实践技术：简析混凝土含气量测定仪的工作原理和校准

来源：米乐体育app下载    发布时间：2025-04-24 23:44:23

  本文粗略地介绍了混凝土含气量测试中气压法的发展，分析了含气量测定仪的工作原理和校准方法，使操作人员从原理上了解仪器的结构用途，以保证仪器操作正确、测试准确；并能进行校准，以保持仪器的可靠性。

  混凝土中具有适宜的含气量，既能改善新拌混凝土的工作性，又能提高硬化混凝土的耐久性；如果含气量过高，不但影响新拌性能，更会造成混凝土强度、耐久性变差。因其重要性，则需要一种能快速、准确测试出混凝土含气量的试验方法。

  GB/T 50080—2002《普通混凝土拌合物性能测试方法标准》中，第7章规定了含气量试验方法。其条文说明的第7章中介绍：此方法准确称谓应为改良式气压[1]。在该标准修订前的GBJ 80—85版本中，包括水压法、气压法两种方法，其中气压法是无注水法[2]。三种方法，各有对应的测试仪器。该标准之后的修订版GB/T 50080—2016中，第15章是含气量试验，修订了几处细节，试验方法没有变化[3]

  1979年由原中国科学院水电部水利水电科学研究院研制并生产的，CA-1型混凝土含气量测定仪是使用无注水法测试的仪器。该院姜福田教授在设计时，参照了日本、美国、英国、ISO的有关标准。四年后按照每个用户反馈，又设计出改进型CA-2型。因为用CA-2型测试时，需要在混凝土抹面上注入一层水层，所以称为改良式气压法，也即是注水法。姜教授通过试验对比确认，注水法比之前的无注水法测试更加准确[4]。因为测试精度受混凝土抹面平整度的影响（混凝土抹面未与量钵上沿齐平，就会增大或减小空气所占的体积，进而影响含气量读数的准确性），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层，所以测试更加精确。

  本文中所使用的含气量测定仪为CA-3型直读式混凝土含气量测定仪（见图1），量钵容积为7L，可用注水法、无注水法两种方法测试。该型仪器与CA-2型相比：指针式仪表读数为含气量值，量程10%，最小刻度值0.1%，原仪器压力表读数是压力值，须先进行率定（见下文），才能把压力值换算为含气量值；气室增加了微调阀，原仪器是使用进气阀进行微调，操作不便；增加了手泵，可直接打气，原仪器需要在进气阀连接打气筒或气泵进行充气。该型仪器的结构是市场上最常见的型式，无论国产还是日产，样式大同小异。

  姜教授[4]介绍：“气压法原理是以气体波义尔定理（波义耳定律）为基础的，即在密闭容器中的定量气体，在恒温下，气体的压强和体积成反比关系。”根据定理，如果在温度相同的状态下，推导出A、B两种状态下的气体关系式：P=P，其中P为压强，V为气体体积。

  含气量测定仪的工作原理，就是通过向上盖气室内注入空气到很多压力（即压强），然后将压缩空气释放到量钵中，将混凝土挤实，从而排出混凝土中的气体，此时压缩空气所占空间增大，压力下降，且气室和量钵内的压力值相等。此时已知气室容积和注入空气的初始压力、下降后的压力，根据气体关系式则可计算出空间增大值，这个增大值再除以量钵容积（混凝土装入体积），就是混凝土中气体所占体积百分比，即混凝土含气量。

  为验证含气量测定仪是否准确，运用波义耳定律，通过有压气瓶、压力表和管路连接成简单机构（见图2），用来测试含气量测定仪表盘读数对应的压力值，与应用气体关系式计算的压力值作比较。测试用压力表量程为0.1MPa，最小分度值0.002MPa。

  姜教授文中[4]提到：气室容积为0.35L，即350mL（气室内部构造见图3）；注入空气的初始压力为1kg/cm，也就是0.098MPa，压力表实测该含气量测定仪表盘初压点压力为0.096MPa，文中计算以0.096MPa为准；压力平衡阀的容积约为7mL，可通过初压点到零刻度点的压力下降算得。现在，则可以计算出混凝土中不同气体体积对应的压力值 P，与压力表实测值对比，见表1。

  无注水法与注水法的初压点并不相同，实测P为0.094MPa。因没有注水，所以公式中要加入上盖穹顶的容积，约为113mL，可通过注水测得。计算出的不同压力值P与压力表实测值对比，见表1。

  从表可见，公式计算值与压力表实测值基本相符，仪器工作原理全部符合波义耳定律。

  GB/T 50080—2016中的试验方法有以下几部分：试验设备符合的规定、测定混凝土拌合物所用骨料的含气量、测定混凝土拌合物含气量、含气量测定仪容积的标定和压力表读数的率定。对于骨料的含气量，若不是多孔材质，含气量很小，可忽略不计。

