史長瑩,劉歡歡

(黑龍江大學(xué) 水利電力學(xué)院，哈爾濱 150080)

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0#膠晶對渠道混凝土襯砌抗凍脹性影響的試驗研究

史長瑩,劉歡歡

(黑龍江大學(xué) 水利電力學(xué)院，哈爾濱 150080)

摘要：渠道襯砌的凍脹破壞不僅影響渠道的正常使用，而且增加了工程費(fèi)用和修復(fù)次數(shù)，因此渠道襯砌的防凍脹技術(shù)研究成為一個非常嚴(yán)峻的工程問題。0#膠晶是為配制生產(chǎn)水泥基灌漿料而研制的一種有機(jī)高分子添加劑，其所具有的許多特性可對混凝土渠道襯砌的抗凍脹性起到改善作用。對普通混凝土和添加了0#膠晶的混凝土進(jìn)行室內(nèi)試驗，以探求0#膠晶對混凝土抗凍脹性的改善效果。

關(guān)鍵詞：0#膠晶；混凝土；抗凍脹性；試驗

0引言

國內(nèi)現(xiàn)有的許多渠道襯砌工程，特別是東北的季節(jié)性、永久性凍土地區(qū)和華北西北的季節(jié)性凍土地區(qū)的襯砌渠道工程，有很多出現(xiàn)了不同程度的凍脹破壞，渠道襯砌的凍脹破壞不但直接影響了渠道的正常使用，而且增加了工程費(fèi)用和修復(fù)次數(shù)，渠道襯砌的防凍脹成為了一個非常嚴(yán)峻的工程問題。因此，人們一直在尋求和探索改善其缺點的途徑，以保證混凝土能夠達(dá)到工程要求。

0#膠晶是為配制生產(chǎn)水泥基灌漿料而研制的一種有機(jī)高分子添加劑，其所具有的許多特性可對混凝土渠道襯砌的抗凍脹性起到改善作用。本文將南水北調(diào)工程一期二線工程的混凝土渠道襯砌防治凍脹破壞的措施作為重點研究對象，針對0#膠晶對混凝土強(qiáng)度特性的影響進(jìn)行試驗分析，以探求0#膠晶對混凝土特性的改善機(jī)理和改善效果。

1室內(nèi)試驗研究

本文對添加5 kg/m3的0#膠晶和未添加0#膠晶的混凝土分別進(jìn)行了強(qiáng)度特性、變形特性、抗折韌性及微觀試驗，為工程應(yīng)用提供可靠的依據(jù)。

1.1試驗用原材料及配合比

試驗用原材料：①水泥：冀中能源水泥有限公司生產(chǎn)的PO42.5水泥。②粉煤灰：邯鄲熱電廠Ⅱ級粉煤灰。③細(xì)集料：河砂。④粗集料：碎石，粒徑為5～20 mm。⑤減水劑：DpG。⑥引氣劑：DH9。⑦0#膠晶：有機(jī)高分子添加劑。⑧水：地下水。

本次試驗將兩組試件進(jìn)行對比，D組為未添加0#膠晶的混凝土試件，E組為添加0#膠晶的混凝土試件，各組的原材料配合比見表1。

表1　混凝土配合比

1.20#膠晶對混凝土流動性的影響

混凝土由于坍落度和坍落擴(kuò)展度較大，往往產(chǎn)生泌水、離析等不良現(xiàn)象[1]。添加了0#膠晶的混凝土其流動性可能會發(fā)生變化。根據(jù)SL352-2006《水工混凝土試驗規(guī)程》[2]，本次試驗使用坍落度筒、鋼尺等儀器，試驗按照規(guī)定步驟進(jìn)行。

試驗結(jié)果： D組坍落度為58 mm，E組坍落度為60 mm。結(jié)果表明，添加0#膠晶對提高混凝土的流動性有一定幫助。

1.30#膠晶對混凝土含氣量的影響

混凝土的耐久性與混凝土的含氣量有關(guān)[3]，混凝土拌合物的含氣量試驗按文獻(xiàn)[2]進(jìn)行。

試驗結(jié)果：D組和E組含氣量均為4.5% 。結(jié)果表明，是否添加0#膠晶對混凝土的含氣量沒有影響。

1.40#膠晶對混凝土抗凍性的影響

抗凍性作為混凝土耐久性的重要評價指標(biāo)，是大體積混凝土的重要設(shè)計參數(shù)之一[4]。本節(jié)抗凍性試驗依據(jù)GB50082-2009《普通混凝土長期性能和耐久性能試驗方法標(biāo)準(zhǔn)》[5]中的慢凍法進(jìn)行。試驗分兩組進(jìn)行，試件尺寸為100 mm×100 mm×100 mm的立方體。試驗結(jié)果見表2。

