可調(diào)反力支撐式混凝土抗?jié)B試件密封方法研究

韓春雷，王大勇，趙 通

（1.河北省混凝土質(zhì)量檢測技術(shù)創(chuàng)新中心，河北 廊坊 065000；2.廊坊市陽光建設(shè)工程質(zhì)量檢測有限公司，河北 廊坊 065000）

0 引言

混凝土抗?jié)B性是評價混凝土耐久性的重要指標(biāo)，大幅度提高混凝土抗?jié)B性是改善混凝土耐久性的關(guān)鍵措施，準(zhǔn)確檢測混凝土抗?jié)B性能可為建筑壽命期內(nèi)的健康、正常運(yùn)營提供必要保證。試驗(yàn)前對混凝土抗?jié)B試件（以下簡稱“抗?jié)B試件”）進(jìn)行有效、可靠的密封是抗?jié)B等級試驗(yàn)的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。GB/T 50082－2009《普通混凝土長期性能和耐久性能試驗(yàn)方法標(biāo)準(zhǔn)》第 6.1.3 條對試件密封方法進(jìn)行了詳細(xì)規(guī)定［1］。

目前混凝土抗?jié)B性能試驗(yàn)的抗?jié)B試件密封方法主要為采用石蠟、水泥加黃油等密封材料對試件側(cè)面與套模內(nèi)壁進(jìn)行塑性密封和由橡皮圈、膠條等材料對試件側(cè)面進(jìn)行纏繞并壓入套模封堵［2］兩種。前者因操作過程和試驗(yàn)后的清理工作太過繁瑣而少有使用；后者雖應(yīng)用范圍較廣，但不同強(qiáng)度等級和不同批次的抗?jié)B試件的抗壓強(qiáng)度均不相同，將試件壓入套模時所需的壓力值不好掌控，力大試件易碎，力小易漏；且在試件壓入套模過程中，橡皮圈會向上產(chǎn)生移位，壓力水起始位置的上移會導(dǎo)致抗?jié)B距離＜150 mm，此類情況均會導(dǎo)致試件密封失效與試驗(yàn)結(jié)果誤判。同時按以上方法進(jìn)行抗?jié)B試件密封時，每做一次試驗(yàn)都需全部更換新的密封材料，帶來耗材與人工投入等成本浪費(fèi)。

本試驗(yàn)提出了可調(diào)反力支撐式抗?jié)B試件固定方法，研發(fā)了固定密封抗?jié)B試件的反力支撐架，通過該反力支撐架從抗?jié)B試件上表面施加合適的壓力致其迎水面與抗?jié)B儀滲水盤上設(shè)置的 O 型橡膠密封圈緊密接觸，實(shí)現(xiàn)可靠密封；同時，通過對 C25、C30、C35 共 3 種強(qiáng)度等級對應(yīng)的 P 4、P 6、P 8 抗?jié)B性能等級混凝土進(jìn)行試驗(yàn)，確定了與反力支撐架所提供壓力相匹配的最佳扭矩值，最后將該方法與傳統(tǒng)石蠟密封法進(jìn)行了比對。

1 反力支撐裝置密封法原理

反力支撐裝置密封法的工作原理為：鋼制試模頂部加設(shè)反力支撐架，抗?jié)B試件迎水面與抗?jié)B儀滲水盤間放置 O 型橡膠密封圈，通過反力支撐架對置于套模內(nèi)的抗?jié)B試件施加壓力，該壓力再通過抗?jié)B試件傳遞至彈性 O 型橡膠密封圈，使橡膠密封圈緊密填充在其下側(cè)的滲水盤與其上側(cè)的抗?jié)B試件迎水面邊緣中間，對 O 型密封圈芯部空間中的試驗(yàn)水實(shí)現(xiàn)密封作用，抗?jié)B儀對密封該部位試驗(yàn)水施加的水壓傳遞至抗?jié)B試件迎水面，以測試抗?jié)B試件抗水滲透性能。圖 1 為反力支撐裝置試驗(yàn)構(gòu)造示意圖。

圖1 反力支撐裝置試驗(yàn)構(gòu)造示意圖

2 試驗(yàn)

2.1 試件制作

采用本地區(qū)常用混凝土原材料、配合比配制不同強(qiáng)度等級、抗?jié)B等級的泵送混凝土，按普通工藝成型標(biāo)準(zhǔn)規(guī)格圓柱體抗?jié)B試件，每 6 個試件為一組。試件制作數(shù)量如表 1 所示。

