透水模板布工藝低強度等級水工混凝土耐久性分析

張曉翠

(大連金普新區(qū)農業(yè)農村發(fā)展服務中心，遼寧 大連 116100)

由于科技的發(fā)展和水利工程規(guī)模的不斷擴大，對水工混凝土美觀性、耐久性提出了更高的要求。一般地，水工混凝土的澆筑量大、強度等級不高且膠凝材料用量較少，一般≤300mg/m3，水膠比整體偏大。另外，施工過程中因人為操作失誤往往造成混凝土質量缺陷，如存在色斑、孔洞、氣泡等不同程度的澆搗問題，特別是對低強度混凝土普遍存在外觀質量通病，對水工混凝土耐久性造成嚴重不利影響[1-2]。

文章結合大連市某工業(yè)園區(qū)排水泵站工程高質量成型需求，探討了透水模板布澆筑混凝土工藝的應用效果，通過測試抗沖磨、抗碳化和抗凍性能，比較分析了其與普通混凝土澆筑工藝的獨特優(yōu)勢。

1 試驗研究

1.1 透水模板布工藝

透水模板CPFL是一種通過改進傳統(tǒng)普通模板的新型施工工藝，主要作用機理是在普通模板內側黏附透水模板布形成透水層，拌合物內多余的水氣在振搗密實時產生的壓力作用下被排出，以此達到改善密實性能和減小表面水膠比的目的[3]。透水模板布的原材料以聚丙烯為主，通過加工成丙綸纖維短絲和表面特殊二次處理制成模板布，現(xiàn)已廣泛應用于青島海灣大橋、杭州灣大橋、京滬高鐵和威海跨海灣公路大橋等重大工程[4-8]。

1.2 原材料性能

試驗所用原材料有：①“渤海牌”P·O42.5級水泥、綏中電廠生產的Ⅰ級粉煤灰；②粗、細骨料選用連續(xù)級配的人工碎石和天然河砂，其中小石和中石粒徑為5～15mm、16～32mm；③外加劑選用蘇博特PCA?-Ⅰ聚羧酸高效減水劑和GYQ?-Ⅲ高效引氣劑。原材料性能參數(shù)，見表1。

表1 原材料性能參數(shù)

1.3 配合比設計

本試驗按照大連市某工業(yè)園區(qū)排水泵站工程控制室水泵層和空箱層混凝土配合比，試驗配合比，見表1，依據(jù)《水工混凝土試驗規(guī)程》澆筑配制混凝土試件。

表2 試驗配合比

1.4 透水模板工藝

本試驗選用兩種多功能透氣滲水模板布，多功能透氣滲水模板布，多功能透氣滲水模板布，見表3。為了對比不同模板工藝不同配合比下水工混凝土耐久性指標差異，共設計6種混凝土澆筑工況。澆筑工況設計，見表4，然后將各組試件標養(yǎng)28d后依次進行相應的試驗檢測。

表3 多功能透氣滲水模板布

表4 澆筑工況設計

2 現(xiàn)場使用效果

2.1 表觀質量

水工混凝土施工的難點和重點通常是對結構表面密實光滑性的控制，由于排水泵站底板部位的強度等級不高，所以混凝土對比面選用底板東立面。采用透水模板和普通模板澆筑該區(qū)域上、下層，同倉成型。結果顯示，選用普通模板澆筑的混凝土表面存在許多花斑及孔洞沙眼，而利用透水模板澆筑的混凝土表面顏色略深、色澤均勻，幾乎無孔洞、氣泡、砂線和砂斑，表面致密平整，飾面效果良好，有效避免了后期面層、抹灰等工序可能引起的脫落、裂縫和空鼓等質量通病。

2.2 回彈強度

拆模后回彈檢測泵站底板東立面混凝土7d強度，回彈檢測混凝土7d強度，見表5。結果顯示，采用透水模板澆筑的混凝土回彈強度增長幅度處于20%～40%之間，增長趨勢比較明顯，表明透水模板技術能夠有效提高混凝土表面密實度和回彈強度。

表5 回彈檢測混凝土7d強度

2.3 機理分析

混凝土強度等級較低時，選用透水模板比普通模板澆筑的成型效果更優(yōu)，這是因為透水模板布的等效孔徑與表層孔徑處于30μm和1～10μm之間，明顯低于水泥顆粒粒徑[9-10]；另外，水泥顆粒水化過程中生成的膠體團狀結構在一定程度上增大了其粒徑，所以在排水排氣的同時透水模板布表層還能夠將水泥顆粒最大限度地保留在表層，在促使表層形成C-H-S含量較高的致密濾餅結構的同時又減小了這部分空氣、水形成孔洞的可能性。在排出多余水氣的同時透水模板布纖維結構呈還會吸收新板混凝土排出的水分，從而達到保水養(yǎng)護的效應，為表層水泥硬化及時提供所需的水量，最終發(fā)展形成致密的硬化殼[11-12]。總體而言，透水模板布澆筑具有較好的自然濕養(yǎng)條件，既增強了表層抗壓強度又降低了裂縫開裂風險。

3 耐久性分析

水工混凝土耐久性主要包括抗沖磨、抗凍抗?jié)B和抗碳化等性能，文章選用抗沖磨、抗碳化和抗凍融性能指標，采用室內試驗的方式比較了普通模板和透水模板澆筑的混凝土耐久性差異[13-15]。