表2　混凝土抗凍性試驗結(jié)果

由表2可見，E組質(zhì)量損失率明顯低于D組。因此，摻加0#膠晶能明顯地提高混凝土的抗凍性。

1.50#膠晶對混凝土抗?jié)B性的影響

混凝土的抗?jié)B性能對混凝土的耐久性起著重要作用，除關(guān)系到混凝土的擋水及防水外，還直接影響混凝土的抗凍性及抗侵蝕性等[6]。本節(jié)抗?jié)B試驗依據(jù)文獻(xiàn)[5]進(jìn)行，分別通過逐級加壓法和滲水高度法來比較兩組試件的抗?jié)B性。結(jié)果如下：

1)逐級加壓法的實驗結(jié)果：D組與E組抗?jié)B等級均達(dá)到設(shè)計要求的W6，兩組的抗?jié)B性能無明顯差距。

2)滲水高度法的實驗結(jié)果：E組滲水高度為10.5 mm，較D組14.3 mm有明顯的降低。

試驗結(jié)果表明，添加0#膠晶可提高混凝土的抗?jié)B性能。

1.60#膠晶對混凝土強(qiáng)度特性的影響

混凝土能夠承受荷載的能力大小是其強(qiáng)度和耐久性的一個重要表現(xiàn)，對D組和E組的混凝土強(qiáng)度特性的變化進(jìn)行試驗分析。

1.6.10#膠晶對混凝土抗壓強(qiáng)度的影響

混凝土的抗壓強(qiáng)度分為立方體抗壓強(qiáng)度和棱柱體抗壓強(qiáng)度。根據(jù)文獻(xiàn)[2]的規(guī)定，立方體抗壓強(qiáng)度試驗成型了兩組150 mm×150 mm×150 mm的立方體共18塊，試驗測試在YE-2000型數(shù)顯壓力試驗機(jī)上進(jìn)行。棱柱體抗壓強(qiáng)度試驗過程參照GB/T50081-2002《普通混凝土土力學(xué)性能試驗方法》[7]進(jìn)行，試驗試件尺寸為150 mm×150 mm×300 mm。試驗結(jié)果取各組平均值見表3。

表3　抗壓強(qiáng)度試驗結(jié)果

試驗結(jié)果表明：0#膠晶會降低混凝土的棱柱體抗壓強(qiáng)度，對立方體抗壓強(qiáng)度影響不大。

1.6.20#膠晶對混凝土抗折強(qiáng)度的影響

混凝土彎曲性能是影響結(jié)構(gòu)使用的重要因素，而混凝土的抗折強(qiáng)度是其彎曲性能的一個綜合指標(biāo)[8]。根據(jù)文獻(xiàn)[7]，本次試驗共成型兩組試件，試件的尺寸為150 mm×150 mm×550 mm。試驗結(jié)果見表4。

表4　抗折強(qiáng)度試驗結(jié)果

試驗結(jié)果表明：添加0#膠晶可提高混凝土的抗折強(qiáng)度。

1.70#膠晶對混凝土彈性模量的影響

彈性模量是混凝土重要的力學(xué)性能之一，是計算混凝土結(jié)構(gòu)的應(yīng)力、變形和大體積混凝土的溫度應(yīng)力所必需的參數(shù)之一[9]。混凝土的彈性模量分為軸心抗壓彈模和抗折彈模。

根據(jù)文獻(xiàn)[1]，軸心抗壓彈模試驗和抗折彈模試驗的試件尺寸與抗壓強(qiáng)度和抗折強(qiáng)度的試件尺寸相同。試驗采用BX120-100A型混凝土應(yīng)變片來測定混凝土的變形，試驗結(jié)果見表5。

表5　彈性模量(104 MPa)試驗結(jié)果

試驗結(jié)果表明：添加0#膠晶會降低混凝土的抗壓和抗折彈模性模量。

1.80#膠晶對混凝土抗折韌性的影響

韌性是指混凝土開裂后能繼續(xù)保持承受較大荷載的能力，是評價混凝土的一個重要指標(biāo)[9]。本節(jié)試驗采用上節(jié)中的試驗數(shù)據(jù)進(jìn)行，試驗方法采用能量比值法。依據(jù)試驗數(shù)據(jù)自身特點，取1.1和1.3倍應(yīng)變進(jìn)行計算，試驗結(jié)果見表6。

