塑性混凝土抗?jié)B性試驗(yàn)及滲透系數(shù)測(cè)試方法

宋致軍，申 勇，張尚芳

（1.山東水發(fā)黃水東調(diào)工程有限公司，山東 濟(jì)南250000；2.山東省水利科學(xué)研究院，山東 濟(jì)南250014）

塑性混凝土是一種新型的防滲材料，《水工塑性混凝土試驗(yàn)規(guī)程》（DL/T 5303-2013）[1]中提出了實(shí)驗(yàn)室檢測(cè)塑性混凝土抗?jié)B性能的抗?jié)B等級(jí)、相對(duì)滲透系數(shù)和滲透系數(shù)三種試驗(yàn)方法。前兩種試驗(yàn)的檢測(cè)設(shè)備可利用混凝土抗?jié)B儀完成，但該儀器卻不適用于滲透系數(shù)試驗(yàn)，山東省水利科學(xué)研究院研制的塑性混凝土滲透儀在結(jié)構(gòu)特性上符合滲透系數(shù)試驗(yàn)裝置的技術(shù)要求，具有較高的測(cè)試精度和可靠性。

1 塑性混凝土抗?jié)B性能試驗(yàn)方法

1.1 抗?jié)B等級(jí)試驗(yàn)

該方法與目前我國(guó)對(duì)普通混凝土抗?jié)B等級(jí)的評(píng)定方法基本一致。儀器設(shè)備采用的是混凝土抗?jié)B儀，試件規(guī)格為上口直徑175 mm，下口直徑185 mm，高150 mm 的截頭圓錐體。試驗(yàn)采用6個(gè)試件，從試塊底部逐級(jí)增加水壓力，以停止試驗(yàn)時(shí)記錄下的水壓力換算成塑性混凝土的抗?jié)B等級(jí)。試驗(yàn)過程簡(jiǎn)單直觀，結(jié)果粗略，存在抗?jié)B等級(jí)相同但實(shí)際抗?jié)B性能相差很大的現(xiàn)象。因此，該試驗(yàn)無法準(zhǔn)確地反映塑性混凝土的實(shí)際抗?jié)B能力。

1.2 相對(duì)滲透系數(shù)試驗(yàn)

塑性混凝土相對(duì)滲透系數(shù)的測(cè)定是通過測(cè)量塑性混凝土在恒定水壓力下的滲水高度計(jì)算出來的。試驗(yàn)設(shè)備、試件規(guī)格及密封防滲方式與抗?jié)B等級(jí)試驗(yàn)相同。試驗(yàn)方法是將混凝土抗?jié)B儀的水壓力一次加到規(guī)定值，保持恒壓24 h，卸壓后用壓力機(jī)將試件劈開，分別測(cè)量10 等分點(diǎn)的滲水高度，取其平均值作為該試件的滲水高度，折算出相對(duì)滲透系數(shù)。這種方法是一種快速抗?jié)B試驗(yàn)法，由于采用了一次性加壓，加速了試驗(yàn)進(jìn)程，縮短了試驗(yàn)時(shí)間，因此以往在研究塑性混凝土抗?jié)B性時(shí)多采用該法。但是，塑性混凝土是非勻質(zhì)材料，把一個(gè)劈裂斷面上平均滲水高度當(dāng)作整個(gè)試件的滲水高度，在取值上存在簡(jiǎn)化，相對(duì)滲透系數(shù)的準(zhǔn)確性得不到保證。并且，塑性混凝土相對(duì)滲透系數(shù)與其強(qiáng)度有關(guān)，強(qiáng)度越大滲透系數(shù)越小，試驗(yàn)測(cè)得的塑性混凝土滲透系數(shù)的準(zhǔn)確性很容易受到試驗(yàn)水壓大小和恒壓時(shí)間長(zhǎng)短的影響[2]。因此，相對(duì)滲透系數(shù)法大多應(yīng)用于不同塑性混凝土試件的抗?jié)B性比較。

1.3 滲透系數(shù)試驗(yàn)

滲透系數(shù)試驗(yàn)是測(cè)量一段時(shí)間內(nèi)壓力水流過塑性混凝土試件的滲流量，根據(jù)達(dá)西（Darcy）定律確定其滲透系數(shù)。采用兩個(gè)試件為一組，試驗(yàn)設(shè)備、試件規(guī)格及密封防滲方式與上述兩種試驗(yàn)相同。根據(jù)設(shè)計(jì)要求的水力坡降，計(jì)算試驗(yàn)時(shí)的水壓力，一次加壓至計(jì)算的水壓力，開始記錄時(shí)間。用足夠多的濾紙覆蓋有滲水試件表面，間隔1～2 h 取出濾紙稱重，記錄連續(xù)6 個(gè)時(shí)段的滲水量，計(jì)算各時(shí)段的滲透系數(shù)，以數(shù)值居中的4個(gè)測(cè)值的平均值作為試驗(yàn)結(jié)果。滲透系數(shù)試驗(yàn)采用的是基于穩(wěn)定滲透法的達(dá)西定律，其物理意義非常明確，因而用該方法得到的滲透系數(shù)，數(shù)據(jù)真實(shí)可靠。但是，受試驗(yàn)裝置影響，混凝土抗?jié)B儀進(jìn)行塑性混凝土滲透系數(shù)試驗(yàn)還存在較多問題。

