干湿循环作用下透水混凝土力学性能试验研究

文 星

(巴音郭楞蒙古自治州水利水电勘测设计院，新疆 库尔勒 841000)

1.1 试验材料

此次试验采用的水泥为华鑫水泥有限公司生产的普通硅酸盐水泥，其强度等级为P·O42.5。经测试其主要性能指标满足相关施工规范的要求，可以用于此次研究。

试验用粗骨料为来自某矿山的天然骨料，其粒径范围为10～15 mm。经测试，其堆积密度为1456 kg/m3；
堆积孔隙率为45.6%；
表观密度为2682 kg/m3，吸水率为0.007。

试验用减水剂为聚羧酸高效减水剂，试验用水为试验地的普通自来水。

1.2 试件制作

透水混凝土的配合比设计需要综合考虑骨料的粒径、压实程度并实现力学性能和透水性的平衡。结合试验材料的实际情况和河道用透水混凝土对强度和透水性能的实际要求，试验中透水混凝土的抗压强度不低于18.0 MPa，劈拉强度不低于1.5 MPa，孔隙率为20%。按照上述要求，确定水泥材料用量为332 kg/m3，水92 kg/m3，粗骨料1056 kg/m3。

透水混凝土的制作采用的是SYD-F02-20A强制性单卧轴混凝土搅拌机。为了使水泥浆体能够较好的包裹在骨料的周围，在制作过程中采用水泥裹浆法[1]。首先将水泥倒入搅拌机，加入一半的水，然后搅拌1 min，待水泥完全湿润之后，再加入剩余一半的水，继续搅拌2 min，使水泥浆混匀包裹在骨料上，得到透水混凝土。

目前，实验室透水混凝土主要有插捣成型和振动成型两种成型工艺，鉴于插捣成型的工艺标准难以统一，因此采用振动成型的方式。由于振动成型过程中振动时间过短会导致密实度不足，而振动时间过长则容易导致浆液在底部沉积[2]。因此，在试件成型过程中严格控制好15～20 s的振动时间[3]。将制作好的试件用保鲜膜覆盖后静置24 h脱模，然后在标准养护条件下养护至28 d龄期备用。

1.3 试验方法

干湿循环试验包括浸泡吸水和失水干燥两个过程。为了保证其达到饱和状态，采用全浸泡的吸水方式[4]。试验中的浸泡用水为普通自来水。在浸泡岩石试块过程中需要常温常湿环境，将透水混凝土试块放入水槽加水浸泡24 h[5]。浸泡过程中要使水面高度高于试块，保证透水混凝土试块能够自由吸水。试块的干燥过程中在烘箱内进行，为了防止高温导致混凝土成分失去结晶水从而造成结构改变，需要设置适宜的温度条件[6]。当然，过低的温度会造成干燥时间大幅延长，不利于缩短试验周期[7]。综合上述考虑，试验中将烘干箱的工作温度设定为90 ℃，烘干周期为24 h，进行50次干湿循环后试验结束。在试验过程中要做好试验数据的记录。

2.1 单轴抗压强度

试验中对干湿循环作用下透水混凝土试块进行单轴抗压强度试验，获得不同干湿循环次数下试件的峰值应力[8]。试验参数和抗压强度试验结果如表1所示。由表1可以看出，透水混凝土试样经过干湿循环之后，其单抽抗压强度呈现出先小幅下降后小幅增大再迅速下降的变化特点。具体来看，在干湿循环试验之前，透水混凝土的抗压强度值为19.64 MPa，在经过10次干湿循环之后其抗压强度降低为18.63 MPa，下降幅度为5.14%；
经过20次干湿循环之后，其抗压强度增大到18.98 MPa，增幅约1.88%；
之后抗压强度迅速降低，在50次干湿循环结束之后，透水混凝土的抗压强度值为14.23 MPa，与试验开始之前相比，降低了27.55%，抗压强度的损失十分显著。由此可见，在干湿循环的早期，透水混凝土的抗压强度下降幅度不大，后期下降幅度较大。

表1 单轴抗压强度试验参数和结果

2.2 变形特征

试验中对干湿循环作用下透水混凝土试块进行轴向应变试验，获得不同干湿循环次数下试件的峰值应变。试验参数和峰值应变试验结果如表2所示。由表2可以看出，透水混凝土试样经过干湿循环之后，其峰值应变呈现出先下降后增大再减小的变化特点。具体来看，在干湿循环试验之前，透水混凝土的峰值应变为1.63×10-4，在经过10次干湿循环之后其峰值应变降低为1.58×10-4，下降幅度为3.68%；
经过20次干湿循环之后，其峰值应变增大到1.61×10-4，增幅约1.89%；
之后峰值应变不断变小，在50次干湿循环结束之后，透水混凝土的峰值应变为1.56×10-4，与试验开始之前相比，降低了4.29%。总体来看，透水混凝土的峰值应变与抗压强度的变化规律类似，但是变化的幅度明显偏小。

表2 峰值应变试验参数和结果

2.3 弹性模量

试验中对干湿循环作用下透水混凝土试块的弹性模量进行试验，获得不同干湿循环次数下试件的弹性模量值。试验参数和弹性模量试验结果如表3所示。由表3可以看出，透水混凝土试样经过干湿循环之后，其弹性模量的变化与抗压强度和峰值应变类似，呈现出先下降后增大再减小的变化特点。具体来看，在干湿循环试验之前，透水混凝土的弹性模量为6.42 GPa，在经过10次干湿循环之后其峰值应变降低为6.11 GPa，下降幅度为4.82%；
经过20次干湿循环之后，其弹性模量增大到6.22 GPa，增幅约1.80%；
之后弹性模量不断变小，在50次干湿循环结束之后，透水混凝土的弹性模量为5.42 GPa，与试验开始之前相比，降低了15.57%。

表3 弹性模量试验参数和结果

干湿循环是影响水工材料性能特别是耐久性的重要的环境因素，对干湿循环条件下水工材料性能的变化规律展开研究具有重要理论意义和工程价值。此次研究利用室内试验的方式，探讨了干湿循环对透水混凝土性能的影响，获得干湿循环条件下透水混凝土强度、峰值应变和弹性模量等主要力学参数的变化规律，为透水混凝土的工程应用提供了必要的理论支持。当然，此次研究仅考虑干湿循环这一因素的影响，并没有考虑实际工程条件下温度因素的影响。在今后的研究中，可以将温度因素考虑进来，研究透水混凝土在温湿循环下的性能变化，以更为真实地模拟水利工程的实际。

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