水利工程混凝土抗?jié)B方法試驗研究

趙金鳳

(盤錦市大洼區(qū)水利技術推廣中心，遼寧 盤錦 124200)

目前混凝土廣泛地應用在我國的工程建設中，無論是房屋建筑工程、地下結構工程還是水利水電工程，混凝土都是重要的建筑原材料，因此對于工程中混凝土的質量檢測試驗研究具有很重要的作用。如圖1所示，在工程上由于混凝土滲透性的作用，導致路面、橋梁破壞的情況比比皆是。滲透性是混凝土這一類多孔介質的主要性質，混凝土內部的裂紋和孔洞的大小、數量、聯(lián)通和分布情況，對水在混凝土中滲透具有重要的影響作用。目前已經有眾多學者對混凝土的滲透性能進行了研究，并取得了一定的研究成果。胡曉鵬等學者對受凍混凝土進行了研究，研究了不同的起凍時刻對混凝土的強度、損傷、彈性模量等的影響規(guī)律和機理。陸春奇等學者對不同涂層的混凝土進行了防水抗?jié)B研究，研究表明進行涂層的混凝土的防水性能有了大幅度的提高。陳立軍等學者通過對不同孔徑尺寸的的混凝土進行研究，探討了不同的孔徑尺寸對混凝土的抗?jié)B性能的影響。易成等學者對混凝土的抗?jié)B性能進行了介紹，對今后混凝土的發(fā)展前景進行了探討，提出了抗?jié)B性能應該更加關注由于荷載、微裂紋等導致抗?jié)B性能劣化的問題。吳紹章分析了影響混凝土抗?jié)B性能的因素，提出了采用混凝土滲透系數評定混凝土抗?jié)B性的問題。陳雯龍對水工混凝土的耐久性問題進行了研究，從材料選擇、工程設計等方面給出了具體的措施。任倉鈺、王強、戴龍、張林明等學者也對這方面的工作進行了研究。

1 透氣法滲透試驗研究

1.1 透氣法理論分析

混凝土“Torrent滲透法”適用的假設條件：①假設混凝土為均質混凝土，且混凝土塊中孔隙均處于大氣壓下。②測試中壓力沿孔隙流過的路徑均為線性分布。③空氣在空腔之間的流動是線性分布的按Poiseuille方程計算：

(1)

PV=nRT

(2)

式中，dV—進入內室空腔中的空氣容量；L與PⅠ和時間t—線性關系；Pa—大氣壓；μ—流體的黏性系數。

由公式(1)、(2)得：

(3)

進行化簡得：

(4)

將公式(4)兩邊同時對t0到t1上進行積分，得：

(5)

1.2 透水法理論分析

達西通過分析大量數據，發(fā)現滲流量q與圓筒斷面積A和水頭損失△h呈以下關系：

(6)

式中，i=Δh/l—水力梯度；k—滲透系數。

(7)

(8)

式中，D—滲水距離，cm；H—壓力水頭，cm。

許多學者根據Darcy定律進行積分，得出恒壓滲透的滲透系數表達式：

(9)

式中，Kr—相對滲透系數，cm/h；D—平均滲水高度，cm；H—水壓力；T—恒壓時間，h；a—混凝土吸水率。

相對滲透系數按下式計算：

(10)

式中，Di—第i個試件的平均滲水高度，mm。

1.3 試件制作

混凝土采用水泥、粗骨料、細骨料、粉煤灰、減水劑和膨脹劑制成，配合比詳見表1。

表1 混凝土試塊配合比 單位：kg/m3

對混凝土塊進行立方體抗壓強度試驗，如圖2所示，測試結果見表2。

表2 混凝土立方體抗壓強度

圖2 抗壓強度試驗

2 試驗結果

2.1 滲水法試驗結果

通過試驗研究發(fā)現，試塊從中部斷裂，試驗結束后打開試件，采用記號筆對水痕進行標記，如圖3所示，大部分水痕呈拋物線型，也有一部分水痕呈直線型，加載速度對實驗的影響較大。

圖3 水痕形狀試驗圖

由圖3可知，混凝土的水痕主要分為拋物線型和直線型兩種水痕形狀，拋物線型水痕主要呈現中間低兩邊高的形式，主要是兩方面的原因造成的：①由于振搗方式不均勻，導致混凝土中孔洞和裂隙分布不均勻，致使在混凝土中心位置孔隙較為集中，因此導致在滲水試驗中出現拋物線型水痕。②由試驗裝載方式導致的，裝載時密封接觸不嚴實，出現側向滲漏。

直線型水痕與拋物線型水痕正好相反，直線型水痕分布均勻，水痕從左到右高差不大，說明混凝土振搗較為均勻，混凝土塊中孔洞和裂隙分布較為均勻，因此在進行滲水試驗中混凝土試塊水痕較為均勻。兩種水痕與實際情況也較為相似。

通過采用Minitab對試驗數據進行統(tǒng)計分析可知，試驗數據基本呈正態(tài)分布，C30P6混凝土試塊直方圖呈孤島型，最大值和最小值與一四和三四分位數區(qū)間都較短，說明數據分布較為集中，混凝土試塊深度分布在50～100mm的范圍內。

C30P8混凝土試塊分布呈雙峰形態(tài)分布，數據分布較為分散。中位數分布于矩形中間偏左位置，數據總體分布偏右，滲透深度大致分布在24～55mm的范圍內，由此發(fā)現C30P6混凝土和C30P8混凝土試塊滲透深度分布范圍具有重疊的部分。

2.2 透氣法試驗統(tǒng)計分析

如圖4所示，通過Minitab對壓力差最大值與影響深度進行線性和非線性擬合，分析發(fā)現二者之間大體呈線性關系，如下式所示：

Lg=-0.2806+2.116ΔPmax

(11)

式中，ΔPmax—壓力差最大值；Lg—影響深度，m。

圖4 壓力差最大值與影響深度的關系

如圖5所示，由Minitab擬合結果可知，最大壓力差和滲透系數呈指數關系，對試驗數據進行擬合，如下式所示：

(12)

式中，ΔPmax—壓力差最大值；k—滲透系數。

圖5 最大壓力差與滲透系數關系曲線圖

3 結論

(1)混凝土試塊滲水試驗發(fā)現混凝土的水痕主要分為拋物線型和直線型兩種形狀，拋物線型水痕主要是由于振搗方式不均勻，導致混凝土中孔洞和裂隙分布不均勻和試驗裝載方式導致的，裝載時密封接觸不嚴實，出現側向滲漏導致。直線型水痕表明混凝土振搗較為均勻，混凝土塊中孔洞和裂隙分布較為均勻，因此在進行滲水試驗中混凝土試塊水痕較為均勻。

(2)C30P6和C30P8混凝土試塊試驗數據主要呈正態(tài)分布，C30P6混凝土試塊直方圖呈孤島型，數據分布較為集中，混凝土試塊深度分布在50～100mm范圍內。C30P8混凝土試塊分布呈雙峰形態(tài)分布，數據分布較為分散，滲透深度大致分布在24～55mm的范圍內。

(3)透氣法得到壓力差最大值與影響深度之間大體呈線性關系，最大壓力差和滲透系數呈指數關系。