表1 試件制作數(shù)量

2.2 試驗(yàn)設(shè)備及材料

試驗(yàn)設(shè)備及材料為抗?jié)B儀、（5～60）Ng m 可調(diào)式高精度扭矩扳手、O 型橡膠密封圈、分度值為 1 min；圖 2 為自行研發(fā)的反力支撐裝置。

圖2 反力支撐裝置實(shí)物

2.3 試驗(yàn)方法

抗?jié)B試件拆模后用鋼絲刷刷去兩端面的水泥漿膜，并立即將試件送入標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)室養(yǎng)護(hù)，齡期 28 d 時進(jìn)行抗水滲透試驗(yàn)。在到達(dá)試驗(yàn)齡期的前一天，從養(yǎng)護(hù)室取出試件，擦拭干凈。試件表面晾干后待用。

2.3.1 試件迎水面混凝土的修補(bǔ)

試驗(yàn)前觀察抗?jié)B試件迎水面邊緣 15 mm 范圍內(nèi)的表面情況，表面應(yīng)平整無孔洞。如發(fā)現(xiàn)有表面開口孔洞則須采用高強(qiáng)石膏對其進(jìn)行修補(bǔ)（見圖 3）。如表面無明顯開口氣孔和缺陷可直接進(jìn)行試驗(yàn)。

圖3 試件邊緣涂抹高強(qiáng)石膏

2.3.2 密封圈放置

試驗(yàn)前將密封圈放置在抗?jié)B儀滲水盤上，使進(jìn)水孔位于中央位置，如圖 4 所示。

圖4 放置密封圈位置

2.3.3 反力支撐法固定密封抗?jié)B試件

將抗?jié)B試件迎水面的高強(qiáng)石膏涂層置于密封圈正對接觸，然后將反力支撐裝置套于抗?jié)B試件，采用高精度扭矩扳手在加力手桿上施加扭矩，致反力支撐裝置上的螺桿向下旋進(jìn)而壓緊試件，使抗?jié)B試件迎水面與密封圈接觸密實(shí)，以提供試驗(yàn)壓力水封閉腔。圖 5 為試驗(yàn)現(xiàn)場施加扭矩情況。

圖5 施加扭矩試驗(yàn)現(xiàn)場

2.3.4 抗?jié)B試驗(yàn)

試驗(yàn)加壓與記錄均按 GB/T 50082－2009《普通混凝土長期性能和耐久性能試驗(yàn)方法標(biāo)準(zhǔn)》中逐級加壓法相關(guān)規(guī)定實(shí)施。

3 試驗(yàn)關(guān)鍵技術(shù)研究

3.1 反力支撐架設(shè)計

1）在套模上端設(shè)置三角反力支架。

2）支架頂端設(shè)有可旋螺桿，螺桿外端與加力手桿連接，內(nèi)端與壓盤連接，通過對加力手桿施加扭矩，推進(jìn)螺桿可使壓盤對抗?jié)B試件施加相應(yīng)的壓力。

3）螺桿與壓盤之間為鉸接，保證加壓過程中，壓盤始終與抗?jié)B試件上表面充分接觸，使其均勻受壓。

4）螺桿上設(shè)有鎖緊螺母，保證試驗(yàn)過程中力值穩(wěn)定。

5）壓盤底部刻有多道交叉分布的凹凸溝槽，確保抗?jié)B試件上表面與壓盤底部接觸部位滲水可流出，并被試驗(yàn)人員發(fā)現(xiàn)。

3.2 密封圈材質(zhì)及規(guī)格

考慮 O 型密封圈壓緊后的形變程度，試驗(yàn)選定直徑 160 mm、斷面直徑為 7 mm的 O 型密封圈，材質(zhì)為丁腈橡膠（NBR），邵氏硬度為 65～70 度［3］。確保密封圈受壓后內(nèi)部直徑符合抗?jié)B試件的直徑≥150 mm 規(guī)定［4］，且密封效果佳。

3.3 試件迎水面邊緣處理

抗?jié)B試件迎水面距邊緣 15 mm 范圍采用水粉比1∶3 高強(qiáng)石膏［5］用抹刀均勻抹平，以封閉混凝土表面毛細(xì)孔洞，防止造成迎水面與密封圈接觸不緊密而導(dǎo)致試驗(yàn)中壓力水滲漏現(xiàn)象發(fā)生。該涂抹層應(yīng)均勻、平整且涂抹后養(yǎng)護(hù)時間≥0.5 h。

