透水模板布工艺低强度等级水工混凝土耐久性分析
时间：2023-03-10 16:05:10 来源：柠檬阅读网 本文已影响 人 
张晓翠
(大连金普新区农业农村发展服务中心，辽宁 大连 116100)
由于科技的发展和水利工程规模的不断扩大，对水工混凝土美观性、耐久性提出了更高的要求。一般地，水工混凝土的浇筑量大、强度等级不高且胶凝材料用量较少，一般≤300mg/m3，水胶比整体偏大。另外，施工过程中因人为操作失误往往造成混凝土质量缺陷，如存在色斑、孔洞、气泡等不同程度的浇捣问题，特别是对低强度混凝土普遍存在外观质量通病，对水工混凝土耐久性造成严重不利影响[1-2]。
文章结合大连市某工业园区排水泵站工程高质量成型需求，探讨了透水模板布浇筑混凝土工艺的应用效果，通过测试抗冲磨、抗碳化和抗冻性能，比较分析了其与普通混凝土浇筑工艺的独特优势。
1.1 透水模板布工艺
透水模板CPFL是一种通过改进传统普通模板的新型施工工艺，主要作用机理是在普通模板内侧黏附透水模板布形成透水层，拌合物内多余的水气在振捣密实时产生的压力作用下被排出，以此达到改善密实性能和减小表面水胶比的目的[3]。透水模板布的原材料以聚丙烯为主，通过加工成丙纶纤维短丝和表面特殊二次处理制成模板布，现已广泛应用于青岛海湾大桥、杭州湾大桥、京沪高铁和威海跨海湾公路大桥等重大工程[4-8]。
1.2 原材料性能
试验所用原材料有：①“渤海牌”P·O42.5级水泥、绥中电厂生产的Ⅰ级粉煤灰；
②粗、细骨料选用连续级配的人工碎石和天然河砂，其中小石和中石粒径为5～15mm、16～32mm；
③外加剂选用苏博特PCA®-Ⅰ聚羧酸高效减水剂和GYQ®-Ⅲ高效引气剂。原材料性能参数，见表1。
表1 原材料性能参数
1.3 配合比设计
本试验按照大连市某工业园区排水泵站工程控制室水泵层和空箱层混凝土配合比，试验配合比，见表1，依据《水工混凝土试验规程》浇筑配制混凝土试件。
表2 试验配合比
1.4 透水模板工艺
本试验选用两种多功能透气渗水模板布，多功能透气渗水模板布，多功能透气渗水模板布，见表3。为了对比不同模板工艺不同配合比下水工混凝土耐久性指标差异，共设计6种混凝土浇筑工况。浇筑工况设计，见表4，然后将各组试件标养28d后依次进行相应的试验检测。
表3 多功能透气渗水模板布
表4 浇筑工况设计
2.1 表观质量
水工混凝土施工的难点和重点通常是对结构表面密实光滑性的控制，由于排水泵站底板部位的强度等级不高，所以混凝土对比面选用底板东立面。采用透水模板和普通模板浇筑该区域上、下层，同仓成型。结果显示，选用普通模板浇筑的混凝土表面存在许多花斑及孔洞沙眼，而利用透水模板浇筑的混凝土表面颜色略深、色泽均匀，几乎无孔洞、气泡、砂线和砂斑，表面致密平整，饰面效果良好，有效避免了后期面层、抹灰等工序可能引起的脱落、裂缝和空鼓等质量通病。
2.2 回弹强度
拆模后回弹检测泵站底板东立面混凝土7d强度，回弹检测混凝土7d强度，见表5。结果显示，采用透水模板浇筑的混凝土回弹强度增长幅度处于20%～40%之间，增长趋势比较明显，表明透水模板技术能够有效提高混凝土表面密实度和回弹强度。
表5 回弹检测混凝土7d强度
2.3 机理分析
混凝土强度等级较低时，选用透水模板比普通模板浇筑的成型效果更优，这是因为透水模板布的等效孔径与表层孔径处于30μm和1～10μm之间，明显低于水泥颗粒粒径[9-10]；
另外，水泥颗粒水化过程中生成的胶体团状结构在一定程度上增大了其粒径，所以在排水排气的同时透水模板布表层还能够将水泥颗粒最大限度地保留在表层，在促使表层形成C-H-S含量较高的致密滤饼结构的同时又减小了这部分空气、水形成孔洞的可能性。在排出多余水气的同时透水模板布纤维结构呈还会吸收新板混凝土排出的水分，从而达到保水养护的效应，为表层水泥硬化及时提供所需的水量，最终发展形成致密的硬化壳[11-12]。总体而言，透水模板布浇筑具有较好的自然湿养条件，既增强了表层抗压强度又降低了裂缝开裂风险。
水工混凝土耐久性主要包括抗冲磨、抗冻抗渗和抗碳化等性能，文章选用抗冲磨、抗碳化和抗冻融性能指标，采用室内试验的方式比较了普通模板和透水模板浇筑的混凝土耐久性差异[13-15]。
