PNC- 803添加劑對大壩面板混凝土性能影響的試驗研究

楊明會

(喀左縣農田建設管理中心，遼寧 喀左 122300)

1 研究背景

在混凝土面板堆石壩設計建設過程中，面板的質量會對大壩的安全穩定性和抗滲性產生至關重要的影響[1]。混凝土作為面板的主要材料，其力學性能、抗滲性和長期穩定性是大壩長期安全服役的重要基礎。因此，提高面板混凝土材料的性能是科研工作者的長期追求目標。一般來說，普通混凝土在硬化過程中會受到溫度、干濕變化以及荷載等多種因素的作用和影響，在內部存在大量的微裂縫和毛細孔隙。這一缺陷會給水以及以水為載體的其他有害物質的滲入提供了通道，進而對混凝土性能，特別是耐久性造成嚴重的不利影響，降低混凝土的抗滲性，縮短混凝土的使用壽命[2]。面對大壩混凝土面板特殊的服役條件，必須采取有效措施，提高混凝土的抗滲性。在為數眾多的混凝土防滲措施中，水泥基滲透結晶型防水材料不僅可以作為防滲涂料，還可以作為添加劑使用，在提升混凝土抗滲性能方面具有顯著的作用和價值[3]。近年來，國內學者對各種不同品牌水泥基滲透結晶型添加劑展開廣泛研究，并取得了諸多有價值的研究成果，為該添加劑的工程應用提供了必要的支持[4]。PNC- 803是水泥基滲透結晶型防水材料，由波蘭特水泥、特選石英砂以及多種活性化學物質配置而成，具有廣闊的應用和發展前景。此次研究通過室內試驗的方式，探討PNC- 803對大壩面板混凝土力學性能、滲透性和耐久性的影響，為其在水工混凝土領域的推廣應用提供有益的支持和借鑒。

2 試驗材料與方法

2.1 試驗材料

此次試驗使用的水泥為亞泰集團哈爾濱水泥有限公司生產的天鵝牌P.O42.5普通硅酸鹽水泥，其比表面積大于360m2/kg；初凝和終凝時間分別為195min和245min，28d抗壓強度和抗折強度分別為53.5MPa和8.5MPa；試驗用粉煤灰為本溪市第一熱電廠生產的Ⅰ級粉煤灰，其細度為9.22%，需水量為91%，燒失量為5.0%。

礦粉是高爐礦渣經干燥研磨而成的微粉，作為摻合料取代部分水泥，它不僅可以降低工程成本，還可以改善混凝土的性能[5]。此次試驗使用礦粉來自本溪新融礦粉廠，其樣本的比表面積為4633m2/kg，氯離子含量小于0.06%。

試驗用細骨料為天然河沙，其細度模數為2.4，表觀密度為2.725g/cm3，含泥量為0.1%；試驗用粗集料為人工石灰巖碎石，粒徑范圍為4.5～22.5mm，級配良好，壓碎率為4.2%。

PNC- 803是一種無毒、無味、水泥灰色的環保產品，在添加進混凝土之后，可以和混凝土中的水與氫氧化鈣等發生化學反應，生成不溶于水的結晶，達到封堵混凝土內部毛細管和裂縫的目的，進而提高混凝土抗滲性和抗侵蝕能力[6]。試驗用PNC- 803添加劑由美國PENETRON國際有限公司生產，其含水率為0.3%，減水率為3%，含氣量為0.5%，28d收縮比率為103%，7d和28d抗壓強度比分別為118%和111%。試驗用減水劑為新疆宏力新型材料有限公司生產的聚羥酸高效減水劑，其減水率為14%，推薦摻量為0.2%；試驗用水為試驗地的普通自來水。

2.2 試塊制備

在試塊的制作過程中，先將細集料和粗集料加入攪拌機中攪拌30s，然后加入水泥、粉煤灰和礦粉繼續攪拌30s，最后加入水、減水劑和PNC- 803添加劑攪拌120s。將拌制完成的混凝土裝入相應的試模中，然后放在振動臺上振搗30s左右。在振搗過程中要注意時間的掌控，時間過短不利于提高密實度，過長則會出現泌水現象，都不利于獲得科學的試驗結果[7]。將制作好的試件放在陰涼通風處靜置24h拆模編號，然后放入標準養護室養護至試驗規定齡期[8]。

2.3 試驗方法

為了研究PNC- 803添加劑的不同摻量對面板混凝土性能的影響，結合相關工程經驗和研究成果，確定0%、0.3%、0.6%、0.9%、1.2%、1.5%這6種不同的摻加比例進行試驗[9]。抗壓強度試驗采用150mm×150mm×150mm標準試件，試驗設備為KN2000型液壓式壓力試驗機，在試驗過程中按照0.3MPa/s的加載速率進行試驗直至試件破壞，并記錄好破壞荷載[10]。抗滲試驗采用圓臺狀試件，其頂端和底端直徑分別為175mm和185mm，高度為150mm。試驗采用的是天津市建儀試驗儀器廠生產的抗滲儀。試塊的抗凍性采用150mm×150mm×150mm標準試件，試驗采用自動循環凍融機，每次循環8h，根據試驗數據，計算獲取不同凍融循環次數下的試件質量損失率，并據此評價混凝土的抗凍性能[11]。