3.4 最佳扭矩值確定

表 2 為采用高精度扭矩扳手施加不同扭矩值時所觀察到的試驗(yàn)現(xiàn)象。由表 2 知，施加扭矩過小會出現(xiàn)試件迎水面邊緣漏水現(xiàn)象，而施加扭矩值過大，則會導(dǎo)致個別低強(qiáng)度試件混凝土開裂（見圖 6）。

圖6 試件混凝土開裂

表2 施加扭矩值與試驗(yàn)現(xiàn)象關(guān)系

當(dāng)施加扭矩值 40～50 Ng m 時，抗?jié)B等級 P 6～P 8 試件迎水面與抗?jié)B儀滲水盤間未出現(xiàn)滲漏水與試件混凝土破裂現(xiàn)象。最終確定的反力支撐裝置加力手桿應(yīng)施加的最佳扭矩值為：當(dāng)混凝土設(shè)計抗?jié)B等級≤P6 時為 40 Ng m；當(dāng)混凝土設(shè)計抗?jié)B等級＞P6，≤P8 時為 45 Ng m。對其他抗?jié)B等級，應(yīng)再通過試驗(yàn)確定所施加的扭矩；使用其他規(guī)格與材質(zhì)的密封圈時，亦應(yīng)通過試驗(yàn)確定所施加扭矩。

4 與傳統(tǒng)石蠟密封法的比較

采用 GB/T 50082－2009《普通混凝土長期性能和耐久性能試驗(yàn)方法標(biāo)準(zhǔn)》石蠟密封法與本文反力支撐固定密封法試驗(yàn)效果進(jìn)行比對，同批制作強(qiáng)度等級 C25、C30、C35 抗?jié)B等級 P 4、P 6、P 8 抗?jié)B試件，分別采用上述方法對試件密封后，按逐級加壓法抗水滲透試驗(yàn)，結(jié)果如表 3 所示。

表3 石蠟密封法與本文密封法試驗(yàn)結(jié)果比較

由表 3 知，兩種密封方法均無側(cè)面滲漏現(xiàn)象發(fā)生，這表明本文反力支撐固定法與標(biāo)準(zhǔn)的石蠟密封法密封效果相同，均能達(dá)到可靠密封質(zhì)量。

圖 7 為試驗(yàn)后試件混凝土側(cè)面效果。由圖 7 知，反力支撐法固定后抗?jié)B試驗(yàn)的壓力水均勻向上滲透，未發(fā)生壓力水側(cè)漏現(xiàn)象。

圖7 抗?jié)B試驗(yàn)后試件側(cè)面滲水情況

圖 8 為試件破壞后混凝土滲水高度比較。由圖 8 知，兩種密封方法滲水效果一致且滲水高度相近。

圖8 試件劈開后滲水高度比較

5 工效與成本分析

經(jīng)統(tǒng)計，采用石蠟密封一組（6 塊）抗?jié)B試件用時約 50 min，而采用本文反力支撐固定法密封則用時降為 10 min，后者工效較前者提高約 5 倍，節(jié)約人工成本顯著；同時反力支撐固定法試驗(yàn)無需使用如石蠟等一次性耗材，能有效節(jié)約材料成本。

6 結(jié)語

1）提出了用于混凝土抗?jié)B試驗(yàn)的反力支撐固定密封法并研發(fā)了相應(yīng)裝置，能有效密封抗?jié)B試件并保證試件迎水面與抗?jié)B儀滲水盤的可靠密封，適用于 C 25、C 30、C 35 混凝土抗?jié)B等級為 P 4～P 8 抗水滲透性能試驗(yàn)。

2）針對常用抗?jié)B等級 P 4～P 8 混凝土抗?jié)B試件，確定了可調(diào)反力支撐裝置所需施加的最佳扭矩值。

3）與傳統(tǒng)石蠟密封法相比，反力支撐固定密封法穩(wěn)定、可靠且滿足 GB/T 50082－2009《普通混凝土長期性能和耐久性能試驗(yàn)方法標(biāo)準(zhǔn)》標(biāo)準(zhǔn)要求。

4）可調(diào)反力支撐裝置操作簡捷，能顯著提高工效，大幅降低人工成本和一次性耗材的使用，符合國家節(jié)能降耗與環(huán)保要求。Q