關(guān)于水利工程混凝土抗?jié)B方法的試驗(yàn)研究

俞長隆

(水利部新疆維吾爾自治區(qū)水利水電勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院，烏魯木齊 830000)

0 引 言

水利工程的建設(shè)關(guān)乎國計(jì)民生，是促進(jìn)我國農(nóng)業(yè)發(fā)展的重要保障。目前，水利工程作為我國基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)中的一部分，在黨中央與國家相關(guān)部門的高度重視下，其建設(shè)取得較大的發(fā)展[1]。近幾年，隨著水利工程建設(shè)規(guī)模的擴(kuò)大，水位相應(yīng)隨之增高。面對(duì)高質(zhì)量水利工程建設(shè)，其對(duì)混凝土的抗?jié)B性能要求更為苛刻。由于混凝土抗?jié)B性能水平的高低可對(duì)水利工程使用具有較大的影響。為了提高水利工程混凝土抗?jié)B性能，相關(guān)研究者應(yīng)該引起重視并加大研究力度。

1 水利工程混凝土產(chǎn)生裂縫的原因

關(guān)于水利工程的建設(shè)，需要使用大量的混凝土，而混凝土由水泥、集料、外加劑、粉煤灰等組成。在混凝土凝集成型這個(gè)過程中內(nèi)部會(huì)形成細(xì)小的裂縫，為了避免這些細(xì)小裂縫對(duì)混凝土抗?jié)B性能的影響，需要了解這些來裂縫的產(chǎn)生原因[2]。根據(jù)現(xiàn)有水利工程使用，發(fā)現(xiàn)經(jīng)過長時(shí)間蓄水、攔水等，加上使用年限的影響，水利工程會(huì)出現(xiàn)不同程度的裂縫問題，主要產(chǎn)生的原因如表1所示。為了保證水利工程的使用價(jià)值，往往會(huì)對(duì)工程局部裂縫進(jìn)行修補(bǔ)，若修補(bǔ)不及時(shí)，不但會(huì)降低水利工程抗?jié)B能力，還可能對(duì)水利工程質(zhì)量造成嚴(yán)重影響。

表1 水利工程混凝土裂縫成因

2 水利工程混凝土抗?jié)B試驗(yàn)密封方法分析

根據(jù)水利工程混凝土裂縫成因的分析，為了提高水利工程混凝土抗?jié)B性能，需要進(jìn)行一系列的試驗(yàn)操作。目前，關(guān)于此類試驗(yàn)方法有許多，而大部分試驗(yàn)需要使用到的抗?jié)B設(shè)備為HP-4.0型號(hào)的混凝土滲透儀，雖然該設(shè)備操作簡(jiǎn)單，且造價(jià)較低，但在抗?jié)B透試驗(yàn)中修需要十分注意混凝土試塊與不銹鋼膜內(nèi)壁之間的密封情況[3]。按照《SL352-2006水工混凝土試驗(yàn)規(guī)程》，所使用的密封方法有兩種，即石蠟加松香密封法與水泥加黃油密封法[4]。由于這兩種方法在操作過程中十分費(fèi)時(shí)耗力，并且混凝土材料配比不好掌控，導(dǎo)致密封效果不理想。其中，石蠟加松香密封方法失敗后，需要重新制作試件，將拆除的試塊留有石蠟的需要清理干凈，如此反復(fù)操作大大延長了試驗(yàn)的時(shí)間，無法保證試驗(yàn)的順利完成。而水泥加黃油密封法在實(shí)際操作中，需要注意水泥與黃油摻和攪拌的時(shí)間，而試件在制作完成后需要留有一定的凝固時(shí)間，同樣在試驗(yàn)中密封失敗后會(huì)重復(fù)拆模與裝模，并且試塊拆除之后試驗(yàn)?zāi)Ｐ蜕狭粲兴帱S油需要進(jìn)行清理，如此下來無法保證試驗(yàn)的順利達(dá)成。

