李 焱，楊能輝，戴國強(qiáng)

（江西省水利科學(xué)研究院，江西 南昌 330029）

1 概 況

在江西省小型農(nóng)田水利工程重點縣水利設(shè)施的建設(shè)中，預(yù)制混凝土U 型渠槽的應(yīng)用占有很大的比重。U型槽的主要優(yōu)點有安裝方便、不淤積、力學(xué)性能好、輸水能力強(qiáng)等[1]。雖然U 型槽的制作及安裝已經(jīng)有相關(guān)規(guī)范[2]，但各生產(chǎn)廠家在制作時，仍具有一定的隨意性，質(zhì)量也參差不齊。

為了提高U 型槽產(chǎn)品質(zhì)量，節(jié)約資金，保證工程使用功能正常發(fā)揮，江西省水利廳從2010年10月至2012年12月，對全省200 余家U 型槽生產(chǎn)廠家進(jìn)行了產(chǎn)品檢測。檢測結(jié)果表明，部分廠家生產(chǎn)的U 型槽存在一定程度的質(zhì)量不合格現(xiàn)象。

這種不合格現(xiàn)象主要表現(xiàn)為構(gòu)件外觀質(zhì)量不合格和構(gòu)件抗外壓強(qiáng)度低等。對于外觀質(zhì)量問題的成因及控制措施，有專家已經(jīng)做過相關(guān)的研究[3]，在此不再贅述。本文從江西省U 型槽運用的實際情況出發(fā)，介紹了U 型槽外壓強(qiáng)度檢驗方法，分析了U 型槽外壓強(qiáng)度不合格現(xiàn)象的成因，并提出了質(zhì)量控制措施。

2 檢測方法

采用反力架、三分點加載檢驗法，檢驗方法詳見圖1。試件準(zhǔn)確安裝就位后開始加荷，加荷速率不超過1 kN/min。外壓破壞荷載值按下式計算：

式中：F—破壞荷載值（kN）；

F0—（上梁+中梁+小梁+千斤頂）自重（kN）；

L—槽身實際受壓長度（m）；

P外—外壓破壞荷載值（kN/m）。

外壓荷載試驗的判定標(biāo)準(zhǔn)如表1。

表1 U 型槽外壓荷載標(biāo)準(zhǔn)值

3 U型槽質(zhì)量問題成因

影響U 型槽質(zhì)量的因素，主要可分為人員因素和技術(shù)因素。其中人員因素主要有：管理者管理意識的強(qiáng)弱，生產(chǎn)者技術(shù)水平高低、經(jīng)驗積累情況等。技術(shù)原因主要有：混凝土配合比，包括原材料的優(yōu)劣；成型機(jī)器質(zhì)量及成型過程的控制；構(gòu)件成型后的養(yǎng)護(hù)；斷面尺寸等。本文主要對生產(chǎn)時的技術(shù)因素進(jìn)行闡述和分析。

3.1 原材料

水泥。水泥的優(yōu)劣直接影響著混凝土的強(qiáng)度，若使用劣質(zhì)水泥，則構(gòu)件成型后容易產(chǎn)生起皮、開裂、骨料分離等情況，直接影響著U 型槽構(gòu)件成型后的強(qiáng)度。

粗骨料。粗骨料的粒徑及級配也會影響構(gòu)件成型后的強(qiáng)度。由于U 型槽斷面一般較薄（35～55 mm），采用震動壓樣成型，成型條件較為特殊，若使用較大（或級配不良）粒徑的骨料，很可能在構(gòu)件內(nèi)部由于大顆粒的空隙得不到有效填充而產(chǎn)生架空結(jié)構(gòu)，這勢必會影響構(gòu)件的強(qiáng)度。

粗、細(xì)骨料的含泥量。骨料中的含泥量大小不單對混凝土的強(qiáng)度有影響，而且對混凝土的耐久性也有很大的影響。骨料含泥量過大，會降低混凝土骨料界面的粘結(jié)強(qiáng)度，降低水泥漿對粗骨料的握裹力，降低水泥與碎石間內(nèi)摩擦力，從而降低U 型槽構(gòu)件強(qiáng)度。

3.2 混凝土配合比

水膠比。水膠比選擇過大時，會造成拌和物粘聚性和保水性不良，導(dǎo)致拌合物離析現(xiàn)象嚴(yán)重，會影響構(gòu)件成型時的外觀質(zhì)量和成型后強(qiáng)度。

砂率。混凝土拌合物的和易性隨著砂率的增大而增加，但砂率過大，當(dāng)水泥漿不足以包裹骨料表面時，則混凝土的粘聚性下降，從而造成U 型槽構(gòu)件強(qiáng)度過低。

配合比設(shè)計方法。由于U 型槽在成型時采用的是震動壓樣成型，所以在進(jìn)行配合比設(shè)計時，若完全依照一般混凝土配合比進(jìn)行設(shè)計，就會使設(shè)計成果和現(xiàn)實情況脫節(jié)。

3.3 成型機(jī)器及成型過程控制

生產(chǎn)機(jī)械。有些廠家選用的為無液壓系統(tǒng)機(jī)械，或震動系統(tǒng)提供的振幅太低，無法將混凝土拌合物中的空隙有效壓縮，成型后的構(gòu)件密實性很差，其強(qiáng)度也很低。

成型過程的控制。構(gòu)件成型時，若震動時間太短，則混凝土不能得到有效振密，影響構(gòu)件的密實性；而震動時間過長，會造成以粗顆粒下沉為主要表現(xiàn)的離析現(xiàn)象。離析現(xiàn)象嚴(yán)重的，會導(dǎo)致混凝土產(chǎn)生大量蜂窩，嚴(yán)重影響其強(qiáng)度。

