陶　琦，劉京天

(1.黑龍江省水利科學(xué)研究院，黑龍江 哈爾濱 150001；2.華北水利水電大學(xué) 水利學(xué)院, 河南 鄭州 450045)

矩型渠混凝土性能研究

陶琦1，劉京天2

(1.黑龍江省水利科學(xué)研究院，黑龍江 哈爾濱 150001；2.華北水利水電大學(xué) 水利學(xué)院, 河南 鄭州 450045)

摘要：本文主要研究了不同外加劑及纖維對(duì)矩形渠混凝土性能的影響。試驗(yàn)結(jié)果表明：萘系減水劑和聚羧酸減水劑分別與鋼纖維、聚丙烯纖維復(fù)合使用時(shí)，可以配置出C50F350的混凝土；萘系減水劑與聚丙烯纖維0.5%摻量復(fù)合使用時(shí)，混凝土的抗壓強(qiáng)度和抗折強(qiáng)度較高；聚羧酸減水劑與鋼纖維0.8%摻量復(fù)合使用時(shí)，混凝土的抗壓、抗折強(qiáng)度較高；摻加聚丙烯纖維的混凝土和聚羧酸減水劑與鋼纖維0.5%、0.8%摻量復(fù)合使用時(shí)，混凝土的抗凍性能達(dá)到了350次凍融循環(huán)。

關(guān)鍵詞：矩形渠；混凝土；纖維

近年來，中央堅(jiān)持把農(nóng)田水利建設(shè)作為保障農(nóng)業(yè)穩(wěn)定發(fā)展和國(guó)家糧食安全的重要基礎(chǔ)，不斷完善政策支持體系[1]，2011年中央出臺(tái)1號(hào)文件，召開最高規(guī)格的水利工作會(huì)議，2012年啟動(dòng)?xùn)|北四省區(qū)“節(jié)水增糧行動(dòng)”，推動(dòng)農(nóng)田水利進(jìn)入新的發(fā)展階段。黑龍江省水利科學(xué)研究院抓住機(jī)遇在省內(nèi)推廣預(yù)制混凝土矩形渠及相關(guān)產(chǎn)品，這種新型混凝土構(gòu)件能夠解決末級(jí)渠道“最后一公里”日益突出的標(biāo)準(zhǔn)低、配套差、老化失修、效益衰減等問題[2-4]，提高輸水渠道的水利用系數(shù)，達(dá)到節(jié)水、增加灌溉面積的目的[5]。為保證預(yù)制混凝土矩形渠構(gòu)件及相關(guān)產(chǎn)品的推廣應(yīng)用，本文進(jìn)行了混凝土性能方面的相關(guān)研究工作。

1原材料基本性能指標(biāo)與試驗(yàn)方案

1.1原材料

1.1.1水泥

水泥使用的是亞泰集團(tuán)哈爾濱水泥廠生產(chǎn)的天鵝牌P·O 42.5型預(yù)制構(gòu)件專用硅酸鹽水泥。該水泥的基本物理力學(xué)性能見表1，化學(xué)成分見表2。

表1　水泥的基本物理力學(xué)性能

表2　水泥化學(xué)成分 　 %

1.1.2粉煤灰

哈爾濱三電廠Ⅰ級(jí)粉煤灰，密度為2.43 g/cm3，比表面積為655 m2/kg，其性能指標(biāo)見表3，其化學(xué)成分見表4。

表3　粉煤灰性能指標(biāo)

表4　礦物摻合料的化學(xué)成份 　%

1.1.3礦渣

哈爾濱賓西廣易建材生產(chǎn)的礦渣，其密度為2.86 g/cm3，比表面積為501 m2/kg，化學(xué)成分見表4。

1.1.4減水劑

黑龍江省翔波新材料新技術(shù)應(yīng)用開發(fā)有限公司生產(chǎn)的SB-M型萘系減水劑，哈爾濱中交土木工程材料公司生產(chǎn)的聚羧酸減水劑，具體指標(biāo)見表5。

表5　減水劑性能指標(biāo)

1.1.5引氣劑

引氣劑采用黑龍江省翔波新材料新技術(shù)應(yīng)用開發(fā)有限公司生產(chǎn)的SB-G型混凝土引氣劑，具體指標(biāo)見表6。

1.1.6纖維

哈爾濱中交土木工程材料公司生產(chǎn)的鋼纖維，四川恒高新型建材有限公司生產(chǎn)的高聚物異形仿鋼聚丙烯纖維，具體指標(biāo)見表7。

表6　引氣劑性能指標(biāo)

表7　纖維性能指標(biāo)