  向量钵内装好新拌混凝土后，放在水平台面上（有利于量钵内气体排出），将含气量测定仪上盖平稳、对齐放到量钵上，上盖下面有密封圈，拧紧卡子，使仪器密闭。注水阀和排气排水阀连接量钵，通过注水阀向量钵内注水，直至排气排水阀有完整的水柱流出，此时上盖底部穹顶中已充满水，即可关闭这两个阀门（最好同时关闭，抑或先关闭注水阀、再关闭排气排水阀，防止空气流入）；若用无注水法测试，无需注水，直接关闭注水阀和排气排水阀即可。手泵连接气室，通过手泵向气室内打气，至仪表指针到达初压点（轻弹仪表，使指针准确指示位置），注水法的初压点I.P.Line是表盘中外圈黑字，无注水法的初压点I.P.Line是内圈红字，微调阀连接气室，指针超过初压点，可以放气微调。压力平衡阀按压时连通气室和量钵，按下平衡阀使气室内压缩空气流向量钵（至指针不再转向压降方向，放开），4～5秒后再按一次（初次按压时，压缩空气迅速向压力低的空间流动，形成压力梯度，气室中的压力需要几秒钟才能均衡，再按则可使气室和量钵内压力充分平衡，且指针指位准确），弹动仪表后读数，即为含气量。测试后，先打开排气排水阀，松开卡子取下上盖，再打开微调阀放气，以防水泥浆回流气室。最后清理仪器。

  量钵容积的确定，关系到含气量的计算。自仪器购置后，量钵的容积正常情况下不会有较明显变化，严重变形、大量粘附混凝土除外。将量钵放在水平台面上，盖上玻璃板，注满水，量钵内壁、玻璃板下不要有气泡，称出水的质量，即量钵容积，称量精度应不小于10g。

  将上盖平稳安放的注满水的量钵上，拧紧卡子，放在水平台面上，通过注水阀继续向仪器下部注水，直至排气排水阀有完整的水柱流出，说明水已注满，关闭排气排水阀和注水阀，用手泵向气室内打气，至仪表指针到达外圈黑字初压点，按压一次压力平衡阀，此时指针应指向零刻度点。如果，反复此操作，发现指针都未指向零点且差值不大，测试含气量时，差值应在初压点位置上让出。指针指向零点后，静停3～10分钟，观察指针是否有偏移，如没有，则说明密封性良好。

  对于注水法，先将量钵注满水，量钵内壁不要有气泡，注水阀下端装上取水管，把上盖安装到量钵上；仪器放到水平台面上，通过注水阀继续把水注满，关闭排气排水阀；注水阀上端装上U形管，用手泵向气室内打气，按下压力平衡阀，水就会从U形管排出，排出的水可用100mL量筒测量，也可用电子天平称量，水量在70mL左右，放开平衡阀，排出水量除以量钵容积就等于含气量；打开排气排水阀（因为此时量钵内是负压，U形管中水会流回量钵），使量钵内的压力与大气平衡后再关闭，关闭注水阀；手泵打压至黑字初压点，先后两次按下压力平衡阀，仪表读出的含气量值为1%左右，应与取水计算值一致。然后再重复打压取水、取水后测含气量的步骤，分别测得2%、3%、……10%。其中有一个细节问题，就是有些仪器配备的取水管长度较短，不足以取出700mL水，能自行用一节塑料管加长，或打开上盖直接取水后再测含气量。对于非直读式含气量仪，以上步骤也是率定的过程。建立取水计算值与气体压力值的关系曲线，实测时将压力表读值插入曲线，即可得出含气量。

  对于无注水法，量钵盖上玻璃板，装满水，把玻璃板平平移开，再把装好U形管、取水管的上盖安装到量钵上，无需再注水，同样打压取水、取水后测含气量，注意手泵打压至红字初压点，分别测得1%、2%、3%……10%，读值应与取水计算值相一致。

  JG/T 246—2009《混凝土含气量测定仪》[5]、SL 132—2017《混凝土拌和物含气量测定仪（气压式）校验方法》[6]都对含气量测定仪的校验有具体实际的要求，如果超过误差范围，则不可使用。另外，两个标准对仪器使用、校验环境的温度范围也有要求，因为温度会影响大气压力，从而使仪表读值不准。

  [1] GB/T 50080—2002．普通混凝土拌合物性能测试方法标准（已废止）[S]．

  [2] GBJ 80—85．普通混凝土拌合物性能测试方法，已废止[S]．

  [4] 姜福田．气压式混凝土含气量测定仪[J]．工业建筑，1985(8): 61-65．

  [6] SL 132—2017．混凝土拌和物含气量测定仪（气压式）校验方法[S]．

  第十届全国建筑固废和余泥渣土处理及资源化利用大会暨中国砂石协会建筑固废利用分会年会

  2025第二十一届全国商品混凝土可持续发展论坛暨2025中国商品混凝土年会

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