透水模板對提高混凝土結構耐久性的試驗研究

歐陽欽 沈志勇

(1．湖北水利水電職業技術學院，湖北 武漢 430070； 2.新八建設集團有限公司，湖北 武漢 430033)

透水模板對提高混凝土結構耐久性的試驗研究

歐陽欽1沈志勇2

(1．湖北水利水電職業技術學院，湖北 武漢 430070； 2.新八建設集團有限公司，湖北 武漢 430033)

結合工程實際，運用空氣滲透性、表面水吸附、回彈法等方法檢驗了混凝土的表面性能，對比評價了透水模板的使用效果，試驗表明：使用透水模板的混凝土表層強度、抗空氣、水吸附滲透能力均有改善，分析得出采用透水模板后混凝土表層變得更加密實，內部水化反應可以正常進行，從而提高了混凝土的耐久性。

透水模板，耐久性，空氣滲透性，水吸附指標，水膠比

0 引言

近年來我國對提高混凝土結構耐久性的認識日益加強，在工程實際中采用了多種提高混凝土結構耐久性的施工新技術，其中透水模板(Controlled Permeability Formwork)是其中一種。該技術在國外建筑工程中使用范圍非常廣泛，目前在我國新建的杭州灣跨海大橋、深圳鹽田港區三期工程及某些軍事工程中得到了應用[1]。但此項新技術在混凝土結構中運用的效果國內缺乏相應的評定標準，雖然住建部于2009年發表了JGJ/T 193—2009混凝土耐久性檢驗評定標準，但該標準對混凝土結構耐久性檢驗評定項目仍以抗凍性能、抗水滲透性能、抗碳化性能和抗氯離子滲透性能[2]這些舊有檢測方法為主，仍采取現場取樣制備試塊然后回實驗室檢測這種模式，并不太適合對工程現場實體進行檢驗。因此新八建設集團有限公司與武漢紡織大學合作在武漢科技學院15號教工住宅樓工程中采用透水模板，并運用國外相關混凝土耐久性檢驗評定方法對其實際使用效果進行了試驗研究。

1 試驗研究方法

1.1 試驗對象選擇

為了獲得透水模板的使用對比效果數據，抽取四層以上標準層中的三根柱進行試驗，考慮柱模在使用透水模板時一般周轉三次，故對這三根柱連續跟蹤檢測三層以取得周轉運用透水模板的相應數據。

對于選擇的試驗對象上分別采取了貼透水模板內襯和不貼的方式，在混凝土成型28 d后分別進行試驗，同時對現場每層柱混凝土澆筑時專門留置一組試塊進行標準養護，用于試驗對比分析(本次試驗中對普通混凝土面代號為CON，采用透水模板的混凝土面代號為CPF)。

1.2 工程原材料

武漢科技學院15號教工住宅樓工程采用商品混凝土，標準層柱混凝土強度等級為C35，水膠比為0.42，同時為保證試驗具有代表性，所采用材料均為武漢地區常用品種。

1)水泥：武鋼華新水泥廠產42.5水泥；2)摻合料：漢川電廠產Ⅰ級粉煤灰；3)外加劑：武漢凌博產FDN-5000；4)砂：巴河中砂，細度模數2.6；5)石：烏龍泉石場，5 mm～31.5 mm碎石；6)透水模板：武漢紡織大學所生產透水模板。

1.3 檢驗選用方法

1)空氣滲透性試驗。當前國際上認為空氣滲透性是影響混凝土耐久性的重要指標之一，其中CLAMtest法[3-5]在作為測量空氣滲透性試驗的方法之一被公認，本次試驗運用的是英國生產的AUTOCLAM混凝土滲透性儀法采取CLAMtest法[3-5]進行空氣滲透性標測。

2)水吸附試驗。當前國際中多采用水吸附試驗衡量混凝土抗水滲透的指標之一，本次試驗采用英國BS 1881-208[6]標準中的水吸附試驗法，量測ISAT10值，試驗設備同樣采用英國生產的AUTOCLAM混凝土滲透性儀。

3)混凝土表面強度試驗。根據JGJ/T 23—2011回彈法檢測混凝土強度技術規程，采用回彈儀對混凝土表面進行回彈值測定，并按照測區混凝土回彈—強度換算表換算為混凝土表面抗壓強度[7]。因為回彈儀彈擊混凝土表面后該局部位置較為密實，可能會影響表層性能指標，故回彈試驗安排在空氣滲透性、水吸附試驗完成后再進行，同時現場混凝土強度值采用同條件養護強度值，所以回彈試驗待構件齡期大于600 ℃·d后進行，以取得相對應試驗數據。

2 試驗及結果分析

1)混凝土空氣滲透性指標見圖1。根據空氣滲透性指數對混凝土保護層質量判別表(見表1)，可以看到：采用透水模板的混凝土表層在前兩次都屬于“很好”的等級，重復使用到第三次時空氣滲透性等級下降至“好”，而對比普遍混凝土表層基本屬于“差”的等級。這說明采用透水模板可以顯著提高混凝土的空氣滲透性指標，并且在重復使用三次以內其混凝土的空氣滲透性能基本可以保證。

