裝配式混凝土U型渠耐久性能試驗研究

賈　超，王嘉斌，劉玉利

（山東大學土建與水利學院，山東 濟南 250061）

裝配式混凝土U型渠耐久性能試驗研究

賈超，王嘉斌，劉玉利

（山東大學土建與水利學院，山東 濟南 250061）

【摘要】本文借助于室內混凝土耐久性試驗，對比分析不同配合比的混凝土強度特性、抗水滲透系數、抗氯離子滲透系數、抗凍性能等，由此可知，U型渠在實際工程應用中對不同地區，應選擇不同的配合比，以使渠道工程達到最好的性價比。

【關鍵詞】混凝土；U型渠；滲透系數；抗凍等級

混凝土U型渠具有防滲效果顯著、水力性能好，輸水輸沙能力強、渠道占地少、省工節料等優點，而裝配式渠道因安裝簡易、檢修方便，已逐步應用于渠道工程中。

裝配式混凝土U型渠在水力參數、結構體型方面有較為系統的研究；在現場施工方法等方面有過初期的探討，但其強度、抗凍性能等耐久性能缺乏系統的理論和試驗研究，本文擬通過試驗研究渠道混凝土耐久性能。

1　試驗準備

1.1試驗原材料

水泥為P.O42.5級；粗骨料為5～20mm碎石；細骨料為中細砂；礦粉為S95級粒化高爐礦渣粉；粉煤灰為F類Ⅱ級粉煤灰；減水劑為聚羧酸高效減水劑。

1. 2配合比設計

渠道混凝土強度為C30等級，采取溜槽施工工藝，設計坍落度為160~180mm。采取超量取代法計算礦粉及粉煤灰的用量，試驗配合比見表1。

1.3試件制備

本次試驗中，為防止在試驗中混凝土試件有損失，制備試件時應有富余量。試件澆筑24h后脫模，隨后將試件送到標準養護室 （溫度為20±2℃、相對濕度為95%以上）養護至各項試驗規定的齡期。

表1試驗混凝土配合比 kg/m3

2　混凝土試驗結果分析

2.1拌合物基本性能

混凝土拌合物的性能包括坍落度、含氣量、密度，測量所得值見表2。

由表2中可知，拌合物的坍落度和密度均滿足配比設計要求；由于沒有加入引氣劑，拌合物的含氣量變化并不大；新拌合物的流動性、黏聚性和保水性均良好，未出現泌水和離析現象。

2.2混凝土力學性能

表2混凝土拌合物性能

試驗完成齡期為7d、28d的立方體抗壓強度，通過計算可以得到：1）各配合比7d抗壓強度分別達到設計強度的87.7%、97.0%、104.3%，表明混凝土能在7d齡期時拆模；2）各配合比28d抗壓強度分別是設計值的1.14倍、1.39倍、1.3倍，都能達到配合比設計要求；3）各配合比的7d 和28d強度值相比，增加幅度分別為29.7%、43.3%、23.6%，表明：①不添加任何外加劑和摻和料的混凝土的7d到28d強度的增加幅度為20%～30%；②加入粉煤灰的混凝土的前期強度增加較慢，后期增長幅度較大；③在混凝土加入減水劑后，早期強度增長較快，后期強度增長較慢。

2.3抗水滲透性能

采用滲透高度法測定混凝土的抗水滲透系數，各配合比試件劈裂面的滲水高度平均值見表3。通過對比分析表3，可得到：

表3混凝土滲水高度及滲透系數值

1）水灰比影響混凝土的滲透系數，這是由于混凝土的水灰比小，密實度高，其內部孔隙小，因而抗滲性好。

2）加入粉煤灰的混凝土抗水滲透系數較小，這是由于粉煤灰的火山灰效應能產生“二次水化反應”而具有凝膠性能，能夠增加混凝土密實性，改善孔結構，從而提高混凝土的抗滲性。

3）摻加減水劑能夠顯著提高混凝土的抗滲性，這是由于摻加減水劑改善混凝土拌合物的和易性，提高密實度，減少混凝土泌水形成的毛細孔數量和密集與骨料周邊的氣孔，從而提高混凝土的抗滲性。

綜上所述，3組配合比的混凝土的滲透系數較小，均能滿足裝配式U型渠的抗水滲透及耐久性要求。

2.4抗凍融循環性能

通過標準的快速凍融循環試驗，確定混凝土的抗凍等級，本次完成了150次凍融循環試驗。凍融循環試驗主要以混凝土試件的質量損失和相對動彈性模量作為判定依據。

由試驗可知，凍融過程中，混凝土試件的質量損失不大，表明各組配合比混凝土在凍融工況下不會產生試件破壞，能夠保持完整性，同時也說明本次凍融循環不能用質量損失率來判定混凝土抗凍等級。

由相對動彈性模量結果可知，第Ⅰ、Ⅱ組分別完成100次、75次凍融后，相對動彈性模量低于60%，則其抗凍等級分別為F100、F75；第Ⅲ組配合比的混凝土試件在動融為150次后，其相對動彈性模量還高于90%，表明其抗凍等級為F150以上，抗凍性能最高。

參照配合比分析可得，加入了粉煤灰，抗凍等級較低，表明粉煤灰會降低混凝土的抗凍性能；而加入減水劑后，其抗凍性能得到了很大的提高，表明加入減水劑，降低水灰比，能大幅度地提高混凝土的抗凍性能。

2.5抗凍氯離子滲透性能

采用快速氯離子遷移系數法（RCM法）分析混凝土的抗氯離子滲透性能。試驗電壓為30V，持續時間為24h，試件的厚度為4個試件的平均高度。

通過試驗可知，Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ組試件平均厚度分別為50.8mm、51.6mm、51.2mm，氯離子滲透高度分別為24.17mm、29.22mm、20.1mm，滲透系數分別為11.37×10-12m2/s、14.11×10-12m2/s、9.41× 10-12m2/s。各組配合比混凝土的抗氯離子滲透系數都很小，均能滿足混凝土在一般氯離子環境中耐久性要求。摻入粉煤灰的混凝土的抗氯離子滲透系數較大，這是粉煤灰顆粒細化了毛細孔徑，延長了毛細孔通道，改善其內部孔結構，增加了氯離子的通道，所以粉煤灰混凝土的抗氯離子滲透性能較差。

3結語

通過室內試驗研究了裝配式混凝土U型渠的耐久性能，由試驗可知，各組配合比的混凝土均能滿足渠道在運輸安裝、安全運行時的基本強度和耐久性要求，也能滿足渠道長期運行的耐久性要求，不同的地區可選擇不同的配合比，以達到最好的工程效益。基金項目：濟南市科技局資助項目。

（責任編輯崔春梅）

【中圖分類號】TU755.8

【文獻標識碼】B

【文章編號】1009-6159（2015）-10-0013-02

收稿日期：2015-03-17

作者簡介：賈超（1976—），男，教授，博士生導師