朱成龍，李文博，魯文斌

（1.銅陵市縣鄉(xiāng)公路管理處， 安徽 銅陵市 241400；2.中南大學(xué)土木工程學(xué)院， 湖南 長沙 410075）

1 混凝土標(biāo)準(zhǔn)抗?jié)B試驗(yàn)設(shè)備及方法

抗?jié)B等級是評價混凝土透水性的重要指標(biāo)，是地下工程混凝土質(zhì)量檢測的重要內(nèi)容?；炷量?jié)B等級的測定方法有水壓力法、氯離子滲透法、透氣法等。目前我國公路、鐵路、水利等各行業(yè)測定混凝土抗?jié)B等級主要采用水壓力法［1－3］，使用的設(shè)備是混凝土滲透儀，如圖1所示?；炷翝B透儀的標(biāo)準(zhǔn)試模是高度150mm、頂面直徑175mm、底面直徑185 mm的圓臺。由于試驗(yàn)時需要從試件斷面施加較大水壓，而這個壓力只能通過試模側(cè)面對試件的約束來平衡，這就要求試件與試模間的間隙很小。試件制作時除了要在側(cè)面用純石蠟密封外，還需要用壓力機(jī)將試件慢慢壓入試模，否則容易出現(xiàn)漏水造成試驗(yàn)失敗。因而，這種試驗(yàn)設(shè)備和方法只能適用于預(yù)制試件的試驗(yàn)，而且對試件加工尺寸要求極高。

圖1 混凝土滲透儀及試模

對于已經(jīng)施工完成的混凝土，如果要測試其抗?jié)B等級，只能對芯樣混凝土進(jìn)行測試?？紤]取芯的困難性，同時也考慮取芯對原結(jié)構(gòu)的影響，現(xiàn)場取芯的尺寸一般較小，多為直徑100，75mm或更小。由于芯樣直徑不符合混凝土滲透儀的尺寸要求，無法直接進(jìn)行試驗(yàn)，如何測試芯樣混凝土的抗?jié)B等級是困擾實(shí)體工程抗?jié)B性評價的一個問題。此外，按照標(biāo)準(zhǔn)抗?jié)B試驗(yàn)方法，水壓由0.1MP a開始，每8h增加一級，直至6個試件中的3個出現(xiàn)滲透現(xiàn)象，才能最終確定混凝土的抗?jié)B等級，因此試驗(yàn)耗時很長。

為了解決芯樣混凝土抗?jié)B等級測試問題，朱海琦［4］曾提出了在小直徑芯樣外包裹其它材料以達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)試件尺寸的解決方法，如圖2所示。

圖2 芯樣混凝土外包成標(biāo)準(zhǔn)試件

具體方法為：將芯樣混凝土切割并打磨成高度和直徑均為150mm的圓柱體試樣；利用試模將試樣包裹成為標(biāo)準(zhǔn)試樣，如圖2所示；按照標(biāo)準(zhǔn)試樣進(jìn)行試驗(yàn)。這種方法對填充材料有很高的要求，作者認(rèn)為填充材料應(yīng)具備下列幾個條件［4］：填充材料本身硬化速度較快；填充材料硬化后本身不能透水或經(jīng)相應(yīng)處理后不透水；填充材料硬化后的強(qiáng)度必須滿足試驗(yàn)要求；填充材料與芯樣黏結(jié)必須足夠牢固。此外，筆者認(rèn)為該方法還存在以下不足：由于增加了外包裹材料，其抗?jié)B性不明確，被測試試件的抗?jié)B等級也就很難確定；這種方法同樣存在標(biāo)準(zhǔn)試驗(yàn)中存在的試件放入、密封困難的問題；對于工程中常見的直徑100mm芯樣或更小的芯樣，填充材料厚度大，難以保證包裹質(zhì)量。因此，這種填充或包裹方法，并不能徹底解決芯樣混凝土抗?jié)B試驗(yàn)的問題。

2 芯樣混凝土抗?jié)B試驗(yàn)新裝置及方法

2.1 芯樣混凝土抗?jié)B試驗(yàn)新裝置

要測試芯樣混凝土的抗?jié)B等級，新裝置要解決2個方面的問題。首先是尺寸問題，試模必須為圓柱體，其直徑與取芯機(jī)芯筒直徑相同；其次是水壓平衡問題，采用圓柱體試件，不能像圓臺試件一樣依靠試模與試件的側(cè)面約束來解決；第三，最好還能解決試驗(yàn)時間過長的問題。

根據(jù)上述要求，筆者研究設(shè)計了一款芯樣混凝土抗?jié)B試驗(yàn)新裝置，如圖3所示，該裝置由以下幾部分組成。

圖3 芯樣混凝土抗?jié)B試驗(yàn)裝置

（1）芯筒：采用不銹鋼管加工而成，直徑和取芯機(jī)的芯筒一致，如內(nèi)徑為100mm，兩端分別加工內(nèi)螺紋，一端和鎖定底座連接，一端和加壓底座連接。

