文 星

(巴音郭楞蒙古自治州水利水電勘測設(shè)計(jì)院，新疆 庫爾勒 841000)

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)材料

此次試驗(yàn)采用的水泥為華鑫水泥有限公司生產(chǎn)的普通硅酸鹽水泥，其強(qiáng)度等級(jí)為P·O42.5。經(jīng)測試其主要性能指標(biāo)滿足相關(guān)施工規(guī)范的要求，可以用于此次研究。

試驗(yàn)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(jīng)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(yàn)用減水劑為聚羧酸高效減水劑，試驗(yàn)用水為試驗(yàn)地的普通自來水。

1.2 試件制作

透水混凝土的配合比設(shè)計(jì)需要綜合考慮骨料的粒徑、壓實(shí)程度并實(shí)現(xiàn)力學(xué)性能和透水性的平衡。結(jié)合試驗(yàn)材料的實(shí)際情況和河道用透水混凝土對(duì)強(qiáng)度和透水性能的實(shí)際要求，試驗(yàn)中透水混凝土的抗壓強(qiáng)度不低于18.0 MPa，劈拉強(qiáng)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(qiáng)制性單臥軸混凝土攪拌機(jī)。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(jī)，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(xù)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(shí)驗(yàn)室透水混凝土主要有插搗成型和振動(dòng)成型兩種成型工藝，鑒于插搗成型的工藝標(biāo)準(zhǔn)難以統(tǒng)一，因此采用振動(dòng)成型的方式。由于振動(dòng)成型過程中振動(dòng)時(shí)間過短會(huì)導(dǎo)致密實(shí)度不足，而振動(dòng)時(shí)間過長則容易導(dǎo)致漿液在底部沉積[2]。因此，在試件成型過程中嚴(yán)格控制好15～20 s的振動(dòng)時(shí)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(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)條件下養(yǎng)護(hù)至28 d齡期備用。

1.3 試驗(yàn)方法

干濕循環(huán)試驗(yàn)包括浸泡吸水和失水干燥兩個(gè)過程。為了保證其達(dá)到飽和狀態(tài)，采用全浸泡的吸水方式[4]。試驗(yàn)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(huán)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(nèi)進(jìn)行，為了防止高溫導(dǎo)致混凝土成分失去結(jié)晶水從而造成結(jié)構(gòu)改變，需要設(shè)置適宜的溫度條件[6]。當(dāng)然，過低的溫度會(huì)造成干燥時(shí)間大幅延長，不利于縮短試驗(yàn)周期[7]。綜合上述考慮，試驗(yàn)中將烘干箱的工作溫度設(shè)定為90 ℃，烘干周期為24 h，進(jìn)行50次干濕循環(huán)后試驗(yàn)結(jié)束。在試驗(yàn)過程中要做好試驗(yàn)數(shù)據(jù)的記錄。

2 試驗(yàn)結(jié)果與分析

2.1 單軸抗壓強(qiáng)度

試驗(yàn)中對(duì)干濕循環(huán)作用下透水混凝土試塊進(jìn)行單軸抗壓強(qiáng)度試驗(yàn)，獲得不同干濕循環(huán)次數(shù)下試件的峰值應(yīng)力[8]。試驗(yàn)參數(shù)和抗壓強(qiáng)度試驗(yàn)結(jié)果如表1所示。由表1可以看出，透水混凝土試樣經(jīng)過干濕循環(huán)之后，其單抽抗壓強(qiáng)度呈現(xiàn)出先小幅下降后小幅增大再迅速下降的變化特點(diǎn)。具體來看，在干濕循環(huán)試驗(yàn)之前，透水混凝土的抗壓強(qiáng)度值為19.64 MPa，在經(jīng)過10次干濕循環(huán)之后其抗壓強(qiáng)度降低為18.63 MPa，下降幅度為5.14%；經(jīng)過20次干濕循環(huán)之后，其抗壓強(qiáng)度增大到18.98 MPa，增幅約1.88%；之后抗壓強(qiáng)度迅速降低，在50次干濕循環(huán)結(jié)束之后，透水混凝土的抗壓強(qiáng)度值為14.23 MPa，與試驗(yàn)開始之前相比，降低了27.55%，抗壓強(qiáng)度的損失十分顯著。由此可見，在干濕循環(huán)的早期，透水混凝土的抗壓強(qiáng)度下降幅度不大，后期下降幅度較大。

