装配式混凝土U型渠耐久性能试验研究

贾　超，王嘉斌，刘玉利

（山东大学土建与水利学院，山东 济南 250061）

装配式混凝土U型渠耐久性能试验研究

贾超，王嘉斌，刘玉利

（山东大学土建与水利学院，山东 济南 250061）

【摘要】本文借助于室内混凝土耐久性试验，对比分析不同配合比的混凝土强度特性、抗水渗透系数、抗氯离子渗透系数、抗冻性能等，由此可知，U型渠在实际工程应用中对不同地区，应选择不同的配合比，以使渠道工程达到最好的性价比。

【关键词】混凝土；U型渠；渗透系数；抗冻等级

混凝土U型渠具有防渗效果显著、水力性能好，输水输沙能力强、渠道占地少、省工节料等优点，而装配式渠道因安装简易、检修方便，已逐步应用于渠道工程中。

装配式混凝土U型渠在水力参数、结构体型方面有较为系统的研究；在现场施工方法等方面有过初期的探讨，但其强度、抗冻性能等耐久性能缺乏系统的理论和试验研究，本文拟通过试验研究渠道混凝土耐久性能。

1　试验准备

1.1试验原材料

水泥为P.O42.5级；粗骨料为5～20mm碎石；细骨料为中细砂；矿粉为S95级粒化高炉矿渣粉；粉煤灰为F类Ⅱ级粉煤灰；减水剂为聚羧酸高效减水剂。

1. 2配合比设计

渠道混凝土强度为C30等级，采取溜槽施工工艺，设计坍落度为160~180mm。采取超量取代法计算矿粉及粉煤灰的用量，试验配合比见表1。

1.3试件制备

本次试验中，为防止在试验中混凝土试件有损失，制备试件时应有富余量。试件浇筑24h后脱模，随后将试件送到标准养护室 （温度为20±2℃、相对湿度为95%以上）养护至各项试验规定的龄期。

表1试验混凝土配合比 kg/m3

2　混凝土试验结果分析

2.1拌合物基本性能

混凝土拌合物的性能包括坍落度、含气量、密度，测量所得值见表2。

由表2中可知，拌合物的坍落度和密度均满足配比设计要求；由于没有加入引气剂，拌合物的含气量变化并不大；新拌合物的流动性、黏聚性和保水性均良好，未出现泌水和离析现象。

2.2混凝土力学性能

表2混凝土拌合物性能

试验完成龄期为7d、28d的立方体抗压强度，通过计算可以得到：1）各配合比7d抗压强度分别达到设计强度的87.7%、97.0%、104.3%，表明混凝土能在7d龄期时拆模；2）各配合比28d抗压强度分别是设计值的1.14倍、1.39倍、1.3倍，都能达到配合比设计要求；3）各配合比的7d 和28d强度值相比，增加幅度分别为29.7%、43.3%、23.6%，表明：①不添加任何外加剂和掺和料的混凝土的7d到28d强度的增加幅度为20%～30%；②加入粉煤灰的混凝土的前期强度增加较慢，后期增长幅度较大；③在混凝土加入减水剂后，早期强度增长较快，后期强度增长较慢。

2.3抗水渗透性能

采用渗透高度法测定混凝土的抗水渗透系数，各配合比试件劈裂面的渗水高度平均值见表3。通过对比分析表3，可得到：

表3混凝土渗水高度及渗透系数值

1）水灰比影响混凝土的渗透系数，这是由于混凝土的水灰比小，密实度高，其内部孔隙小，因而抗渗性好。

2）加入粉煤灰的混凝土抗水渗透系数较小，这是由于粉煤灰的火山灰效应能产生“二次水化反应”而具有凝胶性能，能够增加混凝土密实性，改善孔结构，从而提高混凝土的抗渗性。

3）掺加减水剂能够显著提高混凝土的抗渗性，这是由于掺加减水剂改善混凝土拌合物的和易性，提高密实度，减少混凝土泌水形成的毛细孔数量和密集与骨料周边的气孔，从而提高混凝土的抗渗性。

综上所述，3组配合比的混凝土的渗透系数较小，均能满足装配式U型渠的抗水渗透及耐久性要求。

2.4抗冻融循环性能

通过标准的快速冻融循环试验，确定混凝土的抗冻等级，本次完成了150次冻融循环试验。冻融循环试验主要以混凝土试件的质量损失和相对动弹性模量作为判定依据。

由试验可知，冻融过程中，混凝土试件的质量损失不大，表明各组配合比混凝土在冻融工况下不会产生试件破坏，能够保持完整性，同时也说明本次冻融循环不能用质量损失率来判定混凝土抗冻等级。

由相对动弹性模量结果可知，第Ⅰ、Ⅱ组分别完成100次、75次冻融后，相对动弹性模量低于60%，则其抗冻等级分别为F100、F75；第Ⅲ组配合比的混凝土试件在动融为150次后，其相对动弹性模量还高于90%，表明其抗冻等级为F150以上，抗冻性能最高。

参照配合比分析可得，加入了粉煤灰，抗冻等级较低，表明粉煤灰会降低混凝土的抗冻性能；而加入减水剂后，其抗冻性能得到了很大的提高，表明加入减水剂，降低水灰比，能大幅度地提高混凝土的抗冻性能。

2.5抗冻氯离子渗透性能

采用快速氯离子迁移系数法（RCM法）分析混凝土的抗氯离子渗透性能。试验电压为30V，持续时间为24h，试件的厚度为4个试件的平均高度。

通过试验可知，Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ组试件平均厚度分别为50.8mm、51.6mm、51.2mm，氯离子渗透高度分别为24.17mm、29.22mm、20.1mm，渗透系数分别为11.37×10-12m2/s、14.11×10-12m2/s、9.41× 10-12m2/s。各组配合比混凝土的抗氯离子渗透系数都很小，均能满足混凝土在一般氯离子环境中耐久性要求。掺入粉煤灰的混凝土的抗氯离子渗透系数较大，这是粉煤灰颗粒细化了毛细孔径，延长了毛细孔通道，改善其内部孔结构，增加了氯离子的通道，所以粉煤灰混凝土的抗氯离子渗透性能较差。

3结语

通过室内试验研究了装配式混凝土U型渠的耐久性能，由试验可知，各组配合比的混凝土均能满足渠道在运输安装、安全运行时的基本强度和耐久性要求，也能满足渠道长期运行的耐久性要求，不同的地区可选择不同的配合比，以达到最好的工程效益。基金项目：济南市科技局资助项目。

（责任编辑崔春梅）

【中图分类号】TU755.8

【文献标识码】B

【文章编号】1009-6159（2015）-10-0013-02

收稿日期：2015-03-17

作者简介：贾超（1976—），男，教授，博士生导师