凝土的耐久性；如果含氣量過高，不但影響新拌性能，更會造成混凝土強度、耐久性變差。因其重要性，則需要一種能快速、準確測試出混凝土含氣量的試驗方法。

1 方法發展

GB/T 50080—2002《普通混凝土拌合物性能試驗方法標準》中，第7章規定了含氣量試驗方法。其條文說明的第7章中介紹：此方法準確稱謂應為改良式氣壓^[1]。在該標準修訂前的GBJ 80—85版本中，包括水壓法、氣壓法兩種方法，其中氣壓法是無注水法^[2]。三種方法，各有對應的測試儀器。該標準之后的修訂版GB/T 50080—2016中，第15章是含氣量試驗，修訂了幾處細節，試驗方法沒有變化^[3]

1979年由原中國科學院水電部水利水電科學研究院研制并生產的，CA-1型混凝土含氣量測定儀是使用無注水法測試的儀器。該院姜福田教授在設計時，參照了日本、美國、英國、ISO的相關標準。四年后根據用戶反饋，又設計出改進型CA-2型。因為用CA-2型測試時，需要在混凝土抹面上注入一層水層，所以稱為改良式氣壓法，也即是注水法。姜教授通過試驗對比確認，注水法比之前的無注水法測試更加準確^[4]。因為測試精度受混凝土抹面平整度的影響（混凝土抹面未與量缽上沿齊平，就會增大或減小空氣所占的體積，從而影響含氣量讀數的準確性），干硬性混凝土不易做到抹面完全水平，而注水法利用水形成找平層，所以測試更加精確。

本文中所使用的含氣量測定儀為CA-3型直讀式混凝土含氣量測定儀（見圖1），量缽容積為7L，可用注水法、無注水法兩種方法測試。該型儀器與CA-2型相比：指針式儀表讀數為含氣量值，量程10%，最小刻度值0.1%，原儀器壓力表讀數是壓力值，須先進行率定（見下文），才能把壓力值換算為含氣量值；氣室增加了微調閥，原儀器是使用進氣閥進行微調，操作不便；增加了手泵，可直接打氣，原儀器需要在進氣閥連接打氣筒或氣泵進行充氣。該型儀器的結構是市場上最為常見的型式，無論國產還是日產，樣式大同小異。

2 工作原理

2.1 原理根據

姜教授^[4]介紹：“氣壓法原理是以氣體波義爾定理（波義耳定律）為基礎的，即在密閉容器中的定量氣體，在恒溫下，氣體的壓強和體積成反比關系?！备鶕ɡ?，如果在溫度相同的狀態下，推導出A、B兩種狀態下的氣體關系式：P=P，其中P為壓強，V為氣體體積。

2.2 儀器工作原理

含氣量測定儀的工作原理，就是通過向上蓋氣室內注入空氣到一定壓力（即壓強），然后將壓縮空氣釋放到量缽中，將混凝土擠實，從而排出混凝土中的氣體，此時壓縮空氣所占空間增大，壓力下降，且氣室和量缽內的壓力值相等。此時已知氣室容積和注入空氣的初始壓力、下降后的壓力，根據氣體關系式則可計算出空間增大值，這個增大值再除以量缽容積（混凝土裝入體積），就是混凝土中氣體所占體積百分比，即混凝土含氣量。

2.3 原理驗證

為驗證含氣量測定儀是否準確，運用波義耳定律，通過有壓氣瓶、壓力表和管路連接成簡單機構（見圖2），用來測試含氣量測定儀表盤讀數對應的壓力值，與應用氣體關系式計算的壓力值作比較。測試用壓力表量程為0.1MPa，最小分度值0.002MPa。

對于注水法，計算公式為：

= P（V+V+V） (1)

式中：

——氣室注入空氣的初始壓力，MPa；

——氣室容積，mL；

——壓力平衡后的壓力值，MPa；

——壓力平衡閥的容積，mL；

——混凝土中氣體體積，mL。

姜教授文中^[4]提到：氣室容積為0.35L，即350mL（氣室內部構造見圖3）；注入空氣的初始壓力為1kg/cm，也就是0.098MPa，壓力表實測該含氣量測定儀表盤初壓點壓力為0.096MPa，文中計算以0.096MPa為準；壓力平衡閥的容積約為7mL，可通過初壓點到零刻度點的壓力下降算得?，F在，則可以計算出混凝土中不同氣體體積對應的壓力值 P，與壓力表實測值對比，見表1。

對于無注水法，計算公式為：

=P(V+V+V+V) (2)

式中：

——氣室注入空氣的初始壓力，MPa；

——壓力平衡后的壓力值，MPa；

——上蓋穹頂的容積，mL。

無注水法與注水法的初壓點并不相同，實測P為0.094MPa。因為沒有注水，所以公式中要加入上蓋穹頂的容積，約為113mL，可通過注水測得。計算出的不同壓力值P與壓力表實測值對比，見表1。

從表可見，公式計算值與壓力表實測值基本相符，儀器工作原理完全符合波義耳定律。

2.4 試驗操作

GB/T 50080—2016中的試驗方法包括以下幾部分：試驗設備符合的規定、測定混凝土拌合物所用骨料的含氣量、測定混凝土拌合物含氣量、含氣量測定儀容積的標定和壓力表讀數的率定。對于骨料的含氣量，如果不是多孔材質，含氣量很小，可以忽略不計。