1.1.7粗集料

粗集料選用石灰?guī)r質(zhì)碎石，粒徑0.5～20 mm連續(xù)級(jí)配，壓碎指標(biāo)為4.8%，針片狀含量為3%，含泥量小于0.2%，表觀密度為2660 kg/m3，吸水率為0.43%。

1.1.8細(xì)集料

細(xì)集料采用松花江江砂，細(xì)度模數(shù)為2.1，砂的密度為2.6 g/cm3，吸水率為0.75%，含泥量為1.5%。

1.2試驗(yàn)方案

混凝土配合比設(shè)計(jì)目標(biāo)為28 d抗壓強(qiáng)度超過50 MPa，抗凍性超過F300。以此為基礎(chǔ)，設(shè)計(jì)基準(zhǔn)混凝土配合比，摻加聚羧酸減水劑、萘系減水劑、引氣劑、鋼纖維、聚丙烯纖維，根據(jù)鋼纖維和聚丙烯纖維用量的不同，改變聚羧酸減水劑和萘系減水劑的摻量，確?；炷撂涠仍?3 cm以上，如減水劑已摻至最大用量，混凝土坍落度依然未達(dá)到設(shè)計(jì)指標(biāo)，則適當(dāng)增加用水量，同時(shí)，為保證混凝土抗凍性，新拌混凝土的含氣量應(yīng)在3%～4%。

2混凝土配合比及工作性能

試驗(yàn)所選用的混凝土配合比如表8所示，試驗(yàn)中測(cè)試的混凝土工作性能參數(shù)包括：含氣量、坍落度、容重，具體參數(shù)數(shù)值如表9 所示。

表8　混凝土配合比

注：N——萘系減水劑;J——聚羧酸減水劑;R——鋼纖維;S——聚丙烯纖維

表9　混凝土工作性能

從表9中數(shù)據(jù)可以看出，除個(gè)別配合比外，大部分混凝土的含氣量都大于3%，這保證了混凝土具有較強(qiáng)的抗凍性能。使用不同減水劑和纖維時(shí)，混凝土的容重變化不顯著，均在正常值范圍內(nèi)；摻加纖維對(duì)混凝土的坍落度影響較大，尤其是摻加鋼纖維時(shí)，由于鋼纖維不易分散，造成混凝土的坍落度急劇降低，這將影響混凝土的成型質(zhì)量，與鋼纖維相比，聚丙烯纖維雖然也有坍落度降低的表現(xiàn)，但是降低較少，更適用于混凝土中。

3混凝土性能試驗(yàn)

3.1混凝土力學(xué)強(qiáng)度性能試驗(yàn)

試驗(yàn)中主要測(cè)試了混凝土的1 d、3 d、7 d、28 d、56 d、90 d抗壓強(qiáng)度和3 d、7 d、28 d抗折強(qiáng)度，試驗(yàn)數(shù)據(jù)如圖1、圖2所示。

圖1　萘系減水劑與不同種類纖維復(fù)合使用時(shí)混凝土強(qiáng)度變化趨勢(shì)

圖2　聚羧酸減水劑與不同種類纖維復(fù)合使用時(shí)混凝土強(qiáng)度變化趨勢(shì)

從圖1a中可以看出，隨著齡期的增長(zhǎng)，混凝土的抗壓強(qiáng)度逐漸增加。聚丙烯纖維摻量為0.2%和0.5%的混凝土抗壓強(qiáng)度較高，聚丙烯纖維摻量為0.8%時(shí)混凝土的抗壓強(qiáng)度最低，鋼纖維摻量不同時(shí)混凝土抗壓強(qiáng)度差別較小，鋼纖維摻量為0.8%時(shí)，抗壓強(qiáng)度相對(duì)較高，但摻加鋼纖維的混凝土抗壓強(qiáng)度都低于摻加聚丙烯纖維的混凝土(聚丙烯纖維摻量為0.8%時(shí)除外)，與不摻加纖維的基準(zhǔn)混凝土相比，除個(gè)別混凝土外，摻加纖維的混凝土28 d及以上齡期的抗壓強(qiáng)度均高于基準(zhǔn)混凝土。

從圖1b中可以看出，混凝土的抗折強(qiáng)度隨著齡期的增長(zhǎng)逐漸增大。聚丙烯纖維摻量為0.5%時(shí)，混凝土的抗折強(qiáng)度最高，基準(zhǔn)混凝土的各齡期抗折強(qiáng)度最低，其余混凝土的抗折強(qiáng)度介于最大值和最小值之間，且差距不大。

