張曉翠

(大連金普新區(qū)農(nóng)業(yè)農(nóng)村發(fā)展服務(wù)中心，遼寧 大連 116100)

由于科技的發(fā)展和水利工程規(guī)模的不斷擴大，對水工混凝土美觀性、耐久性提出了更高的要求。一般地，水工混凝土的澆筑量大、強度等級不高且膠凝材料用量較少，一般≤300mg/m3，水膠比整體偏大。另外，施工過程中因人為操作失誤往往造成混凝土質(zhì)量缺陷，如存在色斑、孔洞、氣泡等不同程度的澆搗問題，特別是對低強度混凝土普遍存在外觀質(zhì)量通病，對水工混凝土耐久性造成嚴(yán)重不利影響[1-2]。

文章結(jié)合大連市某工業(yè)園區(qū)排水泵站工程高質(zhì)量成型需求，探討了透水模板布澆筑混凝土工藝的應(yīng)用效果，通過測試抗沖磨、抗碳化和抗凍性能，比較分析了其與普通混凝土澆筑工藝的獨特優(yōu)勢。

1 試驗研究

1.1 透水模板布工藝

透水模板CPFL是一種通過改進傳統(tǒng)普通模板的新型施工工藝，主要作用機理是在普通模板內(nèi)側(cè)黏附透水模板布形成透水層，拌合物內(nèi)多余的水氣在振搗密實時產(chǎn)生的壓力作用下被排出，以此達到改善密實性能和減小表面水膠比的目的[3]。透水模板布的原材料以聚丙烯為主，通過加工成丙綸纖維短絲和表面特殊二次處理制成模板布，現(xiàn)已廣泛應(yīng)用于青島海灣大橋、杭州灣大橋、京滬高鐵和威海跨海灣公路大橋等重大工程[4-8]。

1.2 原材料性能

試驗所用原材料有：①“渤海牌”P·O42.5級水泥、綏中電廠生產(chǎn)的Ⅰ級粉煤灰；②粗、細(xì)骨料選用連續(xù)級配的人工碎石和天然河砂，其中小石和中石粒徑為5～15mm、16～32mm；③外加劑選用蘇博特PCA?-Ⅰ聚羧酸高效減水劑和GYQ?-Ⅲ高效引氣劑。原材料性能參數(shù)，見表1。

表1 原材料性能參數(shù)

1.3 配合比設(shè)計

本試驗按照大連市某工業(yè)園區(qū)排水泵站工程控制室水泵層和空箱層混凝土配合比，試驗配合比，見表1，依據(jù)《水工混凝土試驗規(guī)程》澆筑配制混凝土試件。

表2 試驗配合比

1.4 透水模板工藝

本試驗選用兩種多功能透氣滲水模板布，多功能透氣滲水模板布，多功能透氣滲水模板布，見表3。為了對比不同模板工藝不同配合比下水工混凝土耐久性指標(biāo)差異，共設(shè)計6種混凝土澆筑工況。澆筑工況設(shè)計，見表4，然后將各組試件標(biāo)養(yǎng)28d后依次進行相應(yīng)的試驗檢測。

表3 多功能透氣滲水模板布

表4 澆筑工況設(shè)計

2 現(xiàn)場使用效果

2.1 表觀質(zhì)量

水工混凝土施工的難點和重點通常是對結(jié)構(gòu)表面密實光滑性的控制，由于排水泵站底板部位的強度等級不高，所以混凝土對比面選用底板東立面。采用透水模板和普通模板澆筑該區(qū)域上、下層，同倉成型。結(jié)果顯示，選用普通模板澆筑的混凝土表面存在許多花斑及孔洞沙眼，而利用透水模板澆筑的混凝土表面顏色略深、色澤均勻，幾乎無孔洞、氣泡、砂線和砂斑，表面致密平整，飾面效果良好，有效避免了后期面層、抹灰等工序可能引起的脫落、裂縫和空鼓等質(zhì)量通病。

