河道整治工程现浇透水混凝土施工参数优化试验研究

邹 升

(浩乔建设集团有限公司， 江西 南昌 330077)

1 研究背景

在城镇化建设过程中，河道整治成为提高城镇防洪、防内涝能力，强化城区景观效果的重要工程措施，成为城镇地区水利工程建设的重要内容[1]。在传统河道整治工程中，河岸和堤防硬化处理是最主要和最常见的工程模式，但是这种模式注重边坡的强度和稳定性，忽略了河道生态环境建设，会造成河道生态之间的人为隔绝，不利于河道生态环境的保持和优化，甚至还会对河道生态环境造成十分严重的负面影响[2]。因此，在河道整治工程中，不仅要考虑工程措施的耐久性和经济性，还应该注重对生态环境的保护[3]。在这一背景下，透水混凝土铺装日益成为水利工程，特别是河道整治工程中最重要的铺装形式。透水铺装可以打通河道生态系统和水体的有效联结和循环，同时还可以为各种生物营造良好的栖息环境[4]。但是，由于透水混凝土具有孔隙度高、强度相对较低的特点，在长途运输中极易造成损坏。基于此，在河道整治工程现场进行现浇透水混凝土铺装就成为未来的发展方向。基于此，本文通过试验研究的方法，对现浇透水混凝土的施工参数展开优化研究，力求为现浇透水混凝土的工程应用提供有力的技术支持。

2 试验材料与方法

2.1 试验材料

试验用水泥为石家庄上安水泥厂生产的P.O42.5普通硅酸盐水泥。依据GB 175—2007《硅酸盐水泥、普通硅酸盐水泥》对该水泥进行了检验，结果显示各项指标都满足要求，可以用于相关实验[5]。实验用细骨料为河沙，其性能满足相关规范要求；实验用粗骨料为机制碎石，粒径为5～30mm；实验用粉煤灰为热电厂生产的F型Ⅱ级粉煤灰，其性能符合GB/T1596—2005《用于水泥和混凝土中的粉煤灰》中 II 级粉煤灰要求；试验用纤维为聚丙烯纤维，单丝长度为19mm，直径约30μm。实验用减水剂为山东莱芜汶河化工有限公司生产的FDN-AⅡ型高效减水剂；其拌合用水为自来水。

2.2 试验方案

结合现浇混凝土的实际工程经验以及透水混凝土的特点，认为影响透水混凝土力学性质的主要因素为厚度、捣振时长以及坡度，因此在试验中选择上述3个影响因素，采用正交试验的方法对施工工艺展开优化研究[5]。在透水混凝土中，其强度主要来自2个方面，为水泥等胶结材料的黏结作用和粗骨料之间的嵌挤作用。因此混凝土的厚度将对其强度产生较为明显的影响[6]。结合相关研究成果，本次实验设计了10、12、14、16cm 4种不同的厚度；混凝土的捣振时间会对其密实度产生直接影响，结合相关研究成果和工程经验，在研究中设计了3、6、9和12s 4个不同捣振时间；透水混凝土主要用于河道护坡，因此坡度也是重要的影响因素，试验中结合实际需求，设计了1.0、0.8、0.6和0.4 4个不同的坡度。按照上述各影响因素的水平值，设计三因素四水平正交试验方案[7]，见表1。

表1 现浇透水混凝土正交试验方案

2.3 试验方法

为了提高试验结果的准确性，每组方案制作3个试件，并将3个试件的试验结果均值作为该方案的最终试验结果。现浇混凝土采用裹浆法搅拌制作，在混凝土出仓之后，将其装入预先制备好的模板中，然后利用平板捣振器进行捣振，试件成型48h后拆模，然后在自然条件下养护28d，进行试验，养护过程中要对试件的表面覆盖毛毡，每天早晚洒水2次，洒水养护不少于7d。按照试验要求和场地的大小，模板的尺寸为60cm×80cm，厚度按照混凝土的成型厚度水平设计。根据在模板下面设置钢筋支架，保证模板达到试验设计的坡度。

测定混凝土的力学性能必须要按照相关的规范和标准进行，同时需要按照相关的规定严格在操作，确保试验结果的准确性和可靠性[8- 10]。对本次试验而言，其所有的试验步骤均按照DL/T 5330—2005《水工混凝土配合比设计规程》的相关要求进行，试验采用WAW-3000C万能伺服试验机，并记录好相关的试验数据。

3 试验结果与分析

3.1 试验结果

利用上节的试验方法进行所有试件的力学性能试验，并记录相关的试验数据，结果见表2。

表2 现浇透水混凝土力学性能试验结果

由表2中的结果可以看出，透水混凝土的抗压强度和抗折强度会受到混凝土成型厚度、捣振时长以及成型坡度的显著影响。

3.2 试验结果分析

为了对比和分析不同因素对试件的力学性能的影响，研究中首先对试验结果进行极差分析，并根据分析结果获取厚度、捣振时间以及坡度等因素与力学性能指标关系，然后分析获取最佳的工艺参数[11- 15]。限于文章的篇幅，具体分析过程不再赘述。

