干濕循環作用下透水混凝土力學性能試驗研究

文 星

(巴音郭楞蒙古自治州水利水電勘測設計院，新疆 庫爾勒 841000)

1 材料與方法

1.1 試驗材料

此次試驗采用的水泥為華鑫水泥有限公司生產的普通硅酸鹽水泥，其強度等級為P·O42.5。經測試其主要性能指標滿足相關施工規范的要求，可以用于此次研究。

試驗用粗骨料為來自某礦山的天然骨料，其粒徑范圍為10～15 mm。經測試，其堆積密度為1456 kg/m3；堆積孔隙率為45.6%；表觀密度為2682 kg/m3，吸水率為0.007。

試驗用減水劑為聚羧酸高效減水劑，試驗用水為試驗地的普通自來水。

1.2 試件制作

透水混凝土的配合比設計需要綜合考慮骨料的粒徑、壓實程度并實現力學性能和透水性的平衡。結合試驗材料的實際情況和河道用透水混凝土對強度和透水性能的實際要求，試驗中透水混凝土的抗壓強度不低于18.0 MPa，劈拉強度不低于1.5 MPa，孔隙率為20%。按照上述要求，確定水泥材料用量為332 kg/m3，水92 kg/m3，粗骨料1056 kg/m3。

透水混凝土的制作采用的是SYD-F02-20A強制性單臥軸混凝土攪拌機。為了使水泥漿體能夠較好的包裹在骨料的周圍，在制作過程中采用水泥裹漿法[1]。首先將水泥倒入攪拌機，加入一半的水，然后攪拌1 min，待水泥完全濕潤之后，再加入剩余一半的水，繼續攪拌2 min，使水泥漿混勻包裹在骨料上，得到透水混凝土。

目前，實驗室透水混凝土主要有插搗成型和振動成型兩種成型工藝，鑒于插搗成型的工藝標準難以統一，因此采用振動成型的方式。由于振動成型過程中振動時間過短會導致密實度不足，而振動時間過長則容易導致漿液在底部沉積[2]。因此，在試件成型過程中嚴格控制好15～20 s的振動時間[3]。將制作好的試件用保鮮膜覆蓋后靜置24 h脫模，然后在標準養護條件下養護至28 d齡期備用。

1.3 試驗方法

干濕循環試驗包括浸泡吸水和失水干燥兩個過程。為了保證其達到飽和狀態，采用全浸泡的吸水方式[4]。試驗中的浸泡用水為普通自來水。在浸泡巖石試塊過程中需要常溫常濕環境，將透水混凝土試塊放入水槽加水浸泡24 h[5]。浸泡過程中要使水面高度高于試塊，保證透水混凝土試塊能夠自由吸水。試塊的干燥過程中在烘箱內進行，為了防止高溫導致混凝土成分失去結晶水從而造成結構改變，需要設置適宜的溫度條件[6]。當然，過低的溫度會造成干燥時間大幅延長，不利于縮短試驗周期[7]。綜合上述考慮，試驗中將烘干箱的工作溫度設定為90 ℃，烘干周期為24 h，進行50次干濕循環后試驗結束。在試驗過程中要做好試驗數據的記錄。

2 試驗結果與分析

2.1 單軸抗壓強度

試驗中對干濕循環作用下透水混凝土試塊進行單軸抗壓強度試驗，獲得不同干濕循環次數下試件的峰值應力[8]。試驗參數和抗壓強度試驗結果如表1所示。由表1可以看出，透水混凝土試樣經過干濕循環之后，其單抽抗壓強度呈現出先小幅下降后小幅增大再迅速下降的變化特點。具體來看，在干濕循環試驗之前，透水混凝土的抗壓強度值為19.64 MPa，在經過10次干濕循環之后其抗壓強度降低為18.63 MPa，下降幅度為5.14%；經過20次干濕循環之后，其抗壓強度增大到18.98 MPa，增幅約1.88%；之后抗壓強度迅速降低，在50次干濕循環結束之后，透水混凝土的抗壓強度值為14.23 MPa，與試驗開始之前相比，降低了27.55%，抗壓強度的損失十分顯著。由此可見，在干濕循環的早期，透水混凝土的抗壓強度下降幅度不大，后期下降幅度較大。

表1 單軸抗壓強度試驗參數和結果

2.2 變形特征

試驗中對干濕循環作用下透水混凝土試塊進行軸向應變試驗，獲得不同干濕循環次數下試件的峰值應變。試驗參數和峰值應變試驗結果如表2所示。由表2可以看出，透水混凝土試樣經過干濕循環之后，其峰值應變呈現出先下降后增大再減小的變化特點。具體來看，在干濕循環試驗之前，透水混凝土的峰值應變為1.63×10-4，在經過10次干濕循環之后其峰值應變降低為1.58×10-4，下降幅度為3.68%；經過20次干濕循環之后，其峰值應變增大到1.61×10-4，增幅約1.89%；之后峰值應變不斷變小，在50次干濕循環結束之后，透水混凝土的峰值應變為1.56×10-4，與試驗開始之前相比，降低了4.29%。總體來看，透水混凝土的峰值應變與抗壓強度的變化規律類似，但是變化的幅度明顯偏小。

表2 峰值應變試驗參數和結果

2.3 彈性模量

試驗中對干濕循環作用下透水混凝土試塊的彈性模量進行試驗，獲得不同干濕循環次數下試件的彈性模量值。試驗參數和彈性模量試驗結果如表3所示。由表3可以看出，透水混凝土試樣經過干濕循環之后，其彈性模量的變化與抗壓強度和峰值應變類似，呈現出先下降后增大再減小的變化特點。具體來看，在干濕循環試驗之前，透水混凝土的彈性模量為6.42 GPa，在經過10次干濕循環之后其峰值應變降低為6.11 GPa，下降幅度為4.82%；經過20次干濕循環之后，其彈性模量增大到6.22 GPa，增幅約1.80%；之后彈性模量不斷變小，在50次干濕循環結束之后，透水混凝土的彈性模量為5.42 GPa，與試驗開始之前相比，降低了15.57%。

表3 彈性模量試驗參數和結果

3 結 語

干濕循環是影響水工材料性能特別是耐久性的重要的環境因素，對干濕循環條件下水工材料性能的變化規律展開研究具有重要理論意義和工程價值。此次研究利用室內試驗的方式，探討了干濕循環對透水混凝土性能的影響，獲得干濕循環條件下透水混凝土強度、峰值應變和彈性模量等主要力學參數的變化規律，為透水混凝土的工程應用提供了必要的理論支持。當然，此次研究僅考慮干濕循環這一因素的影響，并沒有考慮實際工程條件下溫度因素的影響。在今后的研究中，可以將溫度因素考慮進來，研究透水混凝土在溫濕循環下的性能變化，以更為真實地模擬水利工程的實際。