為了解決試塊與試膜之間的密封問題，需要采用新型的密封方法，經(jīng)過橡膠套、塑料套等材料與方法的試驗(yàn)，根據(jù)表2分析，得到塑料纏繞密封法可滿足密封要求。在試驗(yàn)中通過設(shè)計(jì)簡(jiǎn)易工裝，以此解決試件入模與脫模問題。

表2 水利工程混凝土試件密封方法

3 水利工程混凝土抗?jié)B性能試驗(yàn)

根據(jù)以上混凝土試件密封方法的分析，對(duì)水利工程混凝土抗?jié)B性能試驗(yàn)展開進(jìn)一步的研究。在保證操作方法相同的原則下，以普通混凝土為標(biāo)準(zhǔn)，采用塑性混凝土參與此次研究，具體試驗(yàn)內(nèi)容如下：

3.1 試驗(yàn)材料的選擇

采用塑性混凝土，其與普通的混凝土不同，在水利工程中應(yīng)用比較早。雖然塑性混凝土與普通混凝土材料類似，但存在一定的差別，試驗(yàn)中的塑性混凝土主要包括水泥、凝膠材料、骨料與水膠等[5]。其中，塑性混凝土的水泥用量為80-150kg/m3，這與普通滬混凝土的用量存在一定的區(qū)別。而膠凝材料一般為270-360kg/m3，其與國外存在較大的差別，對(duì)膨潤土與黏土使用量，其占凝膠材料的40%-70%之間，并且隨著粉煤灰的摻和，相應(yīng)的凝膠材料占比增加。集料在塑性混凝土主要分為粗集料與細(xì)集料，其中要求骨料最大粒徑不能超過20mm，同時(shí)與砂石質(zhì)量相比，≥1∶1。而水膠是為了滿足塑性混凝土澆筑與易性的要求，占比一般為0.8-1.3之間。

由于塑料混凝土組成部分配比較多，對(duì)于塑像混凝土的滲透原理，大部分研究人員認(rèn)為與混凝土內(nèi)部空隙、微裂縫有關(guān)[6]。為了防滲方面的考慮，在此次試驗(yàn)塑性混凝土材料選擇方面，水泥為P.032.5號(hào)普通硅酸鹽水泥，粉煤灰為Ⅰ級(jí)，粗集料為4.75-26.5mm，細(xì)集料為天然中型河沙，水為本城市用水，膨潤土為四川生產(chǎn)的納質(zhì)膨潤土。

3.2 試驗(yàn)操作

3.2.1 混凝土試驗(yàn)試件的制作

根據(jù)選定的材料設(shè)定混凝土配合比，具體內(nèi)容如表3。在制作試驗(yàn)試件過程中，需要按照混凝土拌和物室內(nèi)拌和方法，在攪拌過程中通過利用自動(dòng)化攪拌設(shè)備，避免人為操作使混凝土的性能受到影響。此外，可利用完全自動(dòng)化攪拌設(shè)備，對(duì)原材料進(jìn)行投放順序的設(shè)定，在合理時(shí)間段投入原材料，待充分混合之后攪拌。待攪拌之后可將混凝土放入預(yù)先準(zhǔn)備好的試驗(yàn)?zāi)＞咧?，在振?dòng)臺(tái)上進(jìn)行振搗密實(shí)，待抹面水平后放置到常溫處24h，之后進(jìn)行脫模[7]。在這個(gè)過程中，若天氣溫度較低或過高，需要適當(dāng)延長或縮短脫模時(shí)間，可放入標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)室養(yǎng)護(hù)，待達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)后取出試驗(yàn)。所制作的試驗(yàn)試件6個(gè)為一組，可根據(jù)研究需要增加數(shù)量。

