于景巖

(盤(pán)山縣水利建筑工程處，遼寧 盤(pán)錦 124100)

0 引 言

隨著城鎮(zhèn)化建設(shè)的快速推進(jìn)，河道整治逐漸成為改善城區(qū)景觀效果、增強(qiáng)城鎮(zhèn)防洪排澇能力的重要工程措施[1-3]。傳統(tǒng)的河道治理最常見(jiàn)、最主要的整治措施是堤防和河岸硬化處理，這種工程模式過(guò)于突出邊坡的穩(wěn)定性和強(qiáng)度要求，未考慮生態(tài)保護(hù)作用，從而導(dǎo)致河流生態(tài)系統(tǒng)的人為隔絕，對(duì)水生態(tài)環(huán)境優(yōu)化和保護(hù)造成不利影響，甚至?xí)茐乃到y(tǒng)的良性循環(huán)[4-5]。因此，河道整治既要考慮工程措施的經(jīng)濟(jì)性與耐久性要求，更好突出強(qiáng)調(diào)生態(tài)保護(hù)功能。在此背景下，透水混凝土鋪裝逐漸成為河道整治工程乃至水利工程最重要的形式。透水鋪裝能夠打通河流水體與生態(tài)系統(tǒng)之間的有效循環(huán)和聯(lián)結(jié)，并為各種動(dòng)植物創(chuàng)造適宜的棲息生長(zhǎng)空間[6-10]。然而，因存在強(qiáng)度相對(duì)較低、孔隙率較高的特點(diǎn)，實(shí)際運(yùn)輸過(guò)程中極易對(duì)透水混凝土造成損壞，所以現(xiàn)澆透水混凝土鋪裝勢(shì)必成為今后的發(fā)展方向[11]。鑒于此，文章通過(guò)室內(nèi)交叉試驗(yàn)，優(yōu)化研究了最佳工藝參數(shù)組合，旨在為現(xiàn)澆透水混凝土的推廣應(yīng)用提供一定技術(shù)支持。

1 試驗(yàn)方法

1.1 原材料準(zhǔn)備

試驗(yàn)用水泥為大連天瑞水泥有限公司生產(chǎn)的P·O 42.5普通硅酸鹽水泥，經(jīng)檢驗(yàn)該水泥各項(xiàng)指標(biāo)都符合GB 175-2020《通用硅酸鹽水泥》規(guī)范要求，能夠用于試驗(yàn)研究。試驗(yàn)用粗、細(xì)骨料為粒徑5-20mm的連續(xù)級(jí)配機(jī)制碎石和河砂，經(jīng)檢驗(yàn)其各項(xiàng)指標(biāo)都符合規(guī)范要求；試驗(yàn)用粉煤灰為沈海熱電廠生產(chǎn)的Ⅱ級(jí)灰，經(jīng)檢驗(yàn)其各項(xiàng)性能指標(biāo)均滿足GB/T 1596-2017《用于水泥和混凝土中的粉煤灰》中Ⅱ級(jí)灰要求；試驗(yàn)用纖維為直徑30μm、單絲長(zhǎng)18mm的聚丙烯纖維；試驗(yàn)用減水劑為蘇博特SBTJM?-Ⅵ系列高效減水劑，拌合水為自來(lái)水。

1.2 方案設(shè)計(jì)

根據(jù)透水混凝土的特點(diǎn)和現(xiàn)澆混凝土的應(yīng)用經(jīng)驗(yàn)，確定坡度、振搗時(shí)長(zhǎng)以及厚度是透水混凝土力學(xué)性能的主要影響因素[12]。因此，本試驗(yàn)選擇坡度、振搗時(shí)長(zhǎng)和厚度3個(gè)因素，通過(guò)正交試驗(yàn)優(yōu)化研究現(xiàn)澆透水混凝土施工工藝。實(shí)際上，透水混凝土強(qiáng)度主要來(lái)自于粗骨料之間的嵌擠作用和水泥等膠凝材料的黏結(jié)作用，所以混凝土強(qiáng)度受其厚度的影響比較明顯，故設(shè)計(jì)9cm、11cm、13cm、15cm四種澆筑厚度；考慮到混凝土密實(shí)度直接受振搗時(shí)間的影響，結(jié)合工程經(jīng)驗(yàn)和現(xiàn)有文獻(xiàn)資料共設(shè)計(jì)2s、5s、8s、11s四種振搗時(shí)間；另外，在河道護(hù)坡中使用透水混凝土?xí)r，坡度也顯著影響著混凝土強(qiáng)度，故設(shè)計(jì)0.2、0.5、0.8、1.0四種坡度。結(jié)合以上參數(shù)，通過(guò)正交設(shè)計(jì)提出四水平三因素試驗(yàn)方案，四水平三因素正交試驗(yàn)方案，見(jiàn)表1。

