芯樣混凝土抗滲等級快速測定裝置及方法

朱成龍，李文博，魯文斌

（1.銅陵市縣鄉公路管理處， 安徽 銅陵市 241400；2.中南大學土木工程學院， 湖南 長沙 410075）

1 混凝土標準抗滲試驗設備及方法

抗滲等級是評價混凝土透水性的重要指標，是地下工程混凝土質量檢測的重要內容。混凝土抗滲等級的測定方法有水壓力法、氯離子滲透法、透氣法等。目前我國公路、鐵路、水利等各行業測定混凝土抗滲等級主要采用水壓力法［1－3］，使用的設備是混凝土滲透儀，如圖1所示。混凝土滲透儀的標準試模是高度150mm、頂面直徑175mm、底面直徑185 mm的圓臺。由于試驗時需要從試件斷面施加較大水壓，而這個壓力只能通過試模側面對試件的約束來平衡，這就要求試件與試模間的間隙很小。試件制作時除了要在側面用純石蠟密封外，還需要用壓力機將試件慢慢壓入試模，否則容易出現漏水造成試驗失敗。因而，這種試驗設備和方法只能適用于預制試件的試驗，而且對試件加工尺寸要求極高。

圖1 混凝土滲透儀及試模

對于已經施工完成的混凝土，如果要測試其抗滲等級，只能對芯樣混凝土進行測試。考慮取芯的困難性，同時也考慮取芯對原結構的影響，現場取芯的尺寸一般較小，多為直徑100，75mm或更小。由于芯樣直徑不符合混凝土滲透儀的尺寸要求，無法直接進行試驗，如何測試芯樣混凝土的抗滲等級是困擾實體工程抗滲性評價的一個問題。此外，按照標準抗滲試驗方法，水壓由0.1MP a開始，每8h增加一級，直至6個試件中的3個出現滲透現象，才能最終確定混凝土的抗滲等級，因此試驗耗時很長。

為了解決芯樣混凝土抗滲等級測試問題，朱海琦［4］曾提出了在小直徑芯樣外包裹其它材料以達到標準試件尺寸的解決方法，如圖2所示。

圖2 芯樣混凝土外包成標準試件

具體方法為：將芯樣混凝土切割并打磨成高度和直徑均為150mm的圓柱體試樣；利用試模將試樣包裹成為標準試樣，如圖2所示；按照標準試樣進行試驗。這種方法對填充材料有很高的要求，作者認為填充材料應具備下列幾個條件［4］：填充材料本身硬化速度較快；填充材料硬化后本身不能透水或經相應處理后不透水；填充材料硬化后的強度必須滿足試驗要求；填充材料與芯樣黏結必須足夠牢固。此外，筆者認為該方法還存在以下不足：由于增加了外包裹材料，其抗滲性不明確，被測試試件的抗滲等級也就很難確定；這種方法同樣存在標準試驗中存在的試件放入、密封困難的問題；對于工程中常見的直徑100mm芯樣或更小的芯樣，填充材料厚度大，難以保證包裹質量。因此，這種填充或包裹方法，并不能徹底解決芯樣混凝土抗滲試驗的問題。

2 芯樣混凝土抗滲試驗新裝置及方法

2.1 芯樣混凝土抗滲試驗新裝置

要測試芯樣混凝土的抗滲等級，新裝置要解決2個方面的問題。首先是尺寸問題，試模必須為圓柱體，其直徑與取芯機芯筒直徑相同；其次是水壓平衡問題，采用圓柱體試件，不能像圓臺試件一樣依靠試模與試件的側面約束來解決；第三，最好還能解決試驗時間過長的問題。