3.1 碳化試驗

碳化作用會不斷降低混凝土內部的堿度，甚至會分解水泥石，選用碳化深度來評價碳化對混凝土的影響，混凝土碳化深度，見圖1。

圖1 混凝土碳化深度

試驗表明，齡期相同情況下，從高到低混凝土碳化深度排序依次為B-0>B-2>B-1、A-0>A-2>A-1，并且碳化深度隨著齡期的延長而不斷增大。因此，選用透水模板澆筑的混凝土碳化深度遠遠小于普通模板，并且1#模板布明顯優(yōu)于2#模板布的抗碳化效果。

3.2 凍融試驗

凍水結冰時混凝土會產生體積膨脹，并進一步出現(xiàn)水分遷移、滲透壓和靜水壓等現(xiàn)象，大大加速了結構的破壞。為準確反映混凝土試件的抗凍能力，對試件表面剝落物總質量利用單個試件單位面積測量值進行表征，試件表面剝落物質量，見圖2。

圖2 試件表面剝落物質量

試驗表明，凍融循環(huán)次數(shù)相同條件，從高到低單位面積剝落物質量排序為B-0>B-2>B-1、A-0>A-2>A-1，并且剝落物質量隨著齡期的延長而增大。因此，選用透水模板澆筑的混凝土表面剝落物遠遠小于普通模板，并且1#模板布明顯優(yōu)于2#模板布的抗凍融效果。

3.3 沖磨試驗

受氣蝕、沖刷等長期作用時水工混凝土結構過流面易出現(xiàn)嚴重破壞，因此有必要測試其抗沖磨性能。本試驗利用水下鋼珠法進行抗沖磨試驗，通過測定混凝土特定時間內的質量損失計算其磨損率和抗沖磨強度，從而評價相對抗沖磨狀況?；炷量箾_磨性能評價時利用慢速和快速兩種沖磨方式。依據(jù)水工混凝土試驗規(guī)程進行慢速沖磨試驗，并設定快速沖磨儀的連續(xù)沖磨時間為48h，轉速達到3000r/min，按35個Φ20mm、25個Φ12mm和10個Φ25mm的配比投入鋼珠?？箾_磨試驗結果，見表6。

表6 抗沖磨試驗結果

試驗表明，慢速和快速沖磨試驗條件下，從高到低磨損率排序為B-0>B-2>B-1、A-0>A-2>A-1，從低到高抗沖磨強度為B-0

結合沖磨試驗數(shù)據(jù)，快速沖磨的磨損率明顯低于慢速沖磨，這是因為質量較輕直徑較小的鋼柱會懸浮在儀器內快速旋轉速的沖磨水中，無法有效沖磨試件表面，從而導致其磨損率較低，因此合理選擇快速沖磨轉速和試驗中的鋼珠極為重要。這些不利因素雖然在一定程度上影響著試驗過程，但并不改變最終的試驗結果，對于改善混凝土抗沖磨性能透水模板確實發(fā)揮著積極作用。

3.4 實用效果

研究表明，采用透水模板能夠明顯提高混凝土耐久性，未發(fā)現(xiàn)剝落、膨脹開裂以及嚴重沖蝕磨耗等低等級混凝土經常出現(xiàn)的劣化問題。這是因為透水模板布有效改善了混凝土表面密實度和孔隙分布情況，通過抑制二氧化碳、水等侵蝕介質向混凝土內部的侵入，大大降低了不利介質的滲透破壞作用。另外，透水模板布的過濾作用使得試件表現(xiàn)形成大量C-S-H凝膠，晶體的相互重疊增大了砂漿、水泥石與骨料的黏結力，形成的穩(wěn)定致密水化結構有效改善了混凝土的抗沖磨性?？傮w而言，因水化形成的膠凝物質較少普通模板混凝土表面結構相對疏松，膠凝物質與骨料的黏結性較差，孔隙較多，相應的耐久性較差。

3.5 透水模板布選用

研究認為，影響透水模板布保水、排水能力的關鍵因素是布體的厚度和孔隙幾何參數(shù)，雖然1#稍>2#的模板布平均孔徑，但2#模板布內部孔隙分布范圍大且厚度太薄，從而使得2#的保水、排/透水能力整體不穩(wěn)，對混凝土養(yǎng)護及成型功效造成不利影響，所以2#模板布與劣于1#模板布相比其耐久性試驗數(shù)據(jù)較差。

目前，市場上透水模板布的種類較多，不同模板布的力學性能也存在明顯差異，模板布參數(shù)選取時應考慮工程實際功能需求，主要考慮以下因素：①單位面積透水模板布質量≥290g，可以滴彩色液滴觀察或通過透光看透水模板布的均勻性，盡量選用質地均勻的材料；②在100kPa拉力作用下透水模板布的橫縱延伸率≤2%，在2kPa/100kPa條件下厚度壓縮比≤50%，否則無法保證模板布重復使用時因變形過大而出現(xiàn)褶皺；③滲透系數(shù)要合理，透水模板布的垂直滲透系數(shù)利用土工織物測試時≤(1.0～5.0)×10-2cm/s。

4 結 論

1)研究表明，采用透水模板布能夠有效改善混凝土的表面質量和養(yǎng)護質量，特別是有效解決了表面色斑、孔洞、氣泡等低強度混凝土經常出現(xiàn)的外觀缺陷問題，顯著提高了表現(xiàn)回彈強度。

2)經耐久性分析，透水模板布可以有效提高混凝土內的膠凝物質含量，改善混凝土的空隙分布結構和密實度，相應的耐久性和滲透性也有明顯提升。

3)市場上透水模板布的種類較多，不同模板布的力學性能也存在明顯差異，對模板布參數(shù)應考慮工程實際功能需求合理選取。