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直读式含气量测定仪介绍#

根据《水工混凝土试验规程》（SL-T352-2020）7.3条，测定碾压混凝土的含气量是非常重要的。在严寒地区处于冻融状态下的混凝土，需要控制合适的含气量以保证其耐久性。同时合适的含气量也可以保证混凝土的和易性，在拌合时更容易进行获得平整、质量均匀的混凝土。

一般测定混凝土含气量的设备为直读式混凝土含气量测定仪，该设备适用于骨料最大粒径 $\leq$ 40mm，含气量$\leq$ 10%的混凝土拌合物检测。

直读式含气量测定仪原理#

混凝土直读式含气量测定仪的原理是根据波义尔定律（Boyle’s Law）（即理想气体方程的简化形式），通过压力平衡法直接测定含气量。其表达式为

• 装料与密封

将新拌混凝土分层装入量钵，按规定方法捣实，刮平表面，确保装入的混凝土体积等于量钵的容积（称为 量钵容积）。盖上钵盖并紧密密封，保证整个系统不漏气。

• 加水至基准面

通过注水阀向量钵内注水，直到水面达到钵盖上的指定基准线（或刚好溢出）。这一步的目的是填满量钵内除混凝土固体颗粒本身占据体积以外的所有空间。这些空间包含了混凝土内部的微小气泡（空气）以及颗粒之间的空隙（此时被水填充）。

此时，量钵内未被固体占据的空间总体积（称为 可压缩空间体积）等于 量钵容积 减去 混凝土中绝对密实固体颗粒的总体积。这个空间内包含了水（不可压缩）和空气（可压缩）。

• 加压气室（初始状态）

关闭连接气室和量钵的阀门。用打气筒或手动泵向气室内加压，直到压力表上升到一个预先设定好的标准初始压力值（称为 初始压力$P_{1}$）。 此时，气室内封闭了一定质量的气体，其体积就是气室固定容积$V_{a}$，压力为 $P_{1}$。

• 连通与平衡（核心步骤进行气室连通）

打开连接气室和量钵的阀门。 气室中处于高压 $P_{1}$的气体迅速膨胀，涌入量钵内的可压缩空间。 气体膨胀导致整个系统（气室容积 + 量钵内可压缩空间）的压力下降，最终达到一个新的平衡状态，压力表指示出最终平衡压力$P_{2}$。 根据波义耳定律（温度不变，气体质量不变），气室初始状态的压力和体积乘积，等于系统连通平衡后的压力和体积乘积，则可以得出：

其中，$V_{air}$ 代表量钵可压缩空间体积中真正由空气（可压缩部分）占据的体积，即我们需要测定的混凝土含气量体积。

• 含气量推导

对上述波义耳定律公式进行变形，可以解出 空气体积$V_{air}$：

混凝土的含气量 $A$定义为空气体积占混凝土总体积（即量钵容积$V_{B}$）的百分比：

将 $V_{air}$代入上式，可以得到：

• 标定的作用

仪器制造商或用户在使用前必须进行标定（通常使用已知含气量为零的水或标准校准柱）。 标定的核心作用是：

1. 确定常数 $K$： 因为 气室容积$V_{a}$和 量钵容积$V_{B}$ 是仪器固有的固定值，它们的比值 $K = \frac{V_{a}}{V_{b}}\times 100\%$是一个常数。
2. 固定初始压力$P_{1}$： 确定标准操作压力。

标定后，压力表（或显示装置）的刻度或内部计算电路，会根据公式 $A = K\times\left( \frac{P_{1}}{P_{2}} -1\right)$进行设计和校准。因此，操作者只需读取连通平衡后的最终压力 $P_{2}$，仪器就能自动计算并直接显示出含气量百分比 $A$ 的数值，无需人工计算，实现了“直读”。

水工碾压混凝土含气量测定过程#

在测定前，应该提前对含气量测定仪进行率定。同时按照规范拌合碾压混凝土； 然后根据下述步骤进行碾压混凝土含气量的测定

1. 取拌合物15L，使用湿筛法筛除粒径大于40mm的骨料并拌合均匀；
2. 拌制混凝土，用湿筛法筛除大于40mm的骨料；
3. 用湿布润湿钵体内部，装入混凝土拌和物，用振动台振实，振动时间宜为15~30s至混凝土表面翻浆（如采用人工捣实，可将拌和物分两层装入，每层插捣25次)。用抹刀刮去多余的混凝土拌和物，仔细沿筒口抹平使表面光滑无气泡。擦净钵体筒口，盖上并紧固盖体；
4. 关紧气室操作阀，打开进水阀和排水阀，用注水器从进水阀注水。排水阀出水后，略微倾斜抬高排水阀，轻轻摇动含气量仪从排水阀排气，然后放平继续注水直至排水阀出水无气泡为止，先关闭排水阀再关闭进水阀。打气加压，使压力稍过初始压力，控制排气阀调整至初始压力。打开气室操作阀，使气室与容器连通，待压力平衡后读取指示表的示值。