透水模板对提高混凝土结构耐久性的试验研究

欧阳钦 沈志勇

(1．湖北水利水电职业技术学院，湖北 武汉 430070； 2.新八建设集团有限公司，湖北 武汉 430033)

透水模板对提高混凝土结构耐久性的试验研究

欧阳钦1沈志勇2

(1．湖北水利水电职业技术学院，湖北 武汉 430070； 2.新八建设集团有限公司，湖北 武汉 430033)

结合工程实际，运用空气渗透性、表面水吸附、回弹法等方法检验了混凝土的表面性能，对比评价了透水模板的使用效果，试验表明：使用透水模板的混凝土表层强度、抗空气、水吸附渗透能力均有改善，分析得出采用透水模板后混凝土表层变得更加密实，内部水化反应可以正常进行，从而提高了混凝土的耐久性。

透水模板，耐久性，空气渗透性，水吸附指标，水胶比

0 引言

近年来我国对提高混凝土结构耐久性的认识日益加强，在工程实际中采用了多种提高混凝土结构耐久性的施工新技术，其中透水模板(Controlled Permeability Formwork)是其中一种。该技术在国外建筑工程中使用范围非常广泛，目前在我国新建的杭州湾跨海大桥、深圳盐田港区三期工程及某些军事工程中得到了应用[1]。但此项新技术在混凝土结构中运用的效果国内缺乏相应的评定标准，虽然住建部于2009年发表了JGJ/T 193—2009混凝土耐久性检验评定标准，但该标准对混凝土结构耐久性检验评定项目仍以抗冻性能、抗水渗透性能、抗碳化性能和抗氯离子渗透性能[2]这些旧有检测方法为主，仍采取现场取样制备试块然后回实验室检测这种模式，并不太适合对工程现场实体进行检验。因此新八建设集团有限公司与武汉纺织大学合作在武汉科技学院15号教工住宅楼工程中采用透水模板，并运用国外相关混凝土耐久性检验评定方法对其实际使用效果进行了试验研究。

1 试验研究方法

1.1 试验对象选择

为了获得透水模板的使用对比效果数据，抽取四层以上标准层中的三根柱进行试验，考虑柱模在使用透水模板时一般周转三次，故对这三根柱连续跟踪检测三层以取得周转运用透水模板的相应数据。

对于选择的试验对象上分别采取了贴透水模板内衬和不贴的方式，在混凝土成型28 d后分别进行试验，同时对现场每层柱混凝土浇筑时专门留置一组试块进行标准养护，用于试验对比分析(本次试验中对普通混凝土面代号为CON，采用透水模板的混凝土面代号为CPF)。

1.2 工程原材料

武汉科技学院15号教工住宅楼工程采用商品混凝土，标准层柱混凝土强度等级为C35，水胶比为0.42，同时为保证试验具有代表性，所采用材料均为武汉地区常用品种。

1)水泥：武钢华新水泥厂产42.5水泥；2)掺合料：汉川电厂产Ⅰ级粉煤灰；3)外加剂：武汉凌博产FDN-5000；4)砂：巴河中砂，细度模数2.6；5)石：乌龙泉石场，5 mm～31.5 mm碎石；6)透水模板：武汉纺织大学所生产透水模板。

1.3 检验选用方法

1)空气渗透性试验。当前国际上认为空气渗透性是影响混凝土耐久性的重要指标之一，其中CLAMtest法[3-5]在作为测量空气渗透性试验的方法之一被公认，本次试验运用的是英国生产的AUTOCLAM混凝土渗透性仪法采取CLAMtest法[3-5]进行空气渗透性标测。

2)水吸附试验。当前国际中多采用水吸附试验衡量混凝土抗水渗透的指标之一，本次试验采用英国BS 1881-208[6]标准中的水吸附试验法，量测ISAT10值，试验设备同样采用英国生产的AUTOCLAM混凝土渗透性仪。

3)混凝土表面强度试验。根据JGJ/T 23—2011回弹法检测混凝土强度技术规程，采用回弹仪对混凝土表面进行回弹值测定，并按照测区混凝土回弹—强度换算表换算为混凝土表面抗压强度[7]。因为回弹仪弹击混凝土表面后该局部位置较为密实，可能会影响表层性能指标，故回弹试验安排在空气渗透性、水吸附试验完成后再进行，同时现场混凝土强度值采用同条件养护强度值，所以回弹试验待构件龄期大于600 ℃·d后进行，以取得相对应试验数据。

2 试验及结果分析

1)混凝土空气渗透性指标见图1。根据空气渗透性指数对混凝土保护层质量判别表(见表1)，可以看到：采用透水模板的混凝土表层在前两次都属于“很好”的等级，重复使用到第三次时空气渗透性等级下降至“好”，而对比普遍混凝土表层基本属于“差”的等级。这说明采用透水模板可以显著提高混凝土的空气渗透性指标，并且在重复使用三次以内其混凝土的空气渗透性能基本可以保证。

