裝配式混凝土U型渠耐久性能試驗(yàn)研究

賈　超，王嘉斌，劉玉利

（山東大學(xué)土建與水利學(xué)院，山東 濟(jì)南 250061）

裝配式混凝土U型渠耐久性能試驗(yàn)研究

賈超，王嘉斌，劉玉利

（山東大學(xué)土建與水利學(xué)院，山東 濟(jì)南 250061）

【摘要】本文借助于室內(nèi)混凝土耐久性試驗(yàn)，對(duì)比分析不同配合比的混凝土強(qiáng)度特性、抗水滲透系數(shù)、抗氯離子滲透系數(shù)、抗凍性能等，由此可知，U型渠在實(shí)際工程應(yīng)用中對(duì)不同地區(qū)，應(yīng)選擇不同的配合比，以使渠道工程達(dá)到最好的性價(jià)比。

【關(guān)鍵詞】混凝土；U型渠；滲透系數(shù)；抗凍等級(jí)

混凝土U型渠具有防滲效果顯著、水力性能好，輸水輸沙能力強(qiáng)、渠道占地少、省工節(jié)料等優(yōu)點(diǎn)，而裝配式渠道因安裝簡易、檢修方便，已逐步應(yīng)用于渠道工程中。

裝配式混凝土U型渠在水力參數(shù)、結(jié)構(gòu)體型方面有較為系統(tǒng)的研究；在現(xiàn)場(chǎng)施工方法等方面有過初期的探討，但其強(qiáng)度、抗凍性能等耐久性能缺乏系統(tǒng)的理論和試驗(yàn)研究，本文擬通過試驗(yàn)研究渠道混凝土耐久性能。

1　試驗(yàn)準(zhǔn)備

1.1試驗(yàn)原材料

水泥為P.O42.5級(jí)；粗骨料為5～20mm碎石；細(xì)骨料為中細(xì)砂；礦粉為S95級(jí)?；郀t礦渣粉；粉煤灰為F類Ⅱ級(jí)粉煤灰；減水劑為聚羧酸高效減水劑。

1. 2配合比設(shè)計(jì)

渠道混凝土強(qiáng)度為C30等級(jí)，采取溜槽施工工藝，設(shè)計(jì)坍落度為160~180mm。采取超量取代法計(jì)算礦粉及粉煤灰的用量，試驗(yàn)配合比見表1。

1.3試件制備

本次試驗(yàn)中，為防止在試驗(yàn)中混凝土試件有損失，制備試件時(shí)應(yīng)有富余量。試件澆筑24h后脫模，隨后將試件送到標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)室 （溫度為20±2℃、相對(duì)濕度為95%以上）養(yǎng)護(hù)至各項(xiàng)試驗(yàn)規(guī)定的齡期。

表1試驗(yàn)混凝土配合比 kg/m3

2　混凝土試驗(yàn)結(jié)果分析

2.1拌合物基本性能

混凝土拌合物的性能包括坍落度、含氣量、密度，測(cè)量所得值見表2。

由表2中可知，拌合物的坍落度和密度均滿足配比設(shè)計(jì)要求；由于沒有加入引氣劑，拌合物的含氣量變化并不大；新拌合物的流動(dòng)性、黏聚性和保水性均良好，未出現(xiàn)泌水和離析現(xiàn)象。

2.2混凝土力學(xué)性能

表2混凝土拌合物性能

試驗(yàn)完成齡期為7d、28d的立方體抗壓強(qiáng)度，通過計(jì)算可以得到：1）各配合比7d抗壓強(qiáng)度分別達(dá)到設(shè)計(jì)強(qiáng)度的87.7%、97.0%、104.3%，表明混凝土能在7d齡期時(shí)拆模；2）各配合比28d抗壓強(qiáng)度分別是設(shè)計(jì)值的1.14倍、1.39倍、1.3倍，都能達(dá)到配合比設(shè)計(jì)要求；3）各配合比的7d 和28d強(qiáng)度值相比，增加幅度分別為29.7%、43.3%、23.6%，表明：①不添加任何外加劑和摻和料的混凝土的7d到28d強(qiáng)度的增加幅度為20%～30%；②加入粉煤灰的混凝土的前期強(qiáng)度增加較慢，后期增長幅度較大；③在混凝土加入減水劑后，早期強(qiáng)度增長較快，后期強(qiáng)度增長較慢。