（2）鎖定底座：鎖定底座設(shè)置外螺紋，類似筒狀結(jié)構(gòu)，與芯筒用螺紋連接，底座壁厚不小于15mm，用于承托鎖定芯樣，平衡水壓力。

（3）加壓底座：加壓底座一端設(shè)置外螺紋，與芯筒螺紋連接，另一端采用封閉底板，底板中央開孔連接加壓管路，管路上設(shè)壓力表和閥門。

（4）為了保證兩端底座的密封性，在底座與芯樣間放置橡膠墊圈，通過底座與試件壓縮墊圈起到防水效果。

2.2 芯樣混凝土滲透試驗(yàn)步驟

（1）芯樣加工。把現(xiàn)場取芯的芯樣兩端磨平，高度取100mm。

（2）底座安裝。將鎖定底座旋進(jìn)芯筒，旋進(jìn)深度根據(jù)試件長度調(diào)節(jié)。

（3）試件裝入。在試件周邊涂抹一層密封膠（本文采用卡夫特厭氧膠K－0262），密封膠要求完全覆蓋試件側(cè)面，防止水從側(cè)面滲出，密封膠干透之后，再涂抹一層密封膠，將試件放入芯筒內(nèi)，為了確保芯筒與試件密封（不透水而不需受力），在芯樣周邊再滴入密封膠，確保填充滿。

（4）試件裝入后放置24h，或者放入烘箱直接烘干。

（5）加壓底座安裝。旋入加壓底座，連接加壓管路和壓力表。

（6）加壓試驗(yàn)。啟動加壓泵，直接加壓至預(yù)定抗?jié)B等級對應(yīng)的水壓力，記錄滲透時間，通過下文方法確定其抗?jié)B等級。

3 抗?jié)B等級的確定

尹元章［5］通過混凝土抵抗液體滲透所消耗的工作能量來衡量混凝土的抗?jié)B能力，并建立了所消耗工作能量與抗?jié)B標(biāo)號（即抗?jié)B等級之間的關(guān)系），文獻(xiàn)［6］通過對比試驗(yàn)證實(shí)了相關(guān)研究結(jié)論。為了理論體系更合理，本文認(rèn)為有必要并可以對文獻(xiàn)［5－6］的相關(guān)定義及理論進(jìn)行表述上的梳理。

液體在混凝土滲透是一個做功的過程，需要消耗一定的工作能量。這個工作能量可以稱為抗?jié)B工能值（G）。液體滲透消耗的抗?jié)B工能值與液體壓力（P）和壓力作用時間（t）的乘積。反映混凝土抗?jié)B能力的指標(biāo)，可定義為單位（抗?jié)B）工能值，即有壓液體滲透單位長度混凝土所需的最小工作能量（g）。

根據(jù)上述定義，抗?jié)B工能值G的計算公式為：

式中：G——抗?jié)B工能值；

P——液體壓力；

t——液體壓力對滲透物質(zhì)的作用時間。

單位工能值g的計算公式為：

式中：g——單位工能值；

P——液體壓力；

T——滲透試件的最小時間；

l——試件的高度。

據(jù)此，參考文獻(xiàn)［5－6］通過試驗(yàn)及理論分析獲得的抗?jié)B等級與單位工能值的關(guān)系（參見表1，有表述上的修改），可以通過試驗(yàn)確定混凝土抗?jié)B等級。

4 工程試驗(yàn)實(shí)例

在某隧道滲漏水治理工程中，為了檢測評價隧道襯砌的抗?jié)B性能，從襯砌邊墻兩個代表性位置取芯進(jìn)行測試。芯樣直徑100 mm，取芯深度300 mm，每段芯樣加工成兩個100mm高的試件，如圖4所示，其中一個用于抗壓強(qiáng)度檢測，一個用于抗?jié)B等級測定。

表1 抗?jié)B工能值與抗?jié)B標(biāo)號之間的換算

圖4 抗?jié)B試驗(yàn)

試驗(yàn)時直接施加1MP a水壓并保持恒定，兩個試件透水經(jīng)歷的時間分別為6.02h和6.26h，平均歷時6.14h。

計算得：

根據(jù)G10或g值查表1得抗?jié)B標(biāo)號為S1，可見抗?jié)B能力遠(yuǎn)低于設(shè)計值S6。

5 結(jié) 語

在役混凝土的抗?jié)B等級是土木工程安全狀態(tài)檢測與評估的重要指標(biāo)之一，本文研制了一種芯樣混凝土抗?jié)B等級測定裝置，不僅解決了芯樣混凝土無法進(jìn)行抗?jié)B等級試驗(yàn)的問題，還大大縮短了試驗(yàn)時間，在工程應(yīng)用中有推廣前景。下一步仍需要通過大量試驗(yàn)和統(tǒng)計分析來確定抗?jié)B等級確定方法的可靠性。

［1］GBT50082－2009.普通混凝土長期性能和耐久性能試驗(yàn)方法［S］.

［2］JTGE30－2005.公路工程水泥及水泥混凝土試驗(yàn)規(guī)程［S］.

［3］SL352－2006.水工混凝土試驗(yàn)規(guī)程［S］.

［4］朱海琦，徐 斐.芯樣混凝土抗?jié)B性能檢測試驗(yàn)研究［J］.技術(shù)與市場，2012，19（2）：11－12.

［5］尹元章.混凝土抗?jié)B性能快速測定［J］.混凝土與水泥制品，1982（4）：25－27.

［6］89204部隊試驗(yàn)室.混凝土抗?jié)B標(biāo)號快速測定探討［J］.建筑技術(shù)，1983（7）：41－43.