表1 空氣滲透性指數對混凝土保護層質量判別表

保護質量Autoclam透氣性指數/min很好Ln≤0．10好0．100．90

2)混凝土水吸附指標見圖2。從圖中指標對比可以看出：透水模板在前兩次使用表層水吸附值較為理想，所有采用透水模板的混凝土表層水吸附值都屬于“低”的等級，但與空氣滲透性實驗結果相同——至三次重復使用時表層水吸附值指標有了明顯下降，降到了“中”的等級，而普通混凝土都屬于“高”的等級。說明透水模板周轉三次后，混凝土表層性仍能屬于“較好”等級，但繼續使用是否可以提高混凝土結構耐久性持謹慎態度(如表2所示)。

表2 表層水吸附能力批判表(Basheer,1993)ISAT10

mL/(m2·s)

表3 回彈法測量混凝土表層強度對比 MPa

3)測量表層強度。從表3中可以看出，不同于空氣滲透性、表層水吸附能力實驗，在透水模板重復使用三次后混凝土表層強度并沒有明顯降低，經換算均超過C50，其他未采用透水模板的混凝土表面強度換算接近設計強度C35，提取同條件養護混凝土試塊強度報告，四、五、六層柱混凝土強度分別為40 MPa，39.6 MPa，38.9 MPa，基本與回彈實驗結果相符。分析原因引用Duff Abrams的水灰比與強度對應公式[8]：

其中，A=96.5MPa，B=4，σc取混凝土強度值，推算出采用透水模板混凝土表面水膠比值為0.29～0.31，而該工程中混凝土配合比設計水膠比值為0.42，由此可見采用透水模板的混凝土表層水膠比有明顯減小。

這些現象表明：對于混凝土必須提供充分的水分來保證水化反應以將孔隙率降低到所要求的強度和耐久性[8]。根據L.E柯普蘭德的研究理論，完全水化反應的水灰比不應該低于0.42，本工程柱混凝土的設計水膠比為0.42。從理論上說，無需提供額外的水分也能保證完全水化反應，但由于模板吸水、外部蒸發作用，混凝土表面漿體會失去部分水分，這時必須進行濕水養護。但是在工程實際中施工人員濕水程度大多不充分，混凝土并不處于連續潮濕養護條件下，導致外部混凝土反復干濕循環，混凝土漿體收縮改變孔徑分布，使部分毛細孔變成相互連通，混凝土滲透性大大降低。而在標準養護條件下，水化反應進行較充分，C-S-H凝膠孔的形成堵塞互相連通的孔，整體滲透性可以得到保證。

采用透水模板可使混凝土表層的水膠比減小，混凝土表層變得更加密實，水不易被蒸發，因此內部水化反應可以正常進行，混凝土表層的孔分布情況得到改善，從而提高了混凝土的耐久性。

3 試驗研究結論

通過透水模板對提高混凝土結構耐久性的試驗研究得到以下結論：

1)采用透水模板可以顯著提高混凝土表層抗空氣滲透性能力，降低表層水吸附能力，提高混凝土表層強度。因此采用透水模板技術可提高混凝土結構的耐久性，具有很大的推廣使用前景。

2)透水模板在重復使用三次以后表明：雖然回彈實驗表明混凝土表層強度基本沒有明顯降低，但混凝土的表層空氣滲透性、水吸附能力指標有了明顯降低，所以透水模板在今后運用中應周轉三次以內為宜。

3)提高混凝土結構耐久性重點在于表層性能，因此在工程施工中應加強對混凝土養護，減少互相連通毛細孔的生成，降低混凝土的滲透性，從而提高混凝土結構的耐久性。

[1] 傅立榮.透水模板在鹽田港區三期工程中的應用研究[J].水運工程,2004(10)：36-39.

[2]JGJ/T193—2009，混凝土耐久性檢驗評定標準[S].

[3]ACICommittee228，NondestructiveTestMethodsforEvaluationofConcreteinStructures[S].

[4]JamesW.Bryant,JrNON-INVASIVEPERMEABILITYSSESSMENTOFHIGHPERFORMANCECONCRETEBRIDGEDECKMIXTURES[Z].

[5]A.E.LongUa,U.G.D.Hendersonb,F.R..MontgomerycWhyassessthepropertiesofnear-surfaceconcrete[Z].

[6]BS1881-208:1996Testingconcrete.Recommendationsforthedeterminationoftheinitialsurfaceabsorptionofconcrete[S].

[7] 田正宏.透水模板布改善混凝土表層質量試驗研究[J].東南大學學報(自然科學版)，2008(1)：146-149.

[8] 西德尼·明德斯(SideyMindess).混凝土[M].第2版.北京：化學工業出版社，2005.

Experiments and Researches on controlledpermeability formwork to improve the durability of concrete structure

Ouyang Qin1Shen Zhiyong2

(1.HubeiWaterResourcesTechnicalCollege,Wuhan430070,China； 2.XinbaConstructionGroupCo.,Ltd,Wuhan430033,China)

Combining with the performances in projects including air permeability, surface water absorption, and rebound method, the paper compares and evaluates the effect of the permeability effect, proves by the test that the concrete surface strength, anti-air, and water absorption permeability performance of the formwork, and analyzes the concrete surface after the permeability formwork are much tighter and the internal hydration reaction is normal, so it can improve the concrete durability.

permeability formwork, durability, air permeability, water absorption index, water-binder ratio

2015-02-08

歐陽欽(1973- )，男，高級工程師； 沈志勇(1970- )，男，高級工程師

1009-6825(2015)11-0027-02

TU528

A