透水模板對(duì)提高混凝土結(jié)構(gòu)耐久性的試驗(yàn)研究

歐陽(yáng)欽 沈志勇

(1．湖北水利水電職業(yè)技術(shù)學(xué)院，湖北 武漢 430070； 2.新八建設(shè)集團(tuán)有限公司，湖北 武漢 430033)

透水模板對(duì)提高混凝土結(jié)構(gòu)耐久性的試驗(yàn)研究

歐陽(yáng)欽1沈志勇2

(1．湖北水利水電職業(yè)技術(shù)學(xué)院，湖北 武漢 430070； 2.新八建設(shè)集團(tuán)有限公司，湖北 武漢 430033)

結(jié)合工程實(shí)際，運(yùn)用空氣滲透性、表面水吸附、回彈法等方法檢驗(yàn)了混凝土的表面性能，對(duì)比評(píng)價(jià)了透水模板的使用效果，試驗(yàn)表明：使用透水模板的混凝土表層強(qiáng)度、抗空氣、水吸附滲透能力均有改善，分析得出采用透水模板后混凝土表層變得更加密實(shí)，內(nèi)部水化反應(yīng)可以正常進(jìn)行，從而提高了混凝土的耐久性。

透水模板，耐久性，空氣滲透性，水吸附指標(biāo)，水膠比

0 引言

近年來我國(guó)對(duì)提高混凝土結(jié)構(gòu)耐久性的認(rèn)識(shí)日益加強(qiáng)，在工程實(shí)際中采用了多種提高混凝土結(jié)構(gòu)耐久性的施工新技術(shù)，其中透水模板(Controlled Permeability Formwork)是其中一種。該技術(shù)在國(guó)外建筑工程中使用范圍非常廣泛，目前在我國(guó)新建的杭州灣跨海大橋、深圳鹽田港區(qū)三期工程及某些軍事工程中得到了應(yīng)用[1]。但此項(xiàng)新技術(shù)在混凝土結(jié)構(gòu)中運(yùn)用的效果國(guó)內(nèi)缺乏相應(yīng)的評(píng)定標(biāo)準(zhǔn)，雖然住建部于2009年發(fā)表了JGJ/T 193—2009混凝土耐久性檢驗(yàn)評(píng)定標(biāo)準(zhǔn)，但該標(biāo)準(zhǔn)對(duì)混凝土結(jié)構(gòu)耐久性檢驗(yàn)評(píng)定項(xiàng)目仍以抗凍性能、抗水滲透性能、抗碳化性能和抗氯離子滲透性能[2]這些舊有檢測(cè)方法為主，仍采取現(xiàn)場(chǎng)取樣制備試塊然后回實(shí)驗(yàn)室檢測(cè)這種模式，并不太適合對(duì)工程現(xiàn)場(chǎng)實(shí)體進(jìn)行檢驗(yàn)。因此新八建設(shè)集團(tuán)有限公司與武漢紡織大學(xué)合作在武漢科技學(xué)院15號(hào)教工住宅樓工程中采用透水模板，并運(yùn)用國(guó)外相關(guān)混凝土耐久性檢驗(yàn)評(píng)定方法對(duì)其實(shí)際使用效果進(jìn)行了試驗(yàn)研究。

1 試驗(yàn)研究方法

1.1 試驗(yàn)對(duì)象選擇

為了獲得透水模板的使用對(duì)比效果數(shù)據(jù)，抽取四層以上標(biāo)準(zhǔn)層中的三根柱進(jìn)行試驗(yàn)，考慮柱模在使用透水模板時(shí)一般周轉(zhuǎn)三次，故對(duì)這三根柱連續(xù)跟蹤檢測(cè)三層以取得周轉(zhuǎn)運(yùn)用透水模板的相應(yīng)數(shù)據(jù)。

對(duì)于選擇的試驗(yàn)對(duì)象上分別采取了貼透水模板內(nèi)襯和不貼的方式，在混凝土成型28 d后分別進(jìn)行試驗(yàn)，同時(shí)對(duì)現(xiàn)場(chǎng)每層柱混凝土澆筑時(shí)專門留置一組試塊進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)，用于試驗(yàn)對(duì)比分析(本次試驗(yàn)中對(duì)普通混凝土面代號(hào)為CON，采用透水模板的混凝土面代號(hào)為CPF)。

1.2 工程原材料

武漢科技學(xué)院15號(hào)教工住宅樓工程采用商品混凝土，標(biāo)準(zhǔn)層柱混凝土強(qiáng)度等級(jí)為C35，水膠比為0.42，同時(shí)為保證試驗(yàn)具有代表性，所采用材料均為武漢地區(qū)常用品種。

1)水泥：武鋼華新水泥廠產(chǎn)42.5水泥；2)摻合料：漢川電廠產(chǎn)Ⅰ級(jí)粉煤灰；3)外加劑：武漢凌博產(chǎn)FDN-5000；4)砂：巴河中砂，細(xì)度模數(shù)2.6；5)石：烏龍泉石場(chǎng)，5 mm～31.5 mm碎石；6)透水模板：武漢紡織大學(xué)所生產(chǎn)透水模板。