根據上述要求，筆者研究設計了一款芯樣混凝土抗滲試驗新裝置，如圖3所示，該裝置由以下幾部分組成。

圖3 芯樣混凝土抗滲試驗裝置

（1）芯筒：采用不銹鋼管加工而成，直徑和取芯機的芯筒一致，如內徑為100mm，兩端分別加工內螺紋，一端和鎖定底座連接，一端和加壓底座連接。

（2）鎖定底座：鎖定底座設置外螺紋，類似筒狀結構，與芯筒用螺紋連接，底座壁厚不小于15mm，用于承托鎖定芯樣，平衡水壓力。

（3）加壓底座：加壓底座一端設置外螺紋，與芯筒螺紋連接，另一端采用封閉底板，底板中央開孔連接加壓管路，管路上設壓力表和閥門。

（4）為了保證兩端底座的密封性，在底座與芯樣間放置橡膠墊圈，通過底座與試件壓縮墊圈起到防水效果。

2.2 芯樣混凝土滲透試驗步驟

（1）芯樣加工。把現場取芯的芯樣兩端磨平，高度取100mm。

（2）底座安裝。將鎖定底座旋進芯筒，旋進深度根據試件長度調節。

（3）試件裝入。在試件周邊涂抹一層密封膠（本文采用卡夫特厭氧膠K－0262），密封膠要求完全覆蓋試件側面，防止水從側面滲出，密封膠干透之后，再涂抹一層密封膠，將試件放入芯筒內，為了確保芯筒與試件密封（不透水而不需受力），在芯樣周邊再滴入密封膠，確保填充滿。

（4）試件裝入后放置24h，或者放入烘箱直接烘干。

（5）加壓底座安裝。旋入加壓底座，連接加壓管路和壓力表。

（6）加壓試驗。啟動加壓泵，直接加壓至預定抗滲等級對應的水壓力，記錄滲透時間，通過下文方法確定其抗滲等級。

3 抗滲等級的確定

尹元章［5］通過混凝土抵抗液體滲透所消耗的工作能量來衡量混凝土的抗滲能力，并建立了所消耗工作能量與抗滲標號（即抗滲等級之間的關系），文獻［6］通過對比試驗證實了相關研究結論。為了理論體系更合理，本文認為有必要并可以對文獻［5－6］的相關定義及理論進行表述上的梳理。

液體在混凝土滲透是一個做功的過程，需要消耗一定的工作能量。這個工作能量可以稱為抗滲工能值（G）。液體滲透消耗的抗滲工能值與液體壓力（P）和壓力作用時間（t）的乘積。反映混凝土抗滲能力的指標，可定義為單位（抗滲）工能值，即有壓液體滲透單位長度混凝土所需的最小工作能量（g）。

根據上述定義，抗滲工能值G的計算公式為：

式中：G——抗滲工能值；

P——液體壓力；

t——液體壓力對滲透物質的作用時間。

單位工能值g的計算公式為：

式中：g——單位工能值；

P——液體壓力；

T——滲透試件的最小時間；

l——試件的高度。

據此，參考文獻［5－6］通過試驗及理論分析獲得的抗滲等級與單位工能值的關系（參見表1，有表述上的修改），可以通過試驗確定混凝土抗滲等級。

4 工程試驗實例

在某隧道滲漏水治理工程中，為了檢測評價隧道襯砌的抗滲性能，從襯砌邊墻兩個代表性位置取芯進行測試。芯樣直徑100 mm，取芯深度300 mm，每段芯樣加工成兩個100mm高的試件，如圖4所示，其中一個用于抗壓強度檢測，一個用于抗滲等級測定。

表1 抗滲工能值與抗滲標號之間的換算

圖4 抗滲試驗

試驗時直接施加1MP a水壓并保持恒定，兩個試件透水經歷的時間分別為6.02h和6.26h，平均歷時6.14h。

計算得：

根據G10或g值查表1得抗滲標號為S1，可見抗滲能力遠低于設計值S6。

5 結 語

在役混凝土的抗滲等級是土木工程安全狀態檢測與評估的重要指標之一，本文研制了一種芯樣混凝土抗滲等級測定裝置，不僅解決了芯樣混凝土無法進行抗滲等級試驗的問題，還大大縮短了試驗時間，在工程應用中有推廣前景。下一步仍需要通過大量試驗和統計分析來確定抗滲等級確定方法的可靠性。

［1］GBT50082－2009.普通混凝土長期性能和耐久性能試驗方法［S］.

［2］JTGE30－2005.公路工程水泥及水泥混凝土試驗規程［S］.

［3］SL352－2006.水工混凝土試驗規程［S］.

［4］朱海琦，徐 斐.芯樣混凝土抗滲性能檢測試驗研究［J］.技術與市場，2012，19（2）：11－12.

［5］尹元章.混凝土抗滲性能快速測定［J］.混凝土與水泥制品，1982（4）：25－27.

［6］89204部隊試驗室.混凝土抗滲標號快速測定探討［J］.建筑技術，1983（7）：41－43.