2.2 回彈強度

拆模后回彈檢測泵站底板東立面混凝土7d強度，回彈檢測混凝土7d強度，見表5。結(jié)果顯示，采用透水模板澆筑的混凝土回彈強度增長幅度處于20%～40%之間，增長趨勢比較明顯，表明透水模板技術(shù)能夠有效提高混凝土表面密實度和回彈強度。

表5 回彈檢測混凝土7d強度

2.3 機理分析

混凝土強度等級較低時，選用透水模板比普通模板澆筑的成型效果更優(yōu)，這是因為透水模板布的等效孔徑與表層孔徑處于30μm和1～10μm之間，明顯低于水泥顆粒粒徑[9-10]；另外，水泥顆粒水化過程中生成的膠體團狀結(jié)構(gòu)在一定程度上增大了其粒徑，所以在排水排氣的同時透水模板布表層還能夠?qū)⑺囝w粒最大限度地保留在表層，在促使表層形成C-H-S含量較高的致密濾餅結(jié)構(gòu)的同時又減小了這部分空氣、水形成孔洞的可能性。在排出多余水氣的同時透水模板布纖維結(jié)構(gòu)呈還會吸收新板混凝土排出的水分，從而達到保水養(yǎng)護的效應(yīng)，為表層水泥硬化及時提供所需的水量，最終發(fā)展形成致密的硬化殼[11-12]?？傮w而言，透水模板布澆筑具有較好的自然濕養(yǎng)條件，既增強了表層抗壓強度又降低了裂縫開裂風(fēng)險。

3 耐久性分析

水工混凝土耐久性主要包括抗沖磨、抗凍抗?jié)B和抗碳化等性能，文章選用抗沖磨、抗碳化和抗凍融性能指標(biāo)，采用室內(nèi)試驗的方式比較了普通模板和透水模板澆筑的混凝土耐久性差異[13-15]。

3.1 碳化試驗

碳化作用會不斷降低混凝土內(nèi)部的堿度，甚至?xí)纸馑嗍?，選用碳化深度來評價碳化對混凝土的影響，混凝土碳化深度，見圖1。

圖1 混凝土碳化深度

試驗表明，齡期相同情況下，從高到低混凝土碳化深度排序依次為B-0>B-2>B-1、A-0>A-2>A-1，并且碳化深度隨著齡期的延長而不斷增大。因此，選用透水模板澆筑的混凝土碳化深度遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于普通模板，并且1#模板布明顯優(yōu)于2#模板布的抗碳化效果。

3.2 凍融試驗

凍水結(jié)冰時混凝土?xí)a(chǎn)生體積膨脹，并進一步出現(xiàn)水分遷移、滲透壓和靜水壓等現(xiàn)象，大大加速了結(jié)構(gòu)的破壞。為準(zhǔn)確反映混凝土試件的抗凍能力，對試件表面剝落物總質(zhì)量利用單個試件單位面積測量值進行表征，試件表面剝落物質(zhì)量，見圖2。

圖2 試件表面剝落物質(zhì)量

試驗表明，凍融循環(huán)次數(shù)相同條件，從高到低單位面積剝落物質(zhì)量排序為B-0>B-2>B-1、A-0>A-2>A-1，并且剝落物質(zhì)量隨著齡期的延長而增大。因此，選用透水模板澆筑的混凝土表面剝落物遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于普通模板，并且1#模板布明顯優(yōu)于2#模板布的抗凍融效果。

3.3 沖磨試驗

受氣蝕、沖刷等長期作用時水工混凝土結(jié)構(gòu)過流面易出現(xiàn)嚴(yán)重破壞，因此有必要測試其抗沖磨性能。本試驗利用水下鋼珠法進行抗沖磨試驗，通過測定混凝土特定時間內(nèi)的質(zhì)量損失計算其磨損率和抗沖磨強度，從而評價相對抗沖磨狀況。混凝土抗沖磨性能評價時利用慢速和快速兩種沖磨方式。依據(jù)水工混凝土試驗規(guī)程進行慢速沖磨試驗，并設(shè)定快速沖磨儀的連續(xù)沖磨時間為48h，轉(zhuǎn)速達到3000r/min，按35個Φ20mm、25個Φ12mm和10個Φ25mm的配比投入鋼珠?？箾_磨試驗結(jié)果，見表6。

