关于水利工程混凝土抗渗方法的试验研究

俞长隆

(水利部新疆维吾尔自治区水利水电勘测设计研究院，乌鲁木齐 830000)

0 引 言

水利工程的建设关乎国计民生，是促进我国农业发展的重要保障。目前，水利工程作为我国基础设施建设中的一部分，在党中央与国家相关部门的高度重视下，其建设取得较大的发展[1]。近几年，随着水利工程建设规模的扩大，水位相应随之增高。面对高质量水利工程建设，其对混凝土的抗渗性能要求更为苛刻。由于混凝土抗渗性能水平的高低可对水利工程使用具有较大的影响。为了提高水利工程混凝土抗渗性能，相关研究者应该引起重视并加大研究力度。

1 水利工程混凝土产生裂缝的原因

关于水利工程的建设，需要使用大量的混凝土，而混凝土由水泥、集料、外加剂、粉煤灰等组成。在混凝土凝集成型这个过程中内部会形成细小的裂缝，为了避免这些细小裂缝对混凝土抗渗性能的影响，需要了解这些来裂缝的产生原因[2]。根据现有水利工程使用，发现经过长时间蓄水、拦水等，加上使用年限的影响，水利工程会出现不同程度的裂缝问题，主要产生的原因如表1所示。为了保证水利工程的使用价值，往往会对工程局部裂缝进行修补，若修补不及时，不但会降低水利工程抗渗能力，还可能对水利工程质量造成严重影响。

表1 水利工程混凝土裂缝成因

2 水利工程混凝土抗渗试验密封方法分析

根据水利工程混凝土裂缝成因的分析，为了提高水利工程混凝土抗渗性能，需要进行一系列的试验操作。目前，关于此类试验方法有许多，而大部分试验需要使用到的抗渗设备为HP-4.0型号的混凝土渗透仪，虽然该设备操作简单，且造价较低，但在抗渗透试验中修需要十分注意混凝土试块与不锈钢膜内壁之间的密封情况[3]。按照《SL352-2006水工混凝土试验规程》，所使用的密封方法有两种，即石蜡加松香密封法与水泥加黄油密封法[4]。由于这两种方法在操作过程中十分费时耗力，并且混凝土材料配比不好掌控，导致密封效果不理想。其中，石蜡加松香密封方法失败后，需要重新制作试件，将拆除的试块留有石蜡的需要清理干净，如此反复操作大大延长了试验的时间，无法保证试验的顺利完成。而水泥加黄油密封法在实际操作中，需要注意水泥与黄油掺和搅拌的时间，而试件在制作完成后需要留有一定的凝固时间，同样在试验中密封失败后会重复拆模与装模，并且试块拆除之后试验模型上留有水泥黄油需要进行清理，如此下来无法保证试验的顺利达成。

为了解决试块与试膜之间的密封问题，需要采用新型的密封方法，经过橡胶套、塑料套等材料与方法的试验，根据表2分析，得到塑料缠绕密封法可满足密封要求。在试验中通过设计简易工装，以此解决试件入模与脱模问题。

表2 水利工程混凝土试件密封方法

3 水利工程混凝土抗渗性能试验

根据以上混凝土试件密封方法的分析，对水利工程混凝土抗渗性能试验展开进一步的研究。在保证操作方法相同的原则下，以普通混凝土为标准，采用塑性混凝土参与此次研究，具体试验内容如下：

3.1 试验材料的选择

采用塑性混凝土，其与普通的混凝土不同，在水利工程中应用比较早。虽然塑性混凝土与普通混凝土材料类似，但存在一定的差别，试验中的塑性混凝土主要包括水泥、凝胶材料、骨料与水胶等[5]。其中，塑性混凝土的水泥用量为80-150kg/m3，这与普通沪混凝土的用量存在一定的区别。而胶凝材料一般为270-360kg/m3，其与国外存在较大的差别，对膨润土与黏土使用量，其占凝胶材料的40%-70%之间，并且随着粉煤灰的掺和，相应的凝胶材料占比增加。集料在塑性混凝土主要分为粗集料与细集料，其中要求骨料最大粒径不能超过20mm，同时与砂石质量相比，≥1∶1。而水胶是为了满足塑性混凝土浇筑与易性的要求，占比一般为0.8-1.3之间。

