關于水利工程混凝土抗滲方法的試驗研究

俞長隆

(水利部新疆維吾爾自治區水利水電勘測設計研究院，烏魯木齊 830000)

0 引 言

水利工程的建設關乎國計民生，是促進我國農業發展的重要保障。目前，水利工程作為我國基礎設施建設中的一部分，在黨中央與國家相關部門的高度重視下，其建設取得較大的發展[1]。近幾年，隨著水利工程建設規模的擴大，水位相應隨之增高。面對高質量水利工程建設，其對混凝土的抗滲性能要求更為苛刻。由于混凝土抗滲性能水平的高低可對水利工程使用具有較大的影響。為了提高水利工程混凝土抗滲性能，相關研究者應該引起重視并加大研究力度。

1 水利工程混凝土產生裂縫的原因

關于水利工程的建設，需要使用大量的混凝土，而混凝土由水泥、集料、外加劑、粉煤灰等組成。在混凝土凝集成型這個過程中內部會形成細小的裂縫，為了避免這些細小裂縫對混凝土抗滲性能的影響，需要了解這些來裂縫的產生原因[2]。根據現有水利工程使用，發現經過長時間蓄水、攔水等，加上使用年限的影響，水利工程會出現不同程度的裂縫問題，主要產生的原因如表1所示。為了保證水利工程的使用價值，往往會對工程局部裂縫進行修補，若修補不及時，不但會降低水利工程抗滲能力，還可能對水利工程質量造成嚴重影響。

表1 水利工程混凝土裂縫成因

2 水利工程混凝土抗滲試驗密封方法分析

根據水利工程混凝土裂縫成因的分析，為了提高水利工程混凝土抗滲性能，需要進行一系列的試驗操作。目前，關于此類試驗方法有許多，而大部分試驗需要使用到的抗滲設備為HP-4.0型號的混凝土滲透儀，雖然該設備操作簡單，且造價較低，但在抗滲透試驗中修需要十分注意混凝土試塊與不銹鋼膜內壁之間的密封情況[3]。按照《SL352-2006水工混凝土試驗規程》，所使用的密封方法有兩種，即石蠟加松香密封法與水泥加黃油密封法[4]。由于這兩種方法在操作過程中十分費時耗力，并且混凝土材料配比不好掌控，導致密封效果不理想。其中，石蠟加松香密封方法失敗后，需要重新制作試件，將拆除的試塊留有石蠟的需要清理干凈，如此反復操作大大延長了試驗的時間，無法保證試驗的順利完成。而水泥加黃油密封法在實際操作中，需要注意水泥與黃油摻和攪拌的時間，而試件在制作完成后需要留有一定的凝固時間，同樣在試驗中密封失敗后會重復拆模與裝模，并且試塊拆除之后試驗模型上留有水泥黃油需要進行清理，如此下來無法保證試驗的順利達成。

為了解決試塊與試膜之間的密封問題，需要采用新型的密封方法，經過橡膠套、塑料套等材料與方法的試驗，根據表2分析，得到塑料纏繞密封法可滿足密封要求。在試驗中通過設計簡易工裝，以此解決試件入模與脫模問題。

表2 水利工程混凝土試件密封方法

3 水利工程混凝土抗滲性能試驗

根據以上混凝土試件密封方法的分析，對水利工程混凝土抗滲性能試驗展開進一步的研究。在保證操作方法相同的原則下，以普通混凝土為標準，采用塑性混凝土參與此次研究，具體試驗內容如下：

3.1 試驗材料的選擇

采用塑性混凝土，其與普通的混凝土不同，在水利工程中應用比較早。雖然塑性混凝土與普通混凝土材料類似，但存在一定的差別，試驗中的塑性混凝土主要包括水泥、凝膠材料、骨料與水膠等[5]。其中，塑性混凝土的水泥用量為80-150kg/m3，這與普通滬混凝土的用量存在一定的區別。而膠凝材料一般為270-360kg/m3，其與國外存在較大的差別，對膨潤土與黏土使用量，其占凝膠材料的40%-70%之間，并且隨著粉煤灰的摻和，相應的凝膠材料占比增加。集料在塑性混凝土主要分為粗集料與細集料，其中要求骨料最大粒徑不能超過20mm，同時與砂石質量相比，≥1∶1。而水膠是為了滿足塑性混凝土澆筑與易性的要求，占比一般為0.8-1.3之間。

