戴國強(qiáng)，林太清，陳良捷

(江西省水利科學(xué)院，江西 南昌 330029)

農(nóng)田水利、高標(biāo)準(zhǔn)農(nóng)田建設(shè)渠道襯砌已經(jīng)由人工襯砌U型槽、T型槽、生態(tài)磚等薄壁預(yù)制構(gòu)件型式發(fā)展為一次成型自動化渠道襯砌形式，農(nóng)用自動襯砌渠道技術(shù)極大地提高了生產(chǎn)效率，也形成了渠道襯砌技術(shù)“標(biāo)準(zhǔn)化、高質(zhì)量化”的局面，具有省工、節(jié)料、施工進(jìn)度快等優(yōu)點，降低工程投資成本[1- 3]。

國內(nèi)學(xué)者多研究U型槽、T型槽干硬性混凝土性能[4- 5]，主要集中于研究影響混凝土性能相關(guān)因素，如水膠比、用水量、摻合料、蒸養(yǎng)制度、振動次數(shù)對強(qiáng)度的影響[6- 8]，認(rèn)為這種干硬性混凝土拌合物性能、力學(xué)與耐久性指標(biāo)與用水量、水膠比、砂率關(guān)系較大[9- 13]。

農(nóng)用自動襯砌渠道壁厚一般為10～20cm，常規(guī)混凝土用骨料粒徑一般為20～40mm，U型槽、T型槽構(gòu)件混凝土用粗骨料粒徑一般為10mm以內(nèi)的“瓜子片”，農(nóng)用自動襯砌渠道混凝土用粗骨料粒徑一般為20mm以內(nèi)小粒徑骨料；自動襯砌農(nóng)用渠道為振動擠壓成型現(xiàn)澆混凝土，U型槽、T型槽為振動擠壓成型小預(yù)制構(gòu)件，成型的產(chǎn)品不同。在實施農(nóng)用自動襯砌渠道項目時，人員多根據(jù)經(jīng)驗拌制混凝土，造成工程質(zhì)量較大隱患。針對該種農(nóng)用自動襯砌渠道混凝土特點，制定配合比研究方案，分析水膠比、用水量、砂率對工作性能的影響，研究該種干硬性混凝土試塊成型方法準(zhǔn)確測定試塊強(qiáng)度，從而指導(dǎo)施工并提升工程質(zhì)量是非常有意義的。

1 配合比方案設(shè)計

1.1 原材料

試驗用原材料從南昌縣某高標(biāo)準(zhǔn)農(nóng)田建設(shè)項目中選取，試驗所用細(xì)骨料為天然砂，細(xì)度模數(shù)2.79，屬中砂；粗骨料采用5cm人工小石，中徑含量68.9%；水泥采用“洋房”牌P.O42.5水泥；水為當(dāng)?shù)鼐用耧嬘盟?/p>

1.2 配合比方案

配合比設(shè)計方案考慮水膠比、用水量與砂率3種因素對自動襯砌農(nóng)用渠道混凝土性能的影響，水膠比設(shè)計為0.35、0.40、0.45、0.50，用水量設(shè)計為120、135、150kg/m3，砂率選擇為40%、50%，骨料為飽和面干狀態(tài)。試驗方案及維勃稠度見表1。

1.3 工作性能分析

根據(jù)表1混凝土配合比方案與維勃稠度試驗結(jié)果，砂率為50%時，配合比方案中的拌合物工作性能分為3種狀態(tài)，第1種狀態(tài)為P1～P11配合比方案，混凝土拌合物工作性能較差，難以振搗出漿；第2種狀態(tài)為P12～P13配合比方案，表面泛漿，和易性較好；第3種狀態(tài)為P14～P20，混凝土拌合物工作性能都比較好，易振搗出漿，如圖1所示。