3 試驗結果與分析

3.1 抗壓強度

對不同PNC- 803摻量水平，養護齡期分別為3、7和28d齡期試塊進行抗壓強度試驗，每組試驗方案測試3個試塊，以其均值作為最終試驗結果。根據試驗中獲取的數據，計算出不同試驗方案的抗壓強度值，結果見表1。根據表格中的數據，繪制出如圖1所示的不同齡期條件下混凝土的抗壓強度隨PNC- 803摻量的變化曲線。結合表1和圖1可以看出，不摻加PNC- 803的普通混凝土在各個齡期的抗壓強度均可以達到設計強度，具有一定的對照意義。從試驗結果來看，在普通混凝土中摻加PNC- 803添加劑可以顯著提高混凝土的抗壓強度，具有一定的工程應用價值。從具體的變化趨勢來看，在各個齡期下，混凝土的抗壓強度均隨著PNC- 803添加劑摻量的增加呈現出先增大后減小的變化特點。當摻量小于0.9%時，混凝土強度呈現出增加趨勢，當摻量大于0.9%時，抗壓強度呈現出下降趨勢。究其原因，當混凝土中摻入少量PNC- 803添加劑時，其結晶物會填充混凝土中的孔隙和微裂縫，有助于提升混凝土的密實度，但是過量摻入會由于結晶物的微膨脹作用產生輕微和細小孔隙，影響其密實度，因此抗壓強度呈現出先增大后減小的變化特點。總之，從抗壓強度來看，摻加量以0.9%為宜。

表1 抗壓強度試驗結果

圖1 抗壓強度隨PNC- 803摻量變化曲線

3.2 抗滲性

研究中對不同PNC- 803摻量方案下試件進行抗滲性試驗，每組試驗測試六個試件，以其均值作為最終試驗結果，其具體的試驗數據見表2。根據表中的試驗數據，繪制出如圖2所示的滲水高度隨PNC- 803摻量的變化曲線。由試驗結果可以看出，在摻加PNC- 803添加劑的情況下，混凝土試件的滲水高度明顯減小，說明摻加PNC- 803添加劑可以有效提升大壩面板混凝土的抗滲性，其原因和抗壓強度類似，這里不再敷述。從圖2的變化曲線來看，混凝土試件的滲水高度隨著PNC- 803添加劑摻量的增加呈現出先減小后增加的變化趨勢，當摻量為0.9%時，滲水高度最小。由此可見，在面板混凝土中摻加0.9%的PNC- 803添加劑可以獲得最佳抗滲效果。

表2 混凝土試件滲水高度試驗結果

圖2 滲水高度隨PNC- 803摻量變化曲線

3.3 抗凍性

由于北方寒區大壩面板會受到冬春季凍融循環的嚴重影響，因此抗凍融性能也是影響面板混凝土耐久性的重要指標。基于此，研究中對不同PNC- 803摻量的面板混凝土試件進行凍融試驗，根據試驗數據計算獲取20、40、60次凍融循環條件下試件的質量損失率，結果見表3。根據表中的數據，繪制出如圖3所示的質量損失率隨PNC- 803摻量變化曲線。由圖可知，摻加PNC- 803方案下的混凝土質量損失率明顯偏小，說明在面板混凝土中摻入PNC- 803添加劑可以降低面板混凝土的凍融破壞，提高北方寒區凍融循環作用下的面板耐久性。從圖3可以看出，試件的質量損失率隨著PNC- 803摻量的增加呈現出先減小后增大的變化特征，當摻量水平為0.9%時的質量損失率最小，為最佳摻量。

表3 質量損失率試驗結果

圖3 質量損失率隨PNC- 803摻量變化曲線

4 結論

此次研究通過室內試驗的方式探討了PNC- 803添加劑對大壩面板混凝土性能影響，獲得的主要結論如下：

(1)在面板混凝土中摻加PNC- 803添加劑可以有效提升抗壓強度、抗滲性和抗凍性，具有一定的工程應用價值。

(2)當摻加量小于0.9%時，增加PNC- 803摻加量可以明顯提升混凝土的抗壓強度、抗滲性和抗凍性，當摻加量大于0.9%時，反而不利于混凝土的抗壓強度、抗滲性和抗凍性的提升。

(3)根據試驗結果，建議在工程施工中摻加0.9%的PNC- 803添加劑。