分析以上試驗(yàn)結(jié)果，認(rèn)為使用萘系減水劑時(shí)，摻加聚丙烯纖維可提高混凝土的抗壓與抗折強(qiáng)度，摻量為0.5%時(shí)效果最佳，但摻量過大時(shí)則會(huì)導(dǎo)致強(qiáng)度降低。因此，應(yīng)合理控制纖維的摻量，保證混凝土的強(qiáng)度達(dá)標(biāo)。

從圖2a中可以看出，混凝土的抗壓強(qiáng)度隨著齡期的增長(zhǎng)而逐漸增加。使用聚羧酸減水劑時(shí)，鋼纖維摻量為0.8%和0.5%的混凝土的抗壓強(qiáng)度較高，基準(zhǔn)混凝土的抗壓強(qiáng)度最低，聚丙烯纖維摻量變化時(shí)，混凝土的抗壓強(qiáng)度變化較小。

從圖2b中可以看出，使用聚羧酸減水劑時(shí)，鋼纖維摻量為0.8%的混凝土抗折強(qiáng)度最高，基準(zhǔn)混凝土的抗折強(qiáng)度最低，聚丙烯纖維摻量為0.5%時(shí)的混凝土與其他聚丙烯纖維摻量的混凝土相比較，抗折強(qiáng)度較高，其余各配合比混凝土的抗折強(qiáng)度較為接近。

分析以上強(qiáng)度試驗(yàn)結(jié)果可知，聚羧酸減水劑與鋼纖維配合使用時(shí)，混凝土的抗壓和抗折強(qiáng)度均較高，試驗(yàn)表明，鋼纖維摻量為0.8%時(shí)混凝土的抗折抗壓強(qiáng)度最高。

3.2混凝土抗凍性能試驗(yàn)

對(duì)不同配合比的混凝土進(jìn)行了抗凍性能試驗(yàn)，快速凍融循環(huán)共350次。試驗(yàn)結(jié)果見圖3、圖4。

圖3　相對(duì)動(dòng)彈模量隨凍融循環(huán)次數(shù)變化趨勢(shì)

圖4　質(zhì)量損失率隨凍融循環(huán)次數(shù)變化趨勢(shì)

從圖3和圖4可以看出，配合比2混凝土抗凍性為200次凍融循環(huán)，配合比3為250次，配合比4為225次，配合比6為250次，其余混凝土全部超過300次凍融循環(huán)?？箖鲂阅芪催_(dá)到300次的配合比為萘系減水劑與鋼纖維復(fù)合使用時(shí)，以及聚羧酸減水劑與鋼纖維0.2%摻量時(shí)的混凝土。

從上述試驗(yàn)結(jié)果可以看出，摻加聚丙烯纖維有助于混凝土抗凍性能超過300次抗凍循環(huán)，聚羧酸減水劑與鋼纖維0.5%、0.8%摻量復(fù)合使用時(shí)，抗凍性能超過300次凍融循環(huán)。

4結(jié)論

(1)混凝土的28 d抗壓強(qiáng)度為56～59 MPa，抗凍性為F350，滿足設(shè)計(jì)要求。

(2)按照配合比規(guī)定用量使用萘系減水劑、聚羧酸減水劑、引氣劑、鋼纖維、聚丙烯纖維時(shí)，可配置出C50F350的混凝土，可提高混凝土力學(xué)性能和抗凍性能，可用于生產(chǎn)預(yù)制混凝土矩形渠構(gòu)件。

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Study on the porperties of rectangular channel concrete

TAO Qi1，LIU Jingtian2

(1.HeilongjiangProvincialHydraulicResearchInstitute,Harbin150001,China;2.SchoolofWaterConservancy,NorthChinaUniversityofWaterResourcesandElectricPower,Zhengzhou450045,China)

Abstract：This paper presented the research on the influence of various admixtures and fibers on the properties of the precast rectangular concrete channel.The results indicated that C50F350 concrete could be prepared when naphthalene or polycarboxylate water reducer was mixed with steel fibers and polypropylene fibers respectively.Concrete containing naphthalene water reducer and polypropylene fibers with the dosage of 0.5% exhibited relatively high compressive and flexural strength.Concrete containing polycarboxylate water reducer and steel fibers with the dosage of 0.8% also exhibited relatively high compressive and flexural strength.The frost resistance of concrete mixed with polypropylene fibers could reach F350.The frost resistance of concrete mixed with polycarboxylate water reducer and steel fibers with the dosage of 0.5% or 0.8% could also reach F350.

Key words：rectangular channel;concrete;fiber

基金項(xiàng)目：黑龍江省科技專項(xiàng)(201301)

作者簡(jiǎn)介：陶琦(1980-)，男，工程師，主要從事水工材料研究工作。

中圖分類號(hào)：TV431

文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A

文章編號(hào)：2096-0506(2016)06-0015-06