向量缽內裝好新拌混凝土后，放在水平臺面上（有利于量缽內氣體排出），將含氣量測定儀上蓋平穩、對齊放到量缽上，上蓋下面有密封圈，擰緊卡子，使儀器密閉。注水閥和排氣排水閥連接量缽，通過注水閥向量缽內注水，直至排氣排水閥有完整的水柱流出，此時上蓋底部穹頂中已充滿水，即可關閉這兩個閥門（最好同時關閉，抑或先關閉注水閥、再關閉排氣排水閥，防止空氣流入）；若用無注水法測試，無需注水，直接關閉注水閥和排氣排水閥即可。手泵連接氣室，通過手泵向氣室內打氣，至儀表指針到達初壓點（輕彈儀表，使指針準確指示位置），注水法的初壓點I.P.Line是表盤中外圈黑字，無注水法的初壓點I.P.Line是內圈紅字，微調閥連接氣室，指針超過初壓點，可以放氣微調。壓力平衡閥按壓時連通氣室和量缽，按下平衡閥使氣室內壓縮空氣流向量缽（至指針不再轉向壓降方向，放開），4～5秒后再按一次（初次按壓時，壓縮空氣迅速向壓力低的空間流動，形成壓力梯度，氣室中的壓力需要幾秒鐘才能均衡，再按則可使氣室和量缽內壓力充分平衡，且指針指位準確），彈動儀表后讀數，即為含氣量。測試后，先打開排氣排水閥，松開卡子取下上蓋，再打開微調閥放氣，以防水泥漿回流氣室。最后清理儀器。

3 儀器校準

3.1 量缽容積

量缽容積的確定，關系到含氣量的計算。自儀器購置后，量缽的容積一般不會有較明顯變化，嚴重變形、大量粘附混凝土除外。將量缽放在水平臺面上，蓋上玻璃板，注滿水，量缽內壁、玻璃板下不要有氣泡，稱出水的質量，即量缽容積，稱量精度應不小于10g。

3.2 密封性

將上蓋平穩安放的注滿水的量缽上，擰緊卡子，放在水平臺面上，通過注水閥繼續向儀器下部注水，直至排氣排水閥有完整的水柱流出，說明水已注滿，關閉排氣排水閥和注水閥，用手泵向氣室內打氣，至儀表指針到達外圈黑字初壓點，按壓一次壓力平衡閥，此時指針應指向零刻度點。如果，反復此操作，發現指針都未指向零點且差值不大，測試含氣量時，差值應在初壓點位置上讓出。指針指向零點后，靜停3～10分鐘，觀察指針是否有偏移，如沒有，則說明密封性良好。

3.3 標定

對于注水法，先將量缽注滿水，量缽內壁不要有氣泡，注水閥下端裝上取水管，把上蓋安裝到量缽上；儀器放到水平臺面上，通過注水閥繼續把水注滿，關閉排氣排水閥；注水閥上端裝上U形管，用手泵向氣室內打氣，按下壓力平衡閥，水就會從U形管排出，排出的水可用100mL量筒測量，也可用電子天平稱量，水量在70mL左右，放開平衡閥，排出水量除以量缽容積就相當于含氣量；打開排氣排水閥（因為此時量缽內是負壓，U形管中水會流回量缽），使量缽內的壓力與大氣平衡后再關閉，關閉注水閥；手泵打壓至黑字初壓點，先后兩次按下壓力平衡閥，儀表讀出的含氣量值為1%左右，應與取水計算值一致。然后再重復打壓取水、取水后測含氣量的步驟，分別測得2%、3%、……10%。其中有一個細節問題，就是有些儀器配備的取水管長度較短，不足以取出700mL水，可以自行用一節塑料管加長，或打開上蓋直接取水后再測含氣量。對于非直讀式含氣量儀，以上步驟也是率定的過程。建立取水計算值與氣體壓力值的關系曲線，實測時將壓力表讀值插入曲線，即可得出含氣量。

對于無注水法，量缽蓋上玻璃板，裝滿水，把玻璃板平平移開，再把裝好U形管、取水管的上蓋安裝到量缽上，無需再注水，同樣打壓取水、取水后測含氣量，注意手泵打壓至紅字初壓點，分別測得1%、2%、3%……10%，讀值應與取水計算值相一致。

3.4 標準要求

JG/T 246—2009《混凝土含氣量測定儀》^[5]、SL 132—2017《混凝土拌和物含氣量測定儀（氣壓式）校驗方法》^[6]都對含氣量測定儀的校驗有具體要求，如果超過誤差范圍，則不可使用。另外，兩個標準對儀器使用、校驗環境的溫度范圍也有要求，因為溫度會影響大氣壓力，從而使儀表讀值不準。

參考文獻

[1] GB/T 50080—2002．普通混凝土拌合物性能試驗方法標準（已廢止）[S]．

[2] GBJ 80—85．普通混凝土拌合物性能試驗方法，已廢止[S]．

[3] GB/T 50080—2016．普通混凝土拌合物性能試驗方法標準[S]．

[4] 姜福田．氣壓式混凝土含氣量測定儀[J]．工業建筑，1985(8): 61-65．

[5] JG/T 246—2009．混凝土含氣量測定儀[S]．

[6] SL 132—2017．混凝土拌和物含氣量測定儀（氣壓式）校驗方法[S]．

供稿人：賈海濤，翟艷軍

編輯員：李海亮

審核人：孫繼成，寧夏

【標準規范】

《建筑固廢再生砂粉應用技術規范》行標

《建筑物綠色拆除與建筑垃圾綜合利用技術規程》CECS

《預拌混凝土使用說明書》團標

《砂漿和混凝土用石屑》團標

《預拌混凝土產品質量追溯規范》團標

【會議培訓】

2025全國混凝土行業創新發展與廢棄物資源再生技術交流大會

第十屆全國建筑固廢和余泥渣土處理及資源化利用大會暨中國砂石協會建筑固廢利用分會年會

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《新技術在混凝土中的應用》圖書

《常見預拌混凝土質量事故分析百例》圖書

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