1.3 檢驗(yàn)選用方法

1)空氣滲透性試驗(yàn)。當(dāng)前國(guó)際上認(rèn)為空氣滲透性是影響混凝土耐久性的重要指標(biāo)之一，其中CLAMtest法[3-5]在作為測(cè)量空氣滲透性試驗(yàn)的方法之一被公認(rèn)，本次試驗(yàn)運(yùn)用的是英國(guó)生產(chǎn)的AUTOCLAM混凝土滲透性儀法采取CLAMtest法[3-5]進(jìn)行空氣滲透性標(biāo)測(cè)。

2)水吸附試驗(yàn)。當(dāng)前國(guó)際中多采用水吸附試驗(yàn)衡量混凝土抗水滲透的指標(biāo)之一，本次試驗(yàn)采用英國(guó)BS 1881-208[6]標(biāo)準(zhǔn)中的水吸附試驗(yàn)法，量測(cè)ISAT10值，試驗(yàn)設(shè)備同樣采用英國(guó)生產(chǎn)的AUTOCLAM混凝土滲透性儀。

3)混凝土表面強(qiáng)度試驗(yàn)。根據(jù)JGJ/T 23—2011回彈法檢測(cè)混凝土強(qiáng)度技術(shù)規(guī)程，采用回彈儀對(duì)混凝土表面進(jìn)行回彈值測(cè)定，并按照測(cè)區(qū)混凝土回彈—強(qiáng)度換算表?yè)Q算為混凝土表面抗壓強(qiáng)度[7]。因?yàn)榛貜梼x彈擊混凝土表面后該局部位置較為密實(shí)，可能會(huì)影響表層性能指標(biāo)，故回彈試驗(yàn)安排在空氣滲透性、水吸附試驗(yàn)完成后再進(jìn)行，同時(shí)現(xiàn)場(chǎng)混凝土強(qiáng)度值采用同條件養(yǎng)護(hù)強(qiáng)度值，所以回彈試驗(yàn)待構(gòu)件齡期大于600 ℃·d后進(jìn)行，以取得相對(duì)應(yīng)試驗(yàn)數(shù)據(jù)。

2 試驗(yàn)及結(jié)果分析

1)混凝土空氣滲透性指標(biāo)見圖1。根據(jù)空氣滲透性指數(shù)對(duì)混凝土保護(hù)層質(zhì)量判別表(見表1)，可以看到：采用透水模板的混凝土表層在前兩次都屬于“很好”的等級(jí)，重復(fù)使用到第三次時(shí)空氣滲透性等級(jí)下降至“好”，而對(duì)比普遍混凝土表層基本屬于“差”的等級(jí)。這說明采用透水模板可以顯著提高混凝土的空氣滲透性指標(biāo)，并且在重復(fù)使用三次以內(nèi)其混凝土的空氣滲透性能基本可以保證。

表1 空氣滲透性指數(shù)對(duì)混凝土保護(hù)層質(zhì)量判別表

保護(hù)質(zhì)量Autoclam透氣性指數(shù)/min很好Ln≤0．10好0．100．90

2)混凝土水吸附指標(biāo)見圖2。從圖中指標(biāo)對(duì)比可以看出：透水模板在前兩次使用表層水吸附值較為理想，所有采用透水模板的混凝土表層水吸附值都屬于“低”的等級(jí)，但與空氣滲透性實(shí)驗(yàn)結(jié)果相同——至三次重復(fù)使用時(shí)表層水吸附值指標(biāo)有了明顯下降，降到了“中”的等級(jí)，而普通混凝土都屬于“高”的等級(jí)。說明透水模板周轉(zhuǎn)三次后，混凝土表層性仍能屬于“較好”等級(jí)，但繼續(xù)使用是否可以提高混凝土結(jié)構(gòu)耐久性持謹(jǐn)慎態(tài)度(如表2所示)。

表2 表層水吸附能力批判表(Basheer,1993)ISAT10

mL/(m2·s)

表3 回彈法測(cè)量混凝土表層強(qiáng)度對(duì)比 MPa

3)測(cè)量表層強(qiáng)度。從表3中可以看出，不同于空氣滲透性、表層水吸附能力實(shí)驗(yàn)，在透水模板重復(fù)使用三次后混凝土表層強(qiáng)度并沒有明顯降低，經(jīng)換算均超過C50，其他未采用透水模板的混凝土表面強(qiáng)度換算接近設(shè)計(jì)強(qiáng)度C35，提取同條件養(yǎng)護(hù)混凝土試塊強(qiáng)度報(bào)告，四、五、六層柱混凝土強(qiáng)度分別為40 MPa，39.6 MPa，38.9 MPa，基本與回彈實(shí)驗(yàn)結(jié)果相符。分析原因引用Duff Abrams的水灰比與強(qiáng)度對(duì)應(yīng)公式[8]：