3.1 碳化试验
碳化作用会不断降低混凝土内部的碱度，甚至会分解水泥石，选用碳化深度来评价碳化对混凝土的影响，混凝土碳化深度，见图1。
图1 混凝土碳化深度
试验表明，龄期相同情况下，从高到低混凝土碳化深度排序依次为B-0>B-2>B-1、A-0>A-2>A-1，并且碳化深度随着龄期的延长而不断增大。因此，选用透水模板浇筑的混凝土碳化深度远远小于普通模板，并且1#模板布明显优于2#模板布的抗碳化效果。
3.2 冻融试验
冻水结冰时混凝土会产生体积膨胀，并进一步出现水分迁移、渗透压和静水压等现象，大大加速了结构的破坏。为准确反映混凝土试件的抗冻能力，对试件表面剥落物总质量利用单个试件单位面积测量值进行表征，试件表面剥落物质量，见图2。
图2 试件表面剥落物质量
试验表明，冻融循环次数相同条件，从高到低单位面积剥落物质量排序为B-0>B-2>B-1、A-0>A-2>A-1，并且剥落物质量随着龄期的延长而增大。因此，选用透水模板浇筑的混凝土表面剥落物远远小于普通模板，并且1#模板布明显优于2#模板布的抗冻融效果。
3.3 冲磨试验
受气蚀、冲刷等长期作用时水工混凝土结构过流面易出现严重破坏，因此有必要测试其抗冲磨性能。本试验利用水下钢珠法进行抗冲磨试验，通过测定混凝土特定时间内的质量损失计算其磨损率和抗冲磨强度，从而评价相对抗冲磨状况。混凝土抗冲磨性能评价时利用慢速和快速两种冲磨方式。依据水工混凝土试验规程进行慢速冲磨试验，并设定快速冲磨仪的连续冲磨时间为48h，转速达到3000r/min，按35个Φ20mm、25个Φ12mm和10个Φ25mm的配比投入钢珠。抗冲磨试验结果，见表6。
表6 抗冲磨试验结果
试验表明，慢速和快速冲磨试验条件下，从高到低磨损率排序为B-0>B-2>B-1、A-0>A-2>A-1，从低到高抗冲磨强度为B-0
3.4 实用效果
研究表明，采用透水模板能够明显提高混凝土耐久性，未发现剥落、膨胀开裂以及严重冲蚀磨耗等低等级混凝土经常出现的劣化问题。这是因为透水模板布有效改善了混凝土表面密实度和孔隙分布情况，通过抑制二氧化碳、水等侵蚀介质向混凝土内部的侵入，大大降低了不利介质的渗透破坏作用。另外，透水模板布的过滤作用使得试件表现形成大量C-S-H凝胶，晶体的相互重叠增大了砂浆、水泥石与骨料的黏结力，形成的稳定致密水化结构有效改善了混凝土的抗冲磨性。总体而言，因水化形成的胶凝物质较少普通模板混凝土表面结构相对疏松，胶凝物质与骨料的黏结性较差，孔隙较多，相应的耐久性较差。
3.5 透水模板布选用
研究认为，影响透水模板布保水、排水能力的关键因素是布体的厚度和孔隙几何参数，虽然1#稍>2#的模板布平均孔径，但2#模板布内部孔隙分布范围大且厚度太薄，从而使得2#的保水、排/透水能力整体不稳，对混凝土养护及成型功效造成不利影响，所以2#模板布与劣于1#模板布相比其耐久性试验数据较差。
目前，市场上透水模板布的种类较多，不同模板布的力学性能也存在明显差异，模板布参数选取时应考虑工程实际功能需求，主要考虑以下因素：①单位面积透水模板布质量≥290g，可以滴彩色液滴观察或通过透光看透水模板布的均匀性，尽量选用质地均匀的材料；
②在100kPa拉力作用下透水模板布的横纵延伸率≤2%，在2kPa/100kPa条件下厚度压缩比≤50%，否则无法保证模板布重复使用时因变形过大而出现褶皱；
③渗透系数要合理，透水模板布的垂直渗透系数利用土工织物测试时≤(1.0～5.0)×10-2cm/s。
1)研究表明，采用透水模板布能够有效改善混凝土的表面质量和养护质量，特别是有效解决了表面色斑、孔洞、气泡等低强度混凝土经常出现的外观缺陷问题，显著提高了表现回弹强度。
2)经耐久性分析，透水模板布可以有效提高混凝土内的胶凝物质含量，改善混凝土的空隙分布结构和密实度，相应的耐久性和渗透性也有明显提升。
3)市场上透水模板布的种类较多，不同模板布的力学性能也存在明显差异，对模板布参数应考虑工程实际功能需求合理选取。
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