矩型渠混凝土性能研究

陶　琦，劉京天

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

矩型渠混凝土性能研究

陶琦1，劉京天2

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

摘要：本文主要研究了不同外加劑及纖維對矩形渠混凝土性能的影響。試驗結(jié)果表明：萘系減水劑和聚羧酸減水劑分別與鋼纖維、聚丙烯纖維復合使用時，可以配置出C50F350的混凝土；萘系減水劑與聚丙烯纖維0.5%摻量復合使用時，混凝土的抗壓強度和抗折強度較高；聚羧酸減水劑與鋼纖維0.8%摻量復合使用時，混凝土的抗壓、抗折強度較高；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%摻量復合使用時，混凝土的抗凍性能達到了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1號文件，召開最高規(guī)格的水利工作會議，2012年啟動東北四省區(qū)“節(jié)水增糧行動”，推動農(nóng)田水利進入新的發(fā)展階段。黑龍江省水利科學研究院抓住機遇在省內(nèi)推廣預制混凝土矩形渠及相關(guān)產(chǎn)品，這種新型混凝土構(gòu)件能夠解決末級渠道“最后一公里”日益突出的標準低、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)，達到節(jié)水、增加灌溉面積的目的[5]。為保證預制混凝土矩形渠構(gòu)件及相關(guān)產(chǎn)品的推廣應用，本文進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與試驗方案

1.1原材料

1.1.1水泥

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

表1　水泥的基本物理力學性能

表2　水泥化學成分 　 %

1.1.2粉煤灰

哈爾濱三電廠Ⅰ級粉煤灰，密度為2.43 g/cm3，比表面積為655 m2/kg，其性能指標見表3，其化學成分見表4。

表3　粉煤灰性能指標

表4　礦物摻合料的化學成份 　%

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，具體指標見表5。

表5　減水劑性能指標

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，具體指標見表7。

表6　引氣劑性能指標

表7　纖維性能指標

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)級配，壓碎指標為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細集料

細集料采用松花江江砂，細度模數(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試驗方案

混凝土配合比設(shè)計目標為28 d抗壓強度超過50 MPa，抗凍性超過F300。以此為基礎(chǔ)，設(shè)計基準混凝土配合比，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，確保混凝土坍落度在13 cm以上，如減水劑已摻至最大用量，混凝土坍落度依然未達到設(shè)計指標，則適當增加用水量，同時，為保證混凝土抗凍性，新拌混凝土的含氣量應在3%～4%。

2混凝土配合比及工作性能

試驗所選用的混凝土配合比如表8所示，試驗中測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的抗凍性能。使用不同減水劑和纖維時，混凝土的容重變化不顯著，均在正常值范圍內(nèi)；摻加纖維對混凝土的坍落度影響較大，尤其是摻加鋼纖維時，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

3.1混凝土力學強度性能試驗

試驗中主要測試了混凝土的1 d、3 d、7 d、28 d、56 d、90 d抗壓強度和3 d、7 d、28 d抗折強度，試驗數(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合使用時混凝土強度變化趨勢

圖2　聚羧酸減水劑與不同種類纖維復合使用時混凝土強度變化趨勢

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

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

分析以上試驗結(jié)果，認為使用萘系減水劑時，摻加聚丙烯纖維可提高混凝土的抗壓與抗折強度，摻量為0.5%時效果最佳，但摻量過大時則會導致強度降低。因此，應合理控制纖維的摻量，保證混凝土的強度達標。

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

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

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

3.2混凝土抗凍性能試驗

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

圖3　相對動彈模量隨凍融循環(huán)次數(shù)變化趨勢

圖4　質(zhì)量損失率隨凍融循環(huán)次數(shù)變化趨勢

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)。抗凍性能未達到300次的配合比為萘系減水劑與鋼纖維復合使用時，以及聚羧酸減水劑與鋼纖維0.2%摻量時的混凝土。

從上述試驗結(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%摻量復合使用時，抗凍性能超過300次凍融循環(huán)。

4結(jié)論

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

(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，可配置出C50F350的混凝土，可提高混凝土力學性能和抗凍性能，可用于生產(chǎn)預制混凝土矩形渠構(gòu)件。

參考文獻：

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[3]Pons G,Mouret M,Alcantara M,et al.Mechanical Behaviour of Self-compacting Concrete with Hybrid Fibre Reinforcement[J].Materials and Structures,2007,40(2):201-210.

[4]Sahmaran M,Yurtseven A,Yaman I O.Workability of Hybrid Fiber Reinforced Self-compacting Concrete[J].Building and Environment,2005,40(12):1672-1677.

[5]韓嶸,趙順波,曲福來.鋼纖維混凝土抗拉性能試驗研究[J].土木工程學報,2006,39(11):63-67.

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

基金項目：黑龍江省科技專項(201301)

作者簡介：陶琦(1980-)，男，工程師，主要從事水工材料研究工作。

中圖分類號：TV431

文獻標志碼：A

文章編號：2096-0506(2016)06-0015-06