由于塑料混凝土組成部分配比較多，對于塑像混凝土的滲透原理，大部分研究人員認為與混凝土內部空隙、微裂縫有關[6]。為了防滲方面的考慮，在此次試驗塑性混凝土材料選擇方面，水泥為P.032.5號普通硅酸鹽水泥，粉煤灰為Ⅰ級，粗集料為4.75-26.5mm，細集料為天然中型河沙，水為本城市用水，膨潤土為四川生產的納質膨潤土。

3.2 試驗操作

3.2.1 混凝土試驗試件的制作

根據選定的材料設定混凝土配合比，具體內容如表3。在制作試驗試件過程中，需要按照混凝土拌和物室內拌和方法，在攪拌過程中通過利用自動化攪拌設備，避免人為操作使混凝土的性能受到影響。此外，可利用完全自動化攪拌設備，對原材料進行投放順序的設定，在合理時間段投入原材料，待充分混合之后攪拌。待攪拌之后可將混凝土放入預先準備好的試驗模具中，在振動臺上進行振搗密實，待抹面水平后放置到常溫處24h，之后進行脫模[7]。在這個過程中，若天氣溫度較低或過高，需要適當延長或縮短脫模時間，可放入標準養護室養護，待達到標準后取出試驗。所制作的試驗試件6個為一組，可根據研究需要增加數量。

表3 塑性和凝土試驗配合比

3.2.2 混凝土試件抗滲性能分析

對制備好的混凝土試件防滲性能的分析，主要采用的設備為HP-4.0型號的混凝土滲透儀，在試驗中根據水膠比的不同，制作出三種類型的混凝土試驗試件，按照抗滲儀操作要求，對這三種類型試驗試件抗滲性能追個分析。具體的試驗步驟為：啟動抗滲儀，將制作好的試件放入設備中，開通6個試驗位置下的閥門，使水可以從6個孔中審出來，充滿試位坑，之后關閉抗滲儀。在試驗過程中注意水壓的調整，從之初的0.1MPa開始調整，隔8h增加一次水壓，增加壓力為0.1MPa，一共調整三次，持續加壓時間為24h。在操作過程中需要注意觀察試件的端面情況，若6個試件中有3個出現滲水跡象，則可以停止試驗操作，并記下此時水壓力與試件的編號。另外，在試驗操作過程中，若發現有水從混凝土試件周邊滲出來，需要對試件重新進行密封，在密封中注意試件和塑料纏繞膜需要放置在同一平臺上，塑料纏繞膜略比試件兩端要長，在纏繞過程中將塑料纏繞膜緊貼試件，纏繞厚度以0.6mm為宜。在試驗入模前在試件頂部及中部各套一個橡膠止水圈[8]。在入模過程中應注意其放置與試件均勻沒入試模中。一次加壓法操作完成之后，從試驗機器上將試驗試件拆下，并使用壓力機將混凝土抗滲試塊脫模，使用刮刀等工作將其上面的附著物清理干凈。 根據以上操作，通過塑性混凝土相對滲透系數公式為：

(1)

式中：Kr為相對參透系數；α為塑性混凝土的吸水率；Dm為平均滲水高度；T為恒壓保持時間；H為水壓力。通過一次加壓法，可大大縮短試驗時間。

3.3 試驗結果

鑒于水膠比試驗配合比例不同，經試驗后得出C類塑性混凝土的滲透系數大，而B類次之，A類性混凝土的滲透系數小。這時由于在混凝土拌和過程中，所使用的水膠比越大，相應所需要的水量就越多。而大量水的存在對塑性混凝土結構中膠凝連續性受到影響，相應的塑性混凝土抗滲性能就會隨之下降。此外，若水膠比過大，塑性混凝土試件在凝結中自由水會蒸發，致使混凝土內部空隙率變大，相應的參透能力增加。可見，水膠比與混凝土抗滲性能存在一定的影響，在此次試驗中A類試件混凝土抗滲性能最佳。在水利工程修建中合理掌握水膠比十分重要，否則將會降低混凝土的抗滲性。

4 結 語

綜上所述，混凝土作為水利工程重要的原料，其抗滲性能可直接對水利工程施工質量造成影響。為了提高水利工程中混凝土抗滲性能，通過對水利工程混凝土抗滲方法試驗研究分析，了解水利工程混凝土產生裂縫的原因，通過一系列的試驗操作，得出隨著水膠比塑性混凝土滲透系數增加，相應的抗滲性能降低。只有合理掌握混凝土中水膠比比例，可確保水利工程建設質量。