表1 四水平三因素正交試驗(yàn)方案

續(xù)表1 四水平三因素正交試驗(yàn)方案

1.3 試驗(yàn)方法

為保證試驗(yàn)數(shù)據(jù)的精準(zhǔn)度，每組配制3個(gè)混凝土試樣，各方案最終試驗(yàn)結(jié)果取3個(gè)試樣的平均值。試驗(yàn)過(guò)程中利用裹漿法攪拌現(xiàn)澆混凝土，混凝土出倉(cāng)后倒入預(yù)先制備好的模板內(nèi)(模板尺寸80cm×60cm，按實(shí)際成型條件設(shè)計(jì)厚度)，然后進(jìn)行平板振搗，室內(nèi)靜置24h后拆模，在自然環(huán)境下養(yǎng)護(hù)28d后進(jìn)行抗壓強(qiáng)度檢測(cè)。自然養(yǎng)護(hù)時(shí)，將毛氈覆蓋在試樣表面，為促使水泥充分水化每天早晚灑水2次，灑水養(yǎng)護(hù)時(shí)間至少為7d?？紤]到場(chǎng)地大小和試驗(yàn)要求，將鋼筋支架設(shè)置于模板下面，以確保模板坡度符合設(shè)計(jì)要求。

根據(jù)現(xiàn)有標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范測(cè)定各組試樣的力學(xué)性能，測(cè)試時(shí)嚴(yán)格按照操作流程保證試驗(yàn)結(jié)果的可靠性和準(zhǔn)確性[13]。本試驗(yàn)所用到的儀器設(shè)備為WAW-3000C萬(wàn)能伺服試驗(yàn)機(jī)，依據(jù)DLT 5330-2015《水工混凝土配合比設(shè)計(jì)規(guī)程》規(guī)定的步驟和流程進(jìn)行試驗(yàn)操作，做好試驗(yàn)數(shù)據(jù)的記錄工作。

2 結(jié)果與分析

2.1 試驗(yàn)結(jié)果

將所有試件的力學(xué)性能利用規(guī)范推薦的試驗(yàn)方法進(jìn)行測(cè)試，力學(xué)性能檢測(cè)結(jié)果，見(jiàn)表2。結(jié)果顯示，混凝土成型坡度、振搗時(shí)長(zhǎng)以及成型厚度均顯著影響著透水混凝土的抗折強(qiáng)度和抗壓強(qiáng)度。

表2 力學(xué)性能檢測(cè)結(jié)果

續(xù)表2 力學(xué)性能檢測(cè)結(jié)果

2.2 結(jié)果分析

為進(jìn)一步揭示現(xiàn)澆透水混凝土力學(xué)性能受不同因素的影響作用，可以通過(guò)極差分析各組試驗(yàn)數(shù)據(jù)，確定力學(xué)性能指標(biāo)與坡度、振搗時(shí)間、厚度等因素之間的關(guān)系，從而提取最佳的工藝參數(shù)。

2.2.1 成型厚度的影響

依據(jù)極差分析結(jié)果和試驗(yàn)數(shù)據(jù)繪制透水混凝土28d抗折、抗壓強(qiáng)度與成型厚度的關(guān)系圖，力學(xué)性能與成型厚度的關(guān)系圖，見(jiàn)圖1。

結(jié)果顯示，隨著成型厚度的增加透水混凝土的抗折和抗壓強(qiáng)度均表現(xiàn)出先增加后減小的變化趨勢(shì)，混凝土試樣成型厚度為11cm時(shí)具有最大的抗折與抗壓強(qiáng)度值。究其原因，水泥等膠凝材料和骨料之間的膠結(jié)作用主要產(chǎn)生透水混凝土的抗壓強(qiáng)度，骨料與膠凝材料之間的黏結(jié)力以及膠凝材料與纖維的抗拉拔力主要產(chǎn)生其抗折強(qiáng)度。在成型厚度較小情況下，透水混凝土內(nèi)部堆積的骨料層數(shù)不多，膠凝材料與骨料、纖維之間的有效黏結(jié)較少，所以測(cè)定的抗折與抗壓強(qiáng)度也相對(duì)較低；成型厚度逐漸增大，則膠凝材料與骨料、纖維之間的有效黏結(jié)將明顯增加，所以測(cè)定的抗折與抗壓強(qiáng)度明顯增大；然而受限于振搗設(shè)備的自有特性，成型厚度的進(jìn)一步增大會(huì)使得混凝土內(nèi)部形成較多的大孔隙結(jié)構(gòu)，在荷載作用下很容易產(chǎn)生局部變形破壞，從而使得測(cè)定的抗折和抗壓強(qiáng)度表現(xiàn)出減小趨勢(shì)[14]。