由于塑料混凝土组成部分配比较多，对于塑像混凝土的渗透原理，大部分研究人员认为与混凝土内部空隙、微裂缝有关[6]。为了防渗方面的考虑，在此次试验塑性混凝土材料选择方面，水泥为P.032.5号普通硅酸盐水泥，粉煤灰为Ⅰ级，粗集料为4.75-26.5mm，细集料为天然中型河沙，水为本城市用水，膨润土为四川生产的纳质膨润土。

3.2 试验操作

3.2.1 混凝土试验试件的制作

根据选定的材料设定混凝土配合比，具体内容如表3。在制作试验试件过程中，需要按照混凝土拌和物室内拌和方法，在搅拌过程中通过利用自动化搅拌设备，避免人为操作使混凝土的性能受到影响。此外，可利用完全自动化搅拌设备，对原材料进行投放顺序的设定，在合理时间段投入原材料，待充分混合之后搅拌。待搅拌之后可将混凝土放入预先准备好的试验模具中，在振动台上进行振捣密实，待抹面水平后放置到常温处24h，之后进行脱模[7]。在这个过程中，若天气温度较低或过高，需要适当延长或缩短脱模时间，可放入标准养护室养护，待达到标准后取出试验。所制作的试验试件6个为一组，可根据研究需要增加数量。

表3 塑性和凝土试验配合比

3.2.2 混凝土试件抗渗性能分析

对制备好的混凝土试件防渗性能的分析，主要采用的设备为HP-4.0型号的混凝土渗透仪，在试验中根据水胶比的不同，制作出三种类型的混凝土试验试件，按照抗渗仪操作要求，对这三种类型试验试件抗渗性能追个分析。具体的试验步骤为：启动抗渗仪，将制作好的试件放入设备中，开通6个试验位置下的阀门，使水可以从6个孔中审出来，充满试位坑，之后关闭抗渗仪。在试验过程中注意水压的调整，从之初的0.1MPa开始调整，隔8h增加一次水压，增加压力为0.1MPa，一共调整三次，持续加压时间为24h。在操作过程中需要注意观察试件的端面情况，若6个试件中有3个出现渗水迹象，则可以停止试验操作，并记下此时水压力与试件的编号。另外，在试验操作过程中，若发现有水从混凝土试件周边渗出来，需要对试件重新进行密封，在密封中注意试件和塑料缠绕膜需要放置在同一平台上，塑料缠绕膜略比试件两端要长，在缠绕过程中将塑料缠绕膜紧贴试件，缠绕厚度以0.6mm为宜。在试验入模前在试件顶部及中部各套一个橡胶止水圈[8]。在入模过程中应注意其放置与试件均匀没入试模中。一次加压法操作完成之后，从试验机器上将试验试件拆下，并使用压力机将混凝土抗渗试块脱模，使用刮刀等工作将其上面的附着物清理干净。 根据以上操作，通过塑性混凝土相对渗透系数公式为：

(1)

式中：Kr为相对参透系数；α为塑性混凝土的吸水率；Dm为平均渗水高度；T为恒压保持时间；H为水压力。通过一次加压法，可大大缩短试验时间。

3.3 试验结果

鉴于水胶比试验配合比例不同，经试验后得出C类塑性混凝土的渗透系数大，而B类次之，A类性混凝土的渗透系数小。这时由于在混凝土拌和过程中，所使用的水胶比越大，相应所需要的水量就越多。而大量水的存在对塑性混凝土结构中胶凝连续性受到影响，相应的塑性混凝土抗渗性能就会随之下降。此外，若水胶比过大，塑性混凝土试件在凝结中自由水会蒸发，致使混凝土内部空隙率变大，相应的参透能力增加。可见，水胶比与混凝土抗渗性能存在一定的影响，在此次试验中A类试件混凝土抗渗性能最佳。在水利工程修建中合理掌握水胶比十分重要，否则将会降低混凝土的抗渗性。

4 结 语

综上所述，混凝土作为水利工程重要的原料，其抗渗性能可直接对水利工程施工质量造成影响。为了提高水利工程中混凝土抗渗性能，通过对水利工程混凝土抗渗方法试验研究分析，了解水利工程混凝土产生裂缝的原因，通过一系列的试验操作，得出随着水胶比塑性混凝土渗透系数增加，相应的抗渗性能降低。只有合理掌握混凝土中水胶比比例，可确保水利工程建设质量。