其中，A=96.5MPa，B=4，σc取混凝土強(qiáng)度值，推算出采用透水模板混凝土表面水膠比值為0.29～0.31，而該工程中混凝土配合比設(shè)計(jì)水膠比值為0.42，由此可見采用透水模板的混凝土表層水膠比有明顯減小。

這些現(xiàn)象表明：對(duì)于混凝土必須提供充分的水分來保證水化反應(yīng)以將孔隙率降低到所要求的強(qiáng)度和耐久性[8]。根據(jù)L.E柯普蘭德的研究理論，完全水化反應(yīng)的水灰比不應(yīng)該低于0.42，本工程柱混凝土的設(shè)計(jì)水膠比為0.42。從理論上說，無需提供額外的水分也能保證完全水化反應(yīng)，但由于模板吸水、外部蒸發(fā)作用，混凝土表面漿體會(huì)失去部分水分，這時(shí)必須進(jìn)行濕水養(yǎng)護(hù)。但是在工程實(shí)際中施工人員濕水程度大多不充分，混凝土并不處于連續(xù)潮濕養(yǎng)護(hù)條件下，導(dǎo)致外部混凝土反復(fù)干濕循環(huán)，混凝土漿體收縮改變孔徑分布，使部分毛細(xì)孔變成相互連通，混凝土滲透性大大降低。而在標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)條件下，水化反應(yīng)進(jìn)行較充分，C-S-H凝膠孔的形成堵塞互相連通的孔，整體滲透性可以得到保證。

采用透水模板可使混凝土表層的水膠比減小，混凝土表層變得更加密實(shí)，水不易被蒸發(fā)，因此內(nèi)部水化反應(yīng)可以正常進(jìn)行，混凝土表層的孔分布情況得到改善，從而提高了混凝土的耐久性。

3 試驗(yàn)研究結(jié)論

通過透水模板對(duì)提高混凝土結(jié)構(gòu)耐久性的試驗(yàn)研究得到以下結(jié)論：

1)采用透水模板可以顯著提高混凝土表層抗空氣滲透性能力，降低表層水吸附能力，提高混凝土表層強(qiáng)度。因此采用透水模板技術(shù)可提高混凝土結(jié)構(gòu)的耐久性，具有很大的推廣使用前景。

2)透水模板在重復(fù)使用三次以后表明：雖然回彈實(shí)驗(yàn)表明混凝土表層強(qiáng)度基本沒有明顯降低，但混凝土的表層空氣滲透性、水吸附能力指標(biāo)有了明顯降低，所以透水模板在今后運(yùn)用中應(yīng)周轉(zhuǎn)三次以內(nèi)為宜。

3)提高混凝土結(jié)構(gòu)耐久性重點(diǎn)在于表層性能，因此在工程施工中應(yīng)加強(qiáng)對(duì)混凝土養(yǎng)護(hù)，減少互相連通毛細(xì)孔的生成，降低混凝土的滲透性，從而提高混凝土結(jié)構(gòu)的耐久性。

[1] 傅立榮.透水模板在鹽田港區(qū)三期工程中的應(yīng)用研究[J].水運(yùn)工程,2004(10)：36-39.

[2]JGJ/T193—2009，混凝土耐久性檢驗(yàn)評(píng)定標(biāo)準(zhǔn)[S].

[3]ACICommittee228，NondestructiveTestMethodsforEvaluationofConcreteinStructures[S].

[4]JamesW.Bryant,JrNON-INVASIVEPERMEABILITYSSESSMENTOFHIGHPERFORMANCECONCRETEBRIDGEDECKMIXTURES[Z].

[5]A.E.LongUa,U.G.D.Hendersonb,F.R..MontgomerycWhyassessthepropertiesofnear-surfaceconcrete[Z].

[6]BS1881-208:1996Testingconcrete.Recommendationsforthedeterminationoftheinitialsurfaceabsorptionofconcrete[S].

[7] 田正宏.透水模板布改善混凝土表層質(zhì)量試驗(yàn)研究[J].東南大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版)，2008(1)：146-149.

[8] 西德尼·明德斯(SideyMindess).混凝土[M].第2版.北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2005.

Experiments and Researches on controlledpermeability formwork to improve the durability of concrete structure

Ouyang Qin1Shen Zhiyong2

(1.HubeiWaterResourcesTechnicalCollege,Wuhan430070,China； 2.XinbaConstructionGroupCo.,Ltd,Wuhan430033,China)

Combining with the performances in projects including air permeability, surface water absorption, and rebound method, the paper compares and evaluates the effect of the permeability effect, proves by the test that the concrete surface strength, anti-air, and water absorption permeability performance of the formwork, and analyzes the concrete surface after the permeability formwork are much tighter and the internal hydration reaction is normal, so it can improve the concrete durability.

permeability formwork, durability, air permeability, water absorption index, water-binder ratio

2015-02-08

歐陽(yáng)欽(1973- )，男，高級(jí)工程師； 沈志勇(1970- )，男，高級(jí)工程師

1009-6825(2015)11-0027-02

TU528

A