3.4 混凝土構(gòu)件養(yǎng)護(hù)

混凝土之所以能逐漸凝結(jié)硬化，主要是因為水泥水化作用的結(jié)果，而水化作用則需要適當(dāng)?shù)臏囟群蜐穸葪l件。在夏天或天氣較干燥時，由于U 型槽屬薄壁構(gòu)件，混凝土中水分會很快蒸發(fā)，使已形成凝膠體的水泥顆粒不能充分水化，不能轉(zhuǎn)化為穩(wěn)定的結(jié)晶，缺乏足夠的粘結(jié)力，從而嚴(yán)重影響構(gòu)件的強(qiáng)度。在冬季，特別當(dāng)溫度降低到0℃時，存在于混凝土中的水有一部分開始結(jié)冰，水泥水化作用基本停止，強(qiáng)度就不再增長，甚至產(chǎn)生混凝土凍害。

3.5 U 型槽斷面尺寸

U 型槽在外壓荷載的作用下，破壞形式為混凝土彎拉破壞，通過材料力學(xué)理論方法，可以得到破壞截面上的總應(yīng)力為：

式中：σt外——破壞截面上的總應(yīng)力（MPa）；

b—槽底厚度（m）；

f—單位長度荷載（kN/m）；

H— 槽深（m）。

通過上式可以看出，U 型槽是否破壞，不僅與荷載有關(guān)，和槽底厚度、槽深也密切相關(guān)。

根據(jù)表1的各外壓破壞荷載，可以計算出各型號和槽深下需要的槽底最小厚度（見表2）。

4 生產(chǎn)控制措施

針對以上原因產(chǎn)生的U 型槽質(zhì)量問題，可采用下列措施控制：

（1）嚴(yán)格控制原材料質(zhì)量。水泥進(jìn)場后，應(yīng)按批次進(jìn)行檢驗，水泥在出廠3個月后，不得用于生產(chǎn)U 型槽構(gòu)件。控制粗骨料的粒徑，若粗骨料存在超徑現(xiàn)象，應(yīng)進(jìn)行篩分后再用于生產(chǎn)。由于一般的生產(chǎn)場地中無骨料清洗設(shè)備，因此對含泥量太大的粗、細(xì)骨料，應(yīng)杜絕使用。

（2）選擇適當(dāng)?shù)幕炷僚浜媳?。為保證構(gòu)件強(qiáng)度，配合比中的水膠比、砂率不宜過高。此外，由于室內(nèi)試驗得出的配合比和現(xiàn)實情況可能存在脫節(jié)的現(xiàn)象，生產(chǎn)廠家在拿到配合比設(shè)計報告后，應(yīng)進(jìn)行試配，根據(jù)實際情況對配合比進(jìn)行適當(dāng)調(diào)整。

冬季生產(chǎn)，還可以根據(jù)3個方面進(jìn)行配比優(yōu)化：選擇早強(qiáng)硅酸鹽水泥，該水泥水化熱較大，且在早期放出強(qiáng)度最高；盡量降低水灰比，稍增水泥用量，從而增加水化熱量，縮短達(dá)到齡期強(qiáng)度的時間；摻加早強(qiáng)外加劑，縮短混凝土的凝結(jié)時間，提高早期強(qiáng)度。

（3）選用合適成型機(jī)械，并保證震動時間。用于生產(chǎn)U 型槽的機(jī)械，應(yīng)具有液壓裝置和震動裝置，以利于拌合物中的空隙得到有效壓縮。此外，選用帶有排水排氣孔的模具可以使拌合物中的空氣在壓力作用下更容易排出，同樣可增強(qiáng)U 型槽的密實性。U 型槽在成型時，應(yīng)保證其震動時間在合適的范圍內(nèi)；根據(jù)統(tǒng)計，成型過程以60～90 s為宜，成型時，宜邊填料邊震動。

（4）加強(qiáng)構(gòu)件成型后的養(yǎng)護(hù)工作。在夏季及天氣較干燥的時候，主要做到勤灑水。在冬季，若U 型槽放置在室內(nèi)，可采用火爐加熱的方法進(jìn)行養(yǎng)護(hù)；若U 型槽放置在室外，應(yīng)選用毛氈、草簾等保溫材料進(jìn)行覆蓋，防止混凝土凍害的產(chǎn)生。

（5）保證槽壁厚度。在U 型槽的制作中，可根據(jù)表2選擇合適模具，以控制槽壁厚度，從而避免U 型槽產(chǎn)生由于槽壁太薄而產(chǎn)生的不合格現(xiàn)象，同時也可以避免由于槽壁太厚而產(chǎn)生的浪費。

表2 各型號U 型槽的最小槽壁厚度 cm

5 結(jié)語

U 型槽質(zhì)量問題的成因較為復(fù)雜，本文僅從生產(chǎn)技術(shù)的角度出發(fā)，列出了部分原因，并提出了相應(yīng)的控制措施。為保證U 型槽的質(zhì)量，避免由于質(zhì)量問題而產(chǎn)生的損失，還需要生產(chǎn)廠家從思想上重視，嚴(yán)格控制生產(chǎn)的各個環(huán)節(jié)。

［1］祝小靚，徐鎮(zhèn)凱，傅瓊?cè)A.U 型槽有限元分析［J］.江西水利科技，2011（4）.

［2］DB36/T646-2011，小型農(nóng)田水利灌排渠預(yù)制混凝土構(gòu)件制作與檢測技術(shù)規(guī)程［S］.