2.3抗水滲透性能

采用滲透高度法測(cè)定混凝土的抗水滲透系數(shù)，各配合比試件劈裂面的滲水高度平均值見表3。通過對(duì)比分析表3，可得到：

表3混凝土滲水高度及滲透系數(shù)值

1）水灰比影響混凝土的滲透系數(shù)，這是由于混凝土的水灰比小，密實(shí)度高，其內(nèi)部孔隙小，因而抗?jié)B性好。

2）加入粉煤灰的混凝土抗水滲透系數(shù)較小，這是由于粉煤灰的火山灰效應(yīng)能產(chǎn)生“二次水化反應(yīng)”而具有凝膠性能，能夠增加混凝土密實(shí)性，改善孔結(jié)構(gòu)，從而提高混凝土的抗?jié)B性。

3）摻加減水劑能夠顯著提高混凝土的抗?jié)B性，這是由于摻加減水劑改善混凝土拌合物的和易性，提高密實(shí)度，減少混凝土泌水形成的毛細(xì)孔數(shù)量和密集與骨料周邊的氣孔，從而提高混凝土的抗?jié)B性。

綜上所述，3組配合比的混凝土的滲透系數(shù)較小，均能滿足裝配式U型渠的抗水滲透及耐久性要求。

2.4抗凍融循環(huán)性能

通過標(biāo)準(zhǔn)的快速凍融循環(huán)試驗(yàn)，確定混凝土的抗凍等級(jí)，本次完成了150次凍融循環(huán)試驗(yàn)。凍融循環(huán)試驗(yàn)主要以混凝土試件的質(zhì)量損失和相對(duì)動(dòng)彈性模量作為判定依據(jù)。

由試驗(yàn)可知，凍融過程中，混凝土試件的質(zhì)量損失不大，表明各組配合比混凝土在凍融工況下不會(huì)產(chǎn)生試件破壞，能夠保持完整性，同時(shí)也說明本次凍融循環(huán)不能用質(zhì)量損失率來判定混凝土抗凍等級(jí)。

由相對(duì)動(dòng)彈性模量結(jié)果可知，第Ⅰ、Ⅱ組分別完成100次、75次凍融后，相對(duì)動(dòng)彈性模量低于60%，則其抗凍等級(jí)分別為F100、F75；第Ⅲ組配合比的混凝土試件在動(dòng)融為150次后，其相對(duì)動(dòng)彈性模量還高于90%，表明其抗凍等級(jí)為F150以上，抗凍性能最高。

參照配合比分析可得，加入了粉煤灰，抗凍等級(jí)較低，表明粉煤灰會(huì)降低混凝土的抗凍性能；而加入減水劑后，其抗凍性能得到了很大的提高，表明加入減水劑，降低水灰比，能大幅度地提高混凝土的抗凍性能。

2.5抗凍氯離子滲透性能

采用快速氯離子遷移系數(shù)法（RCM法）分析混凝土的抗氯離子滲透性能。試驗(yàn)電壓為30V，持續(xù)時(shí)間為24h，試件的厚度為4個(gè)試件的平均高度。

通過試驗(yàn)可知，Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ組試件平均厚度分別為50.8mm、51.6mm、51.2mm，氯離子滲透高度分別為24.17mm、29.22mm、20.1mm，滲透系數(shù)分別為11.37×10-12m2/s、14.11×10-12m2/s、9.41× 10-12m2/s。各組配合比混凝土的抗氯離子滲透系數(shù)都很小，均能滿足混凝土在一般氯離子環(huán)境中耐久性要求。摻入粉煤灰的混凝土的抗氯離子滲透系數(shù)較大，這是粉煤灰顆粒細(xì)化了毛細(xì)孔徑，延長了毛細(xì)孔通道，改善其內(nèi)部孔結(jié)構(gòu)，增加了氯離子的通道，所以粉煤灰混凝土的抗氯離子滲透性能較差。

3結(jié)語

通過室內(nèi)試驗(yàn)研究了裝配式混凝土U型渠的耐久性能，由試驗(yàn)可知，各組配合比的混凝土均能滿足渠道在運(yùn)輸安裝、安全運(yùn)行時(shí)的基本強(qiáng)度和耐久性要求，也能滿足渠道長期運(yùn)行的耐久性要求，不同的地區(qū)可選擇不同的配合比，以達(dá)到最好的工程效益?；痦?xiàng)目：濟(jì)南市科技局資助項(xiàng)目。

（責(zé)任編輯崔春梅）

【中圖分類號(hào)】TU755.8

【文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼】B

【文章編號(hào)】1009-6159（2015）-10-0013-02

收稿日期：2015-03-17

作者簡介：賈超（1976—），男，教授，博士生導(dǎo)師