表6　抗折韌性試驗結(jié)果

由表6可見，添加了0#膠晶的E組混凝土抗折韌性好于未添加0#膠晶的D組普通混凝土。

1.9混凝土的微觀試驗

混凝土是一種典型的多孔介質(zhì)材料，孔隙分布錯綜復(fù)雜，孔徑分布也較廣泛[10]?；炷恋目紫堵屎涂讖椒植嫉任⒂^結(jié)構(gòu)也決定著其宏觀力學(xué)性能[11]。本節(jié)試驗分別采用壓汞測孔法(MIP)和掃描電鏡法(SEM)對兩組混凝土試件的微觀結(jié)構(gòu)進(jìn)行分析和探討。

1)壓汞法：試驗直接從硬化混凝土中取樣。將規(guī)定齡期的混凝土破碎成3～5 mm的顆粒，清洗干凈后用烘箱烘干，選擇其中的砂漿顆粒進(jìn)行測試[12-13]?；炷恋目讖椒譃?級：孔徑<20 nm的為無害孔，20～100 nm為少害孔，100～200 nm為有害孔，>200 nm為多害孔，壓汞法試驗結(jié)果見表7。

表7　壓汞法試驗結(jié)果

2)掃描電鏡法：試件直接取自硬化混凝土，試驗前將兩組試件用小錘分別輕輕敲下類似5分硬幣大小薄厚的樣品并在烘箱烘干備用。對成型的兩組試件進(jìn)行電鏡掃描，拍出的SEM照片見圖1和圖2。

圖1　D組和E組混凝土試件SEM照片(放大2 000倍)Fig.1　SEM photos of concrete specimen (magnified 2 000 times)

圖2　D組和E組混凝土試件SEM照片(放大5 000倍)Fig.2　SEM photos of concrete specimen (magnified 5 000 times)

綜合以上兩種試驗方法可見：

1)添加了0#膠晶后混凝土孔結(jié)構(gòu)有了很大改善。從混凝土的孔徑分布來看，混凝土中添加0#膠晶后，混凝土中有害孔比例明顯下降。

2)添加了0#膠晶的樣品，其結(jié)構(gòu)連續(xù)性好，孔隙率較低，強(qiáng)度較高，因此其力學(xué)性能和耐久性均大幅度提高。

2結(jié)論

經(jīng)上述室內(nèi)試驗數(shù)據(jù)結(jié)果分析可以得出如下結(jié)論：0#膠晶可以改善混凝土的流動性、抗凍性和抗?jié)B性，并且能夠提高混凝土的抗折強(qiáng)度和抗折韌性等強(qiáng)度特性。0#膠晶對提高混凝土的孔隙結(jié)構(gòu)也起到了明顯的作用。因此，0#膠晶確實對混凝土襯砌的防凍脹性有明顯的改善，且其實用性也較好。該項試驗成果，可以為南水北調(diào)中線工程的其他高含水率土壤地區(qū)的渠道襯砌工程提供經(jīng)驗，并可供同類工程的設(shè)計和施工單位借鑒。

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Experimental study of the influence of 0# crystal glue on channel concrete lining anti-freezing performance

SHI Chang-Ying,LIU Huan-Huan

(CollegeofHydraulicandElectricPower,HeilongjiangUniversity,Harbin150080,China)

Abstract：Frost heaving destruction of canal liner engineering not only affected the normal working of channels, but also increased project cost and times of restoration. Study on anti-freezing technology becomes a very serious engineering problem. 0# crystal glue is a kind of organic polymer additives that developed for production of cement grouting materials, many features of 0# crystal glue may improve the effect of concrete channel lining anti-freezing. We did indoor experiments with common concrete and concrete with 0# crystal, to explore the 0# crystal’s improvement for concrete anti-freezing performance.

Key words：0# crystal glue; concrete; anti-freezing performance; experiment

DOI:10.13524/j.2095-008x.2016.01.002

收稿日期：2015-12-29；修改日期：2016-01-21

基金項目：河北省南水北調(diào)工程科技項目；黑龍江大學(xué)研究生創(chuàng)新科研項目資金資助(YJSCX2015-034HLJU)

作者簡介：史長瑩(1964-)，男，河北樂亭人，教授，博士，研究方向：水利工程，E-mail:shicy2004@126.com。

中圖分類號：TV431

文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A

文章編號：2095-008X(2016)01-0007-05

網(wǎng)絡(luò)出版地址：http://www.cnki.net/kcms/detail/23.1566.T.20160309.0909.002.html