改善水工混凝土耐久性措施與性能研究

王茂運，董曉軍，陳祥喜

(1.江蘇省防汛防旱搶險中心，南京 211500； 2.江蘇省江都水利工程管理處，江蘇 揚州 225200)

0 引 言

水工建筑物的混凝土結(jié)構(gòu)表觀質(zhì)量與耐久性是工程施工中常見的問題。由于施工過程影響因素眾多，導(dǎo)致混凝土容易存在氣泡、麻面、色斑、蜂窩等質(zhì)量缺陷，且混凝土耐久性能不良，經(jīng)濟而有效的措施不多。相關(guān)專業(yè)人員針對混凝土原材料、配合比、澆筑養(yǎng)護、模板型式等各方面研究提升混凝土耐久性能的措施，其中應(yīng)用土工織物的毛細(xì)作用、透水、透氣等功能改進而來的透水模板施工工藝應(yīng)運而生，透水模板布的透水、透氣性降低混凝土水膠比，從而使混凝土形成致密表面，能顯著消除混凝土表面的氣泡、露砂、麻面等質(zhì)量通病，提高混凝土表觀質(zhì)量，而且能提升混凝土強度和改善混凝土耐久性能。本文以某泵站工程的透水模板應(yīng)用試驗，分析透水模板布的選型及應(yīng)用效果，探索改善水工混凝土耐久性的工程措施，為類似工程提供經(jīng)濟、便捷的施工技術(shù)。

1 透水模板布的選型

1.1 模板布基本物理力學(xué)性能

透水模板布通過無紡針刺模壓成型，一般由過濾層(光面)和透水層(毛面)復(fù)合而成。參照《土工合成材料測試規(guī)程》(SL/T 235-1999)和《混凝土工程用透水模板布》(JT/T 736-2009)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，選取單位面積質(zhì)量、厚度壓縮比、保水能力、孔徑分布、刺破和撕破強力、垂直滲透系數(shù)、伸長率等各項指標(biāo)分析透水模板布的物理力學(xué)性能，為選擇適宜的模板布提供參考依據(jù)。

1.2 模板布的選擇

為體現(xiàn)不同模板布的性能，選擇3種新型透水模板布產(chǎn)品進行對比試驗。為敘述方便用代號B1、B2、B3表示，分別檢測其各項物理力學(xué)性能參數(shù)指標(biāo)，并在實際應(yīng)用中檢驗應(yīng)用效果，以便為類似工程模板布選型提供借鑒。

1.3 試驗結(jié)果分析

B1、B2、B3共3種不同性能的模板布試驗結(jié)果見表1。

表1 3種模板布試驗結(jié)果統(tǒng)計表

續(xù)表1

3種模板布孔徑分布(2 kPa壓力)見圖1。由圖1可知，B1的平均孔徑為17 μm，B2、B3分別為15和13 μm。

圖1 3種模板布孔徑分布曲線比較圖

從表1可以看出，B1、B2保水性、刺破強力、垂直滲透系數(shù)遠大于B3，前兩者厚度也大于B3；而3種布平均孔徑、厚度壓縮比、縱橫向梯形撕破強力和縱橫向斷裂強力數(shù)據(jù)相近，但是B3縱向和橫向伸長率分別為156%和149%，遠大于B1和B2伸長率。伸長率越大，布的延展性越大，工人鋪貼時越易產(chǎn)生褶皺，影響模板成型混凝土最終效果，所以B3的性能參數(shù)指標(biāo)相比另兩種布要差一些，故最先淘汰B3。選取B1、B2兩種模板布進行后續(xù)混凝土耐久性對比試驗分析，以確定性能更佳的模板布。

2 不同模板布的應(yīng)用效果對比試驗分析

在某工程采用普通模板和B1、B2兩種透水模板澆筑混凝土試樣，測試其各項耐久性指標(biāo)，如收縮、沖磨、凍融、碳化、抗?jié)B等，分析在3種類型模板形式下混凝土耐久性各項指標(biāo)的影響情況。

2.1 混凝土配合比設(shè)計

選取某工程水泵層和控制室空箱兩處C25配合比和實驗室設(shè)計的一組C30配合比進行混凝土對比試驗分析。具體配合比見表2。

表2 混凝土配合比

2.2 工況選擇

試件按表3所示的7種不同工況同時澆筑。

表3 混凝土澆筑工況

2.3 試驗結(jié)果分析

2.3.1 早齡期收縮試驗

在實際工程施工過程中，水工混凝土全封閉養(yǎng)護的情況較少，通常是靠三面模板封閉和保溫保濕，故實際所測值是反映單面干燥的總收縮值。試驗結(jié)果見圖2。