表3 塑性和凝土試驗(yàn)配合比

3.2.2 混凝土試件抗?jié)B性能分析

對(duì)制備好的混凝土試件防滲性能的分析，主要采用的設(shè)備為HP-4.0型號(hào)的混凝土滲透儀，在試驗(yàn)中根據(jù)水膠比的不同，制作出三種類型的混凝土試驗(yàn)試件，按照抗?jié)B儀操作要求，對(duì)這三種類型試驗(yàn)試件抗?jié)B性能追個(gè)分析。具體的試驗(yàn)步驟為：?jiǎn)?dòng)抗?jié)B儀，將制作好的試件放入設(shè)備中，開通6個(gè)試驗(yàn)位置下的閥門，使水可以從6個(gè)孔中審出來，充滿試位坑，之后關(guān)閉抗?jié)B儀。在試驗(yàn)過程中注意水壓的調(diào)整，從之初的0.1MPa開始調(diào)整，隔8h增加一次水壓，增加壓力為0.1MPa，一共調(diào)整三次，持續(xù)加壓時(shí)間為24h。在操作過程中需要注意觀察試件的端面情況，若6個(gè)試件中有3個(gè)出現(xiàn)滲水跡象，則可以停止試驗(yàn)操作，并記下此時(shí)水壓力與試件的編號(hào)。另外，在試驗(yàn)操作過程中，若發(fā)現(xiàn)有水從混凝土試件周邊滲出來，需要對(duì)試件重新進(jìn)行密封，在密封中注意試件和塑料纏繞膜需要放置在同一平臺(tái)上，塑料纏繞膜略比試件兩端要長，在纏繞過程中將塑料纏繞膜緊貼試件，纏繞厚度以0.6mm為宜。在試驗(yàn)入模前在試件頂部及中部各套一個(gè)橡膠止水圈[8]。在入模過程中應(yīng)注意其放置與試件均勻沒入試模中。一次加壓法操作完成之后，從試驗(yàn)機(jī)器上將試驗(yàn)試件拆下，并使用壓力機(jī)將混凝土抗?jié)B試塊脫模，使用刮刀等工作將其上面的附著物清理干凈。 根據(jù)以上操作，通過塑性混凝土相對(duì)滲透系數(shù)公式為：

(1)

式中：Kr為相對(duì)參透系數(shù)；α為塑性混凝土的吸水率；Dm為平均滲水高度；T為恒壓保持時(shí)間；H為水壓力。通過一次加壓法，可大大縮短試驗(yàn)時(shí)間。

3.3 試驗(yàn)結(jié)果

鑒于水膠比試驗(yàn)配合比例不同，經(jīng)試驗(yàn)后得出C類塑性混凝土的滲透系數(shù)大，而B類次之，A類性混凝土的滲透系數(shù)小。這時(shí)由于在混凝土拌和過程中，所使用的水膠比越大，相應(yīng)所需要的水量就越多。而大量水的存在對(duì)塑性混凝土結(jié)構(gòu)中膠凝連續(xù)性受到影響，相應(yīng)的塑性混凝土抗?jié)B性能就會(huì)隨之下降。此外，若水膠比過大，塑性混凝土試件在凝結(jié)中自由水會(huì)蒸發(fā)，致使混凝土內(nèi)部空隙率變大，相應(yīng)的參透能力增加。可見，水膠比與混凝土抗?jié)B性能存在一定的影響，在此次試驗(yàn)中A類試件混凝土抗?jié)B性能最佳。在水利工程修建中合理掌握水膠比十分重要，否則將會(huì)降低混凝土的抗?jié)B性。

4 結(jié) 語

綜上所述，混凝土作為水利工程重要的原料，其抗?jié)B性能可直接對(duì)水利工程施工質(zhì)量造成影響。為了提高水利工程中混凝土抗?jié)B性能，通過對(duì)水利工程混凝土抗?jié)B方法試驗(yàn)研究分析，了解水利工程混凝土產(chǎn)生裂縫的原因，通過一系列的試驗(yàn)操作，得出隨著水膠比塑性混凝土滲透系數(shù)增加，相應(yīng)的抗?jié)B性能降低。只有合理掌握混凝土中水膠比比例，可確保水利工程建設(shè)質(zhì)量。