表1 混凝土配合比方案與維勃稠度

圖1 不同狀態(tài)混凝土拌合物工作性

不同狀態(tài)配合比方案對應(yīng)成型的襯砌渠道形態(tài)也不同。第1種狀態(tài)時，渠道蜂窩麻面現(xiàn)象比較嚴(yán)重；第2種狀態(tài)時，渠道表面比較光滑，蜂窩麻面較少；第3種狀態(tài)時，渠道表面還比較光滑，但是部分渠道特別是底部難以成型，容易坍塌，具體如圖2所示。因此，在室內(nèi)設(shè)計該種農(nóng)用渠道混凝土配合比方案時，不僅僅需要考慮室內(nèi)拌合物工作性能，還需要考慮現(xiàn)場一體成型渠道形態(tài)。用水量少，則渠道易發(fā)生蜂窩麻面；用水量太大，則渠道易坍塌不易成型。

圖2 不同狀態(tài)成型的農(nóng)用渠道

1.4 工作性能與用水量的關(guān)系

配合比試驗方案設(shè)計了120、135、150、165kg/m34種用水量，不同用水量配合比試驗方案對應(yīng)的維勃稠度如圖3所示。根據(jù)圖3所示試驗結(jié)果，用水量為120～135kg/m3時，線段斜率較大，維勃稠度受用水量變化影響非常明顯，室內(nèi)試驗維勃稠度較大，混凝土拌合物不易振搗出漿，混凝土工作性能較差，室外試拌渠道蜂窩麻面面積大；用水量為135～150kg/m3時，線段斜率趨于緩和，室內(nèi)試驗混凝土拌合物能夠泛漿，工作性能較好，室外試拌渠道澆筑質(zhì)量較好；用水量為150～165kg/m3時，線段斜率明顯緩和，室內(nèi)試驗維勃稠度受用水量影響小，混凝土拌合物易振搗出漿，混凝土工作性能好，但是存在室外試拌渠道澆筑質(zhì)量比較難成型的現(xiàn)象，特別是在用水量165kg/m3水膠比為0.5～0.55時，渠道較難澆筑成型。因此，在設(shè)計該種混凝土配合比方案時，用水量宜控制在135～150kg/m3，不僅僅要考慮室內(nèi)混凝土配合比拌合物的工作性能問題，還應(yīng)該考慮現(xiàn)場渠道成型質(zhì)量進(jìn)行室內(nèi)調(diào)整。

圖3 不同水膠比的用水量和維勃稠度關(guān)系

1.5 工作性能與水膠比的關(guān)系

根據(jù)前述試驗結(jié)果，用水量宜控制在135～150kg/m3，選取2種用水量，分析不同水膠比與維勃稠度的關(guān)系，試驗結(jié)果如圖4所示。根據(jù)表1及圖4水膠比與維勃稠度關(guān)系，當(dāng)水膠比小于0.4時，混凝土拌合物工作性能較差；當(dāng)水膠比為0.4～0.5時，維勃稠度控制在圖中所示范圍，混凝土拌合物工作性能較好，成型渠道蜂窩麻面能夠得到較好控制；當(dāng)水膠比大于0.5時，混凝土拌合物工作性能雖好，但是渠道可能會存在成型質(zhì)量問題。因此，該種一體成型渠道混凝土水膠比宜控制在0.4～0.5之間。

圖4 不同用水量的水膠比和維勃稠度關(guān)系

1.6 工作性能與砂率的關(guān)系

經(jīng)過大量實踐，該種混凝土砂率一般要大于40%，砂率過小時，成型渠道蜂窩麻面面積較大，因此配合比試驗方案研究了40%、50%砂率對該種混凝土工作性的影響。根據(jù)表1及前文1.5的試驗成果，不同砂率與工作性能的關(guān)系如圖5所示。在150kg/m3水量，水膠比0.4～0.5間，混凝土拌合物工作性較好，成型的渠道表面較光滑。

圖5 不同砂率的水膠比和維勃稠度關(guān)系

2 試塊強(qiáng)度配重研究

農(nóng)用自動襯砌渠道施工工藝為振動擠壓成型工藝，與常規(guī)混凝土振搗成型碾壓混凝土碾壓成型不同，根據(jù)成型工藝，器具所用功率處于常規(guī)混凝土與碾壓混凝土之間。碾壓混凝土試塊成型時表面壓強(qiáng)為4.9kPa，但其使用的振實器具的功率也明顯大于農(nóng)用自動襯砌成型器具，不能完全參照碾壓混凝土試塊成型方法。因此，若使用常態(tài)混凝土試塊制作方法成型該種混凝土檢測強(qiáng)度，強(qiáng)度可能偏??；若使用碾壓混凝土試塊制作方法成型該種混凝土檢測強(qiáng)度，強(qiáng)度可能偏大。