3.2.1成型厚度的影响分析

根据试验数据以及极差分析结果，绘制成型厚度与透水混凝土28d抗压、抗折强度的关系图，如图1—2所示。

图1 成型厚度与抗压强度关系图

图2 成型厚度与抗折强度关系图

由图1—2可知，透水混凝土试件的抗压强度和抗折强度随着成型厚度的增加呈现出先升高后降低的趋势，成型厚度为12cm时的抗压强度和抗折强度达到了最大值。究其原因，透水混凝土的抗压强度主要由骨料和水泥等胶凝材料之间的胶结作用产生，其抗折强度主要由纤维和胶凝材料的抗拉拔力以及胶凝材料和骨料之间的黏结力产生。当透水混凝土的厚度较小时，其内部仅有层数不多的骨料堆积，纤维、骨料和胶凝材料之间的有效粘结相对较少，因此透水混凝土的抗压和抗折强度相对较低。随着成型厚度的增加，上述有效粘结会显著增多，因此抗压强度和抗折强度均有显著增加。但是，随着厚度的进一步增大，受到试验用捣振设备特性的限制，其内部会出现较多的大孔隙结构，在外界荷载的作用下，极易出现局部的变形破坏，因此抗压强度和抗折强度均呈现出下降的趋势。

3.2.2捣振时长的影响分析

研究中结合试验数据以及极差分析结果，绘制捣振时间与透水混凝土28d抗压、抗折强度的关系图，如图3—4所示。

图3 捣振时长与抗压强度关系图

图4 捣振时长与抗折强度关系图

由图3—4可知，透水混凝土试件的抗压强度和抗折强度随着捣振时长的增加呈现出先升高后降低的趋势，捣振时长为9s时的抗压强度和抗折强度达到了最大值。究其原因，在透水混凝土施工过程中，随着捣振时长的不断增加，混凝土材料之间的密实度会明显增加，骨料之间的胶结作用也明显增强，进而形成了更为良好的整体性，因此其抗压强度和抗折强度均有不同程度的增大。但是，在捣振时长超过9s之后，胶凝材料会随着捣振作用下滑，造成混凝土的上部胶凝材料减少，而下部会出现一定的沉浆现象，进而造成试件抗压强度和抗折强度的降低。因此，在现浇透水混凝土的施工过程中，要合理设计捣振时间，以获取最佳工程效果。

3.2.3坡度的影响分析

研究中结合试验数据以及极差分析结果，绘制坡度与透水混凝土28d抗压、抗折强度的关系图，如图5—6所示。

图5 成型坡度与抗压强度关系图

图6 成型坡度与抗折强度关系图

由图5—6可知，透水混凝土试件的抗压强度和抗折强度随着成型坡度的减小呈现出先升高后降低的趋势，混凝土的成型坡度为0.8时的抗压强度和抗折强度达到了最大值。究其原因，在透水混凝土施工过程中，如果坡度较大，混凝土材料会受到较大的向下重力作用影响，因此捣振过程中会导致胶凝材料的下滑，造成混凝土内部的胶凝材料分布不均，进而影响到其抗压强度和抗折强度。随着坡度的减小，上述现象会明显减弱，因此混凝土的抗压和抗折强度会明显提高。但是，随着坡度的进一步减小，重力对混凝土材料的影响作用会明显减弱，并导致透水混凝土内部骨料之间的胶结作用减弱，抗压强度和抗折强度也会随之减弱。

3.3 优化方案验证

由上文的试验结果可知，现浇透水混凝土施工中的最佳参数组合为厚度12cm、捣振时长9s、成型坡度0.8。显然，该组合并没有出现在正交试验方案中。因此，研究中按照上述参数，在试验材料和方法不变的情况下，重新制作3个试件进行验证研究，具体的验证试验数据见表3。

表3 最佳参数组合验证试验结果 单位：MPa

由试验结果可知，3个试件的抗压强度和抗折强度的均值分别为8.21和2.32MPa，都大于正交试验中的最大值，验证了该组合的技术优势，可以在工程建设中选用。

4 结论

随着经济社会的发展和进步，水利工程建设的生态形要求日益提高。此次研究针对河道水利工程对生态透水混凝土的实际需求，通过室内试验的方法探讨了施工参数对现浇透水混凝土的影响规律，并提出了最优施工参数组合，对现浇透水混凝土在河道整治工程中的推广应用提供了必要的理论支持和试验研究方法方面的借鉴。限于篇幅，本文仅对厚度、捣振时间以及坡度3个因素对生态混凝土强度的影响进行了研究，并没有对透水性和耐久性进行进一步的研究。因此，在今后的研究中，需要进一步探索施工参数对现浇透水混凝土渗水性和耐久性的影响，进一步提高研究成果的理论意义和实践价值。