2.2.2 振搗時(shí)長(zhǎng)的影響

依據(jù)極差分析結(jié)果和試驗(yàn)數(shù)據(jù)繪制透水混凝土28d抗折、抗壓強(qiáng)度與振搗時(shí)間的關(guān)系圖，力學(xué)性能與振搗時(shí)間的關(guān)系圖，見(jiàn)圖2。

結(jié)果表明，隨著振搗時(shí)長(zhǎng)的增加透水混凝土的抗折和抗壓強(qiáng)度均表現(xiàn)出先增加后減小的變化趨勢(shì)，混凝土試樣振搗時(shí)長(zhǎng)為8s時(shí)具有最大的抗折與抗壓強(qiáng)度值。究其原因，在具體施工時(shí)，混凝土材料之間的密實(shí)程度會(huì)隨著振搗時(shí)長(zhǎng)的增加而增大，骨料之間的膠結(jié)作用和內(nèi)部結(jié)構(gòu)的整體性明顯增強(qiáng)，所以測(cè)定的抗折與抗壓強(qiáng)度有所增加。然而振搗時(shí)長(zhǎng)>8s以后，隨著振搗的持續(xù)進(jìn)行膠凝材料會(huì)不斷下滑，從而造成下部出現(xiàn)一定沉漿而上部膠凝材料減少的現(xiàn)象，故測(cè)定的抗折與抗壓強(qiáng)度減小[15]。所以，為了保證工程效果達(dá)到最佳，在施工過(guò)程中要合理設(shè)計(jì)現(xiàn)澆透水混凝土的振搗時(shí)間。

2.2.3 坡度的影響

依據(jù)極差分析結(jié)果和試驗(yàn)數(shù)據(jù)繪制透水混凝土28d抗折、抗壓強(qiáng)度與坡度的關(guān)系圖，力學(xué)性能與成型坡度的關(guān)系圖，見(jiàn)圖3。

試驗(yàn)表明，隨著成型坡度的減小透水混凝土的抗折和抗壓強(qiáng)度均表現(xiàn)出先增加后減小的變化趨勢(shì)，成型坡度為0.8時(shí)的混凝土試樣具有最大的抗折與抗壓強(qiáng)度值。究其原因，在具體施工時(shí)，成型坡度較大則混凝土受到向下重力作用的影響就較大，膠凝材料將在振搗作用向下滑移，從而使得膠凝材料分布不均，對(duì)混凝土抗折與抗壓強(qiáng)度造成影響。這種現(xiàn)象會(huì)隨著坡度的減小而減弱，減小坡度會(huì)明顯提高抗折與抗壓強(qiáng)度。然而坡度的進(jìn)一步減小，會(huì)使混凝土材料受向下重力作用的影響明顯減弱，內(nèi)部骨料之間的膠結(jié)作用和測(cè)定的抗折、抗壓強(qiáng)度也會(huì)隨之減弱。

2.3 最佳參數(shù)組合

根據(jù)以上試驗(yàn)結(jié)果，確定現(xiàn)澆透水混凝土最佳工藝參數(shù)組合為成型坡度0.8、振搗時(shí)長(zhǎng)8s、厚度11cm，顯然在正交試驗(yàn)方案中并沒(méi)有該參數(shù)組合。因此，在不改變?cè)囼?yàn)方法和材料的條件下，按照以上參數(shù)重新配制3個(gè)試樣并測(cè)定其抗折、抗壓強(qiáng)度，最佳參數(shù)組合試驗(yàn)數(shù)據(jù)，見(jiàn)表3。結(jié)果表明，按最佳參數(shù)組合的混凝土試樣抗折與抗壓強(qiáng)度平均值為2.45MPa、8.34MPa，均高于正交試驗(yàn)檢測(cè)數(shù)據(jù)，可見(jiàn)該參數(shù)組合具有明顯優(yōu)勢(shì)，可以用于河道岸坡整治工程。

表3 最佳參數(shù)組合試驗(yàn)數(shù)據(jù)

3 結(jié) 論

隨著科技的進(jìn)步和經(jīng)濟(jì)的不斷發(fā)展，水利工程建設(shè)對(duì)生態(tài)保護(hù)的要求越來(lái)越高。文章結(jié)合生態(tài)透水混凝土在河道治理工程中的實(shí)際需求，采用室內(nèi)正交試驗(yàn)的方式揭示了成型厚度、坡度、振搗時(shí)長(zhǎng)對(duì)透水混凝土強(qiáng)度的影響，在此基礎(chǔ)上給出最佳參數(shù)組合，可為現(xiàn)澆透水混凝土的試驗(yàn)方法研究和推廣應(yīng)用提供一定參考。受文章篇幅限制，文中僅研究了坡度、振搗時(shí)間以及成型厚度對(duì)強(qiáng)度的影響，未來(lái)仍需進(jìn)一步探討對(duì)耐久性和透水性的影響規(guī)律，進(jìn)一步提高現(xiàn)澆透水混凝土的實(shí)用價(jià)值。