U 型槽质量问题的成因及控制措施

2013-09-16杨能辉戴国强

江西水利科技 2013年3期

李焱，杨能辉，戴国强

（江西省水利科学研究院，江西南昌 330029）

1 概况

在江西省小型农田水利工程重点县水利设施的建设中，预制混凝土U 型渠槽的应用占有很大的比重。U型槽的主要优点有安装方便、不淤积、力学性能好、输水能力强等[1]。虽然U 型槽的制作及安装已经有相关规范[2]，但各生产厂家在制作时，仍具有一定的随意性，质量也参差不齐。

为了提高U 型槽产品质量，节约资金，保证工程使用功能正常发挥，江西省水利厅从2010年10月至2012年12月，对全省200 余家U 型槽生产厂家进行了产品检测。检测结果表明，部分厂家生产的U 型槽存在一定程度的质量不合格现象。

这种不合格现象主要表现为构件外观质量不合格和构件抗外压强度低等。对于外观质量问题的成因及控制措施，有专家已经做过相关的研究[3]，在此不再赘述。本文从江西省U 型槽运用的实际情况出发，介绍了U 型槽外压强度检验方法，分析了U 型槽外压强度不合格现象的成因，并提出了质量控制措施。

2 检测方法

采用反力架、三分点加载检验法，检验方法详见图1。试件准确安装就位后开始加荷，加荷速率不超过1 kN/min。外压破坏荷载值按下式计算：

式中：F—破坏荷载值（kN）；

F0—（上梁+中梁+小梁+千斤顶）自重（kN）；

L—槽身实际受压长度（m）；

P外—外压破坏荷载值（kN/m）。

外压荷载试验的判定标准如表1。

表1 U 型槽外压荷载标准值

3 U型槽质量问题成因

影响U 型槽质量的因素，主要可分为人员因素和技术因素。其中人员因素主要有：管理者管理意识的强弱，生产者技术水平高低、经验积累情况等。技术原因主要有：混凝土配合比，包括原材料的优劣；成型机器质量及成型过程的控制；构件成型后的养护；断面尺寸等。本文主要对生产时的技术因素进行阐述和分析。

3.1 原材料

水泥。水泥的优劣直接影响着混凝土的强度，若使用劣质水泥，则构件成型后容易产生起皮、开裂、骨料分离等情况，直接影响着U 型槽构件成型后的强度。

粗骨料。粗骨料的粒径及级配也会影响构件成型后的强度。由于U 型槽断面一般较薄（35～55 mm），采用震动压样成型，成型条件较为特殊，若使用较大（或级配不良）粒径的骨料，很可能在构件内部由于大颗粒的空隙得不到有效填充而产生架空结构，这势必会影响构件的强度。

粗、细骨料的含泥量。骨料中的含泥量大小不单对混凝土的强度有影响，而且对混凝土的耐久性也有很大的影响。骨料含泥量过大，会降低混凝土骨料界面的粘结强度，降低水泥浆对粗骨料的握裹力，降低水泥与碎石间内摩擦力，从而降低U 型槽构件强度。

3.2 混凝土配合比

水胶比。水胶比选择过大时，会造成拌和物粘聚性和保水性不良，导致拌合物离析现象严重，会影响构件成型时的外观质量和成型后强度。

砂率。混凝土拌合物的和易性随着砂率的增大而增加，但砂率过大，当水泥浆不足以包裹骨料表面时，则混凝土的粘聚性下降，从而造成U 型槽构件强度过低。

配合比设计方法。由于U 型槽在成型时采用的是震动压样成型，所以在进行配合比设计时，若完全依照一般混凝土配合比进行设计，就会使设计成果和现实情况脱节。

3.3 成型机器及成型过程控制

生产机械。有些厂家选用的为无液压系统机械，或震动系统提供的振幅太低，无法将混凝土拌合物中的空隙有效压缩，成型后的构件密实性很差，其强度也很低。

成型过程的控制。构件成型时，若震动时间太短，则混凝土不能得到有效振密，影响构件的密实性；而震动时间过长，会造成以粗颗粒下沉为主要表现的离析现象。离析现象严重的，会导致混凝土产生大量蜂窝，严重影响其强度。

3.4 混凝土构件养护

混凝土之所以能逐渐凝结硬化，主要是因为水泥水化作用的结果，而水化作用则需要适当的温度和湿度条件。在夏天或天气较干燥时，由于U 型槽属薄壁构件，混凝土中水分会很快蒸发，使已形成凝胶体的水泥颗粒不能充分水化，不能转化为稳定的结晶，缺乏足够的粘结力，从而严重影响构件的强度。在冬季，特别当温度降低到0℃时，存在于混凝土中的水有一部分开始结冰，水泥水化作用基本停止，强度就不再增长，甚至产生混凝土冻害。

3.5 U 型槽断面尺寸

U 型槽在外压荷载的作用下，破坏形式为混凝土弯拉破坏，通过材料力学理论方法，可以得到破坏截面上的总应力为：

式中：σt外——破坏截面上的总应力（MPa）；

b—槽底厚度（m）；

f—单位长度荷载（kN/m）；

H— 槽深（m）。

通过上式可以看出，U 型槽是否破坏，不仅与荷载有关，和槽底厚度、槽深也密切相关。

根据表1的各外压破坏荷载，可以计算出各型号和槽深下需要的槽底最小厚度（见表2）。

4 生产控制措施

针对以上原因产生的U 型槽质量问题，可采用下列措施控制：

（1）严格控制原材料质量。水泥进场后，应按批次进行检验，水泥在出厂3个月后，不得用于生产U 型槽构件。控制粗骨料的粒径，若粗骨料存在超径现象，应进行筛分后再用于生产。由于一般的生产场地中无骨料清洗设备，因此对含泥量太大的粗、细骨料，应杜绝使用。

（2）选择适当的混凝土配合比。为保证构件强度，配合比中的水胶比、砂率不宜过高。此外，由于室内试验得出的配合比和现实情况可能存在脱节的现象，生产厂家在拿到配合比设计报告后，应进行试配，根据实际情况对配合比进行适当调整。

冬季生产，还可以根据3个方面进行配比优化：选择早强硅酸盐水泥，该水泥水化热较大，且在早期放出强度最高；尽量降低水灰比，稍增水泥用量，从而增加水化热量，缩短达到龄期强度的时间；掺加早强外加剂，缩短混凝土的凝结时间，提高早期强度。

（3）选用合适成型机械，并保证震动时间。用于生产U 型槽的机械，应具有液压装置和震动装置，以利于拌合物中的空隙得到有效压缩。此外，选用带有排水排气孔的模具可以使拌合物中的空气在压力作用下更容易排出，同样可增强U 型槽的密实性。U 型槽在成型时，应保证其震动时间在合适的范围内；根据统计，成型过程以60～90 s为宜，成型时，宜边填料边震动。

（4）加强构件成型后的养护工作。在夏季及天气较干燥的时候，主要做到勤洒水。在冬季，若U 型槽放置在室内，可采用火炉加热的方法进行养护；若U 型槽放置在室外，应选用毛毡、草帘等保温材料进行覆盖，防止混凝土冻害的产生。

（5）保证槽壁厚度。在U 型槽的制作中，可根据表2选择合适模具，以控制槽壁厚度，从而避免U 型槽产生由于槽壁太薄而产生的不合格现象，同时也可以避免由于槽壁太厚而产生的浪费。