表面壓強(qiáng)是試塊質(zhì)量是否準(zhǔn)確非常重要的影響因素。為進(jìn)一步論證表面壓強(qiáng)對小構(gòu)件混凝土試塊質(zhì)量的影響，制定了3個不同配重塊質(zhì)量的試驗方案(碾壓混凝土的配重根據(jù)規(guī)范要求計算得出)，討論在不同配重質(zhì)量下，試塊強(qiáng)度規(guī)律。

根據(jù)前述研究試驗成果，選用150kg/m3水量不同水膠比配合比方案，研究在不同配重塊重量的情況下，混凝土試塊強(qiáng)度規(guī)律。混凝土配合比方見表3。選用表2配重塊重量時，分別制作8組不同配合比方案的試塊(150mm×150mm×150mm)。經(jīng)試驗獲得不同成型條件下配合比方案的試塊強(qiáng)度，計算平均值、標(biāo)準(zhǔn)差及變異系數(shù)，見表4。

表2 不同工藝配重塊質(zhì)量

表3 混凝土配合比方案

表4 混凝土配合比方案與維勃稠度

由表4可知，4種不同配重，相同用水量情況下，方案P13由于水膠比大，其平均強(qiáng)度比方案P12小，具體分布如圖6所示。同一方案時，隨著配重質(zhì)量的增加，混凝土試塊的平均強(qiáng)度增加，因此，配重質(zhì)量對試塊強(qiáng)度的影響非常大。確定一個適合的配重質(zhì)量是決定試塊強(qiáng)度準(zhǔn)確與否的關(guān)鍵。

圖6 不同配重塊質(zhì)量和試塊強(qiáng)度關(guān)系

從試塊強(qiáng)度成果分析，方案P12與方案P13在配重相同為2.2kg時，其標(biāo)準(zhǔn)差、變異系數(shù)相對較小。因此，這種小構(gòu)件的配重質(zhì)量宜為2.2kg。原因有以下幾點。

(1)在不配重時，相當(dāng)于使用普通混凝土成型方法成型試塊，即為振搗成型。由于混凝土為干硬性混凝土，要振搗至表面泛漿，需要相當(dāng)長時間，因此混凝土試塊強(qiáng)度受人為因素較大，易造成混凝土試塊強(qiáng)度檢測結(jié)果不穩(wěn)定，離散性較大。

(2)當(dāng)配重大于5.5kg時，由于混凝土骨料一般都比較小，壓碎指標(biāo)值都不大。當(dāng)配重過大時，在振搗一定時間后，極易造成內(nèi)部骨料破碎，減小了骨料內(nèi)部的摩擦力。因此，也會造成試塊強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)差與變異系數(shù)增大現(xiàn)象。

(3)當(dāng)配重為2.2kg、試塊一次成型時，表面壓力不是太大，試件受壓的2個面與試塊內(nèi)部間受力相對比較均勻，也是在2.2kg時試塊強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)差及變異系數(shù)較小的原因。

3 結(jié)論

農(nóng)用自動襯砌渠道用混凝土與常態(tài)混凝土配合比參數(shù)不同，參數(shù)選擇寬度比較窄，配合比方案設(shè)計時，要綜合考慮室內(nèi)試驗成果與室外渠道成型質(zhì)量。試塊強(qiáng)度檢測時，由于該種混凝土試塊成型不能完全參照常規(guī)混凝土或者碾壓混凝土試塊成型方法，需要根據(jù)成型工藝選擇相應(yīng)配重質(zhì)量，以準(zhǔn)確檢測該種混凝土試塊強(qiáng)度。

文章研究了水膠比、用水量及砂率對混凝土工作性能影響，還未研究摻用粉煤灰與外加劑情況對混凝土工作性能影響。因此在摻用粉煤灰與外加劑時，需要對混凝土配合比方案進(jìn)行試配，為現(xiàn)場施工提供技術(shù)支持。