圖2 不同混凝土澆筑工況所測收縮率線

由圖2可得：

1) 收縮率K>K2>K1，S>S2>S1，表明透水模板對混凝土早齡期收縮有明顯的抑制作用，減縮率(相同齡期使用透水模板情況下的混凝土與未使用透水模板情況下的混凝土收縮率之差與未使用透水模板混凝土的收縮率之比)達到67%以上(圖3)，是一種效果良好的早齡期減縮措施。

圖3 不同混凝土澆筑工況減縮率比較圖

2) 不同物理性能的透水模板布對混凝土早齡期減縮效果存在差異，B1型3 d齡期減縮率明顯大于B2型。

3) 由測試結(jié)果可知，收縮率L>K>S，而水膠比是L

2.3.2 沖磨試驗

采用水下鋼珠法進行測試，檢測結(jié)果見表4。

表4 7種工況混凝土沖磨檢測統(tǒng)計表

從表4可以看出，相同配比不同模板形式下的混凝土磨損率K1K2>K，S1>S2>S，即使用透水模板成型試件明顯比普通模板成型試件磨損程度低，表面磨損深度及受磨損面積較小。因此可以看出，透水模板能顯著降低混凝土的磨損率，提高其抗沖磨強度。由于兩種模板布的物理性能差異，B1型比B2抗沖磨效果好，使用B1成型的試件抗沖磨強度更高。

2.3.3 凍融試驗

采用單邊凍融法測試，測試結(jié)果見圖4。

圖4 凍融剝落物質(zhì)量曲線

從圖4可以看出：

1) 凍融次數(shù)相同時，剝落物質(zhì)量K1

2) K1和S1試件剝落物質(zhì)量均小于K2和S2試件，說明采用B1型模板抗凍效果優(yōu)于B2型模板。

2.3.4 碳化試驗

分別測試混凝土3、7、14和28 d的齡期碳化深度，檢測結(jié)果見圖5。

圖5 試件碳化深度曲線

由圖5可知：

1) 相同配合比相同齡期的混凝土碳化深度K1

2) 使用B1型模板試件碳化深度比使用B2型模板更小，表明B1型透水模板布使用效果更佳。

2.3.5 滲透試驗

7種工況混凝土試件滲透結(jié)果見圖6。

圖6 混凝土平均滲透深度對比圖

由圖6可知：

1) 水膠比為0.45時(S工況)，普通模板澆筑的試件平均滲透深度為5.3 mm，使用B1和B2兩種模板布后滲透深度分別為不使用模板布的74%和47%。水膠比為0.426時(K工況)，無模板布澆筑的混凝土平均滲透深度為6.4 mm，使用B1和B2兩種模板布的抗?jié)B深度分別為不使用模板布的73%和44%。數(shù)據(jù)比較結(jié)果顯示，使用透水模板布的混凝土抗?jié)B等級有明顯提升。

2) 從數(shù)據(jù)還可以看出，使用B1型模板抗?jié)B效果優(yōu)于B2型模板。

3) 強度等級為C30的試件L，其平均滲透深度為4.0 mm；而強度等級為C25的試件K和S，使用透水模板后平均滲透深度除K2外均小于4.0 mm，說明透水模板使低等級混凝土抗?jié)B性能達到高等級混凝土的抗?jié)B效果。

2.4 模板布的選型

通過上述的各項耐久性測試結(jié)果分析，B1型模板布的使用效果優(yōu)于B2型，對提高混凝土的各項耐久性能更明顯；兩種模板布的價格相當(dāng)。相比較而言，選用B1型投入工程的使用更為合理。

3 結(jié) 語

綜合上述試驗結(jié)果，使用透水模板后早齡期收縮、抗沖磨、抗凍、抗碳化、抗?jié)B各項性能均比普通模板成型試件有所提高，而且有些性能提高幅度較大。因此，使用透水模板技術(shù)來改善水工混凝土耐久性是十分可取的措施，基本能夠達到C30試件L的效果。同時經(jīng)試驗比較，使用B1型模板試件各項性能均優(yōu)于B2型模板成型試件。

在透水模板布鋪貼及混凝土澆筑施工中，不適宜的施工方法和搭接處理手段導(dǎo)致模板布淤堵、皺褶、易刮蹭損壞、布面污染、對拉螺栓穿孔、鋼筋焊接損壞等，容易影響其實際效果，應(yīng)采取規(guī)范操作、及時維護等措施加以避免。