表6 抗沖磨試驗結(jié)果

試驗表明，慢速和快速沖磨試驗條件下，從高到低磨損率排序為B-0>B-2>B-1、A-0>A-2>A-1，從低到高抗沖磨強度為B-0

結(jié)合沖磨試驗數(shù)據(jù)，快速沖磨的磨損率明顯低于慢速沖磨，這是因為質(zhì)量較輕直徑較小的鋼柱會懸浮在儀器內(nèi)快速旋轉(zhuǎn)速的沖磨水中，無法有效沖磨試件表面，從而導(dǎo)致其磨損率較低，因此合理選擇快速沖磨轉(zhuǎn)速和試驗中的鋼珠極為重要。這些不利因素雖然在一定程度上影響著試驗過程，但并不改變最終的試驗結(jié)果，對于改善混凝土抗沖磨性能透水模板確實發(fā)揮著積極作用。

3.4 實用效果

研究表明，采用透水模板能夠明顯提高混凝土耐久性，未發(fā)現(xiàn)剝落、膨脹開裂以及嚴(yán)重沖蝕磨耗等低等級混凝土經(jīng)常出現(xiàn)的劣化問題。這是因為透水模板布有效改善了混凝土表面密實度和孔隙分布情況，通過抑制二氧化碳、水等侵蝕介質(zhì)向混凝土內(nèi)部的侵入，大大降低了不利介質(zhì)的滲透破壞作用。另外，透水模板布的過濾作用使得試件表現(xiàn)形成大量C-S-H凝膠，晶體的相互重疊增大了砂漿、水泥石與骨料的黏結(jié)力，形成的穩(wěn)定致密水化結(jié)構(gòu)有效改善了混凝土的抗沖磨性?？傮w而言，因水化形成的膠凝物質(zhì)較少普通模板混凝土表面結(jié)構(gòu)相對疏松，膠凝物質(zhì)與骨料的黏結(jié)性較差，孔隙較多，相應(yīng)的耐久性較差。

3.5 透水模板布選用

研究認(rèn)為，影響透水模板布保水、排水能力的關(guān)鍵因素是布體的厚度和孔隙幾何參數(shù)，雖然1#稍>2#的模板布平均孔徑，但2#模板布內(nèi)部孔隙分布范圍大且厚度太薄，從而使得2#的保水、排/透水能力整體不穩(wěn)，對混凝土養(yǎng)護及成型功效造成不利影響，所以2#模板布與劣于1#模板布相比其耐久性試驗數(shù)據(jù)較差。

目前，市場上透水模板布的種類較多，不同模板布的力學(xué)性能也存在明顯差異，模板布參數(shù)選取時應(yīng)考慮工程實際功能需求，主要考慮以下因素：①單位面積透水模板布質(zhì)量≥290g，可以滴彩色液滴觀察或通過透光看透水模板布的均勻性，盡量選用質(zhì)地均勻的材料；②在100kPa拉力作用下透水模板布的橫縱延伸率≤2%，在2kPa/100kPa條件下厚度壓縮比≤50%，否則無法保證模板布重復(fù)使用時因變形過大而出現(xiàn)褶皺；③滲透系數(shù)要合理，透水模板布的垂直滲透系數(shù)利用土工織物測試時≤(1.0～5.0)×10-2cm/s。

4 結(jié) 論

1)研究表明，采用透水模板布能夠有效改善混凝土的表面質(zhì)量和養(yǎng)護質(zhì)量，特別是有效解決了表面色斑、孔洞、氣泡等低強度混凝土經(jīng)常出現(xiàn)的外觀缺陷問題，顯著提高了表現(xiàn)回彈強度。

2)經(jīng)耐久性分析，透水模板布可以有效提高混凝土內(nèi)的膠凝物質(zhì)含量，改善混凝土的空隙分布結(jié)構(gòu)和密實度，相應(yīng)的耐久性和滲透性也有明顯提升。

3)市場上透水模板布的種類較多，不同模板布的力學(xué)性能也存在明顯差異，對模板布參數(shù)應(yīng)考慮工程實際功能需求合理選取。