2 塑性混凝土滲透系數(shù)試驗(yàn)存在的問題

一是試件是使用螺旋加壓器壓入試模中的，由于塑性混凝土的強(qiáng)度相對(duì)較低，在壓樣過程中極有可能對(duì)試件的內(nèi)部結(jié)構(gòu)造成破壞，形成滲水通道，影響試驗(yàn)結(jié)果的準(zhǔn)確性。

二是為了保證密封止水效果，混凝土抗?jié)B儀試件采用了上、下口直徑不同的截頭圓錐體，達(dá)西定律中的試件截面積，只能用平均截面積替代而非恒定的過流面積。

三是混凝土抗?jié)B儀缺少集水裝置，滲出水靠濾紙吸附，6～12 h 的試驗(yàn)時(shí)間，其滲出水的損耗（蒸發(fā)、滴落）會(huì)直接影響結(jié)果的準(zhǔn)確性。

3 塑性混凝土滲透系數(shù)測(cè)試裝置

塑性混凝土滲透系數(shù)試驗(yàn)裝置應(yīng)該具備的功能特性包括：在結(jié)構(gòu)上必須符合達(dá)西定律；試件的應(yīng)力狀態(tài)明確，滲透面積恒定；試驗(yàn)裝置能有效解決繞滲問題；對(duì)試件施加的滲透壓力穩(wěn)定可靠。根據(jù)這一特性，在沒有專用于塑性混凝土滲透系數(shù)測(cè)定儀器和相應(yīng)試驗(yàn)方法的背景下，國(guó)內(nèi)許多科研單位進(jìn)行了大量研究，自制測(cè)定塑性混凝土滲透系數(shù)的儀器設(shè)備。山東省水利科學(xué)研究院研制的塑性混凝土滲透儀（發(fā)明專利號(hào)：ZL 201110191480.0），解決了塑性混凝土滲透系數(shù)試驗(yàn)設(shè)備存在的問題，通過在京滬高鐵、南水北調(diào)工程等實(shí)際工程中的應(yīng)用，取得了良好效果[3]。

3.1 塑性混凝土滲透儀的工作原理

塑性混凝土滲透儀的工作原理如圖1 示。試件側(cè)面涂密封膠，外裹橡皮膜，在壓力室內(nèi)對(duì)試件施加周圍壓力。滲透壓力是利用氣壓將水箱內(nèi)的水壓入試件底部，滲透水由下而上透過試件排入量水管，讀取量水管刻度，可得到一段時(shí)間內(nèi)的滲透流量，按達(dá)西定律計(jì)算出試件的滲透系數(shù)。

3.2 塑性混凝土滲透儀的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)

1）儀器原理符合達(dá)西定律，能夠準(zhǔn)確測(cè)量滲透水量，滲透系數(shù)測(cè)值可靠。

圖1 塑性混凝土滲透儀工作原理圖

2）試件由下而上滲透出水，應(yīng)力條件明確，試件為圓柱形，滲透面的截面積為定值。

3）壓力室中周圍壓力始終大于滲透壓力，避免了試樣出現(xiàn)繞滲的現(xiàn)象，密封止水效果好。

4）氣壓在水箱內(nèi)轉(zhuǎn)換為水壓，可對(duì)試件高度方向施加穩(wěn)定的滲透壓力。

該滲透儀研制成功后，已應(yīng)用于南水北調(diào)東線調(diào)蓄水庫(kù)等工程的防滲墻配合比試驗(yàn)和截滲墻的滲透系數(shù)檢測(cè)中，取得了顯著的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。大量的工程實(shí)例驗(yàn)證了該試驗(yàn)設(shè)備具有檢測(cè)數(shù)據(jù)可靠、適用性強(qiáng)、操作簡(jiǎn)便等特點(diǎn)，能滿足塑性混凝土、水泥土、灰漿材料等防滲墻體的滲透系數(shù)試驗(yàn)要求。

4 結(jié) 語(yǔ)

綜上所述，塑性混凝土抗?jié)B等級(jí)試驗(yàn)完全套用了水工混凝土的抗?jié)B試驗(yàn)方法，結(jié)果粗略，不建議作為塑性混凝土抗?jié)B性能的評(píng)定指標(biāo)；塑性混凝土相對(duì)滲透系數(shù)是通過滲水高度折算出來的，物理意義不明確，并且受試驗(yàn)水壓和恒壓時(shí)間等外在因素的影響較大，建議用做試件之間的抗?jié)B比較；塑性混凝土滲透系數(shù)試驗(yàn)，滲透條件明確，所得結(jié)果可靠，但難點(diǎn)在于暫時(shí)沒有定型的專用設(shè)備。建議下一步在相關(guān)檢測(cè)實(shí)驗(yàn)室中，加速推進(jìn)成熟產(chǎn)品的應(yīng)用，落實(shí)完善與之配套的試驗(yàn)方法。