表1 空气渗透性指数对混凝土保护层质量判别表

保护质量Autoclam透气性指数/min很好Ln≤0．10好0．100．90

2)混凝土水吸附指标见图2。从图中指标对比可以看出：透水模板在前两次使用表层水吸附值较为理想，所有采用透水模板的混凝土表层水吸附值都属于“低”的等级，但与空气渗透性实验结果相同——至三次重复使用时表层水吸附值指标有了明显下降，降到了“中”的等级，而普通混凝土都属于“高”的等级。说明透水模板周转三次后，混凝土表层性仍能属于“较好”等级，但继续使用是否可以提高混凝土结构耐久性持谨慎态度(如表2所示)。

表2 表层水吸附能力批判表(Basheer,1993)ISAT10

mL/(m2·s)

表3 回弹法测量混凝土表层强度对比 MPa

3)测量表层强度。从表3中可以看出，不同于空气渗透性、表层水吸附能力实验，在透水模板重复使用三次后混凝土表层强度并没有明显降低，经换算均超过C50，其他未采用透水模板的混凝土表面强度换算接近设计强度C35，提取同条件养护混凝土试块强度报告，四、五、六层柱混凝土强度分别为40 MPa，39.6 MPa，38.9 MPa，基本与回弹实验结果相符。分析原因引用Duff Abrams的水灰比与强度对应公式[8]：

其中，A=96.5MPa，B=4，σc取混凝土强度值，推算出采用透水模板混凝土表面水胶比值为0.29～0.31，而该工程中混凝土配合比设计水胶比值为0.42，由此可见采用透水模板的混凝土表层水胶比有明显减小。

这些现象表明：对于混凝土必须提供充分的水分来保证水化反应以将孔隙率降低到所要求的强度和耐久性[8]。根据L.E柯普兰德的研究理论，完全水化反应的水灰比不应该低于0.42，本工程柱混凝土的设计水胶比为0.42。从理论上说，无需提供额外的水分也能保证完全水化反应，但由于模板吸水、外部蒸发作用，混凝土表面浆体会失去部分水分，这时必须进行湿水养护。但是在工程实际中施工人员湿水程度大多不充分，混凝土并不处于连续潮湿养护条件下，导致外部混凝土反复干湿循环，混凝土浆体收缩改变孔径分布，使部分毛细孔变成相互连通，混凝土渗透性大大降低。而在标准养护条件下，水化反应进行较充分，C-S-H凝胶孔的形成堵塞互相连通的孔，整体渗透性可以得到保证。

采用透水模板可使混凝土表层的水胶比减小，混凝土表层变得更加密实，水不易被蒸发，因此内部水化反应可以正常进行，混凝土表层的孔分布情况得到改善，从而提高了混凝土的耐久性。

3 试验研究结论

通过透水模板对提高混凝土结构耐久性的试验研究得到以下结论：

1)采用透水模板可以显著提高混凝土表层抗空气渗透性能力，降低表层水吸附能力，提高混凝土表层强度。因此采用透水模板技术可提高混凝土结构的耐久性，具有很大的推广使用前景。

2)透水模板在重复使用三次以后表明：虽然回弹实验表明混凝土表层强度基本没有明显降低，但混凝土的表层空气渗透性、水吸附能力指标有了明显降低，所以透水模板在今后运用中应周转三次以内为宜。

3)提高混凝土结构耐久性重点在于表层性能，因此在工程施工中应加强对混凝土养护，减少互相连通毛细孔的生成，降低混凝土的渗透性，从而提高混凝土结构的耐久性。

[1] 傅立荣.透水模板在盐田港区三期工程中的应用研究[J].水运工程,2004(10)：36-39.

[2]JGJ/T193—2009，混凝土耐久性检验评定标准[S].

[3]ACICommittee228，NondestructiveTestMethodsforEvaluationofConcreteinStructures[S].

[4]JamesW.Bryant,JrNON-INVASIVEPERMEABILITYSSESSMENTOFHIGHPERFORMANCECONCRETEBRIDGEDECKMIXTURES[Z].

[5]A.E.LongUa,U.G.D.Hendersonb,F.R..MontgomerycWhyassessthepropertiesofnear-surfaceconcrete[Z].

[6]BS1881-208:1996Testingconcrete.Recommendationsforthedeterminationoftheinitialsurfaceabsorptionofconcrete[S].

[7] 田正宏.透水模板布改善混凝土表层质量试验研究[J].东南大学学报(自然科学版)，2008(1)：146-149.

[8] 西德尼·明德斯(SideyMindess).混凝土[M].第2版.北京：化学工业出版社，2005.

Experiments and Researches on controlledpermeability formwork to improve the durability of concrete structure

Ouyang Qin1Shen Zhiyong2

(1.HubeiWaterResourcesTechnicalCollege,Wuhan430070,China； 2.XinbaConstructionGroupCo.,Ltd,Wuhan430033,China)

Combining with the performances in projects including air permeability, surface water absorption, and rebound method, the paper compares and evaluates the effect of the permeability effect, proves by the test that the concrete surface strength, anti-air, and water absorption permeability performance of the formwork, and analyzes the concrete surface after the permeability formwork are much tighter and the internal hydration reaction is normal, so it can improve the concrete durability.

permeability formwork, durability, air permeability, water absorption index, water-binder ratio

2015-02-08

欧阳钦(1973- )，男，高级工程师； 沈志勇(1970- )，男，高级工程师

1009-6825(2015)11-0027-02

TU528

A