表1 單軸抗壓強(qiáng)度試驗(yàn)參數(shù)和結(jié)果

2.2 變形特征

試驗(yàn)中對(duì)干濕循環(huán)作用下透水混凝土試塊進(jìn)行軸向應(yīng)變?cè)囼?yàn)，獲得不同干濕循環(huán)次數(shù)下試件的峰值應(yīng)變。試驗(yàn)參數(shù)和峰值應(yīng)變?cè)囼?yàn)結(jié)果如表2所示。由表2可以看出，透水混凝土試樣經(jīng)過干濕循環(huán)之后，其峰值應(yīng)變呈現(xiàn)出先下降后增大再減小的變化特點(diǎn)。具體來看，在干濕循環(huán)試驗(yàn)之前，透水混凝土的峰值應(yīng)變?yōu)?.63×10-4，在經(jīng)過10次干濕循環(huán)之后其峰值應(yīng)變降低為1.58×10-4，下降幅度為3.68%；經(jīng)過20次干濕循環(huán)之后，其峰值應(yīng)變?cè)龃蟮?.61×10-4，增幅約1.89%；之后峰值應(yīng)變不斷變小，在50次干濕循環(huán)結(jié)束之后，透水混凝土的峰值應(yīng)變?yōu)?.56×10-4，與試驗(yàn)開始之前相比，降低了4.29%?？傮w來看，透水混凝土的峰值應(yīng)變與抗壓強(qiáng)度的變化規(guī)律類似，但是變化的幅度明顯偏小。

表2 峰值應(yīng)變?cè)囼?yàn)參數(shù)和結(jié)果

2.3 彈性模量

試驗(yàn)中對(duì)干濕循環(huán)作用下透水混凝土試塊的彈性模量進(jìn)行試驗(yàn)，獲得不同干濕循環(huán)次數(shù)下試件的彈性模量值。試驗(yàn)參數(shù)和彈性模量試驗(yàn)結(jié)果如表3所示。由表3可以看出，透水混凝土試樣經(jīng)過干濕循環(huán)之后，其彈性模量的變化與抗壓強(qiáng)度和峰值應(yīng)變類似，呈現(xiàn)出先下降后增大再減小的變化特點(diǎn)。具體來看，在干濕循環(huán)試驗(yàn)之前，透水混凝土的彈性模量為6.42 GPa，在經(jīng)過10次干濕循環(huán)之后其峰值應(yīng)變降低為6.11 GPa，下降幅度為4.82%；經(jīng)過20次干濕循環(huán)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(huán)結(jié)束之后，透水混凝土的彈性模量為5.42 GPa，與試驗(yàn)開始之前相比，降低了15.57%。

表3 彈性模量試驗(yàn)參數(shù)和結(jié)果

3 結(jié) 語

干濕循環(huán)是影響水工材料性能特別是耐久性的重要的環(huán)境因素，對(duì)干濕循環(huán)條件下水工材料性能的變化規(guī)律展開研究具有重要理論意義和工程價(jià)值。此次研究利用室內(nèi)試驗(yàn)的方式，探討了干濕循環(huán)對(duì)透水混凝土性能的影響，獲得干濕循環(huán)條件下透水混凝土強(qiáng)度、峰值應(yīng)變和彈性模量等主要力學(xué)參數(shù)的變化規(guī)律，為透水混凝土的工程應(yīng)用提供了必要的理論支持。當(dāng)然，此次研究僅考慮干濕循環(huán)這一因素的影響，并沒有考慮實(shí)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(jìn)來，研究透水混凝土在溫濕循環(huán)下的性能變化，以更為真實(shí)地模擬水利工程的實(shí)際。