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1、17重庆大学本科学生毕业设计（论文）译文 贴渗水布的模板对混凝土表层物理性能的影响 Metin Arslan嘎子大学, 技术教育学院, 建筑教育系, 66500 安卡拉, 土耳其摘要：本次试验主要是对排水孔上附有不同衬垫的模板成型的混凝土其表层物理性能的研究。试验中准备了9个成型混凝土的模具，其中包括3个普通模具和6个有排水孔的模具。6个透水模板中有3个贴有型土工布+麻，剩余的3个贴有型土工布。孔隙率，用回弹仪测得的表层强度，拉伸强度，碳化，氯离子渗透性，吸附力和耐磨损性的测试都是通过测定3种不同模具成型的混凝土砌块来得到的。通过观察得到贴有型土工布的模具成型的混凝土其表层物理性能明显优于普通
2、模板成型的混凝土和贴有型土工布+麻的模具成型的混凝土。关键词：模板；混凝土；洗盘衬垫1.引言 模板布其最基本的作用就是支撑新拌混凝土，成型和使混凝与表层光滑，同样也会影响混凝土表层的耐久性1。正如我们大家都知道的一些因素如：（a）模板表面形态；（b）混凝土的搅拌和浇注；（c）成型与结合部位对混凝土表面缺陷有重要影响2。混凝土保护层保护混凝土的钢筋不被环境中的有害物质侵蚀，并且任何一个混凝土构件的表层质量是决定该构件长期耐久性的一个关键因素3。对于钢筋混凝土构件而言，混凝土拌合水是影响其使用寿命的一个重要因4。钢筋的腐蚀是由于氯离子通过一些入口被引诱进入未被侵蚀的混凝土中造成的，例如除冰盐穿过混
3、凝土保护层进入内部而破坏钢筋正常的的钝化氧化保护膜5,6。在大多数的暴露环境中，钢筋混凝土破坏的风险主要来自于钢筋碳化加强造成的腐蚀7,8。碳化会使钢筋覆盖区的混凝土的整体PH降低，最终导致钢筋去钝化以及随之而来的一系列的腐蚀9。大多数的关于提高混凝土的表层性能的研究都集中在受控渗透性模板布上面。在这些试验中，研究者在模板上砖取了排水孔并且在其表面贴上了一层纺织衬垫。受控渗透模板相比于普通模板其成型的混凝土具有以下特点：气孔数降低了20倍以上；由施密特锤测得的表面硬度增加了70以上；碳化穿透深度降低4倍以上；氯离子渗透深度降低5倍以上10,11。当然，本方向的其他研究也发现使用Zemdrain
4、作为模板不也可用来提高混凝土的表面性能12,13。由于这些原因，混凝土表层的渗透性对于混凝土的耐久性而言是非常重要的。本试验的目的旨在研究带衬垫垂直的可渗透模板对混凝土表层性能的影响。2.试验2.1.试验原材料与样品制备在本次研究中会使用到如下的材料：骨料：天然砂和碎粗骨料（最大粒径为10mm的小石子，和最大粒径为20mm的大石子）。水泥：类波特兰水泥14。木材模板：密度为0.397g/cm3、年轮宽度为5.69mm的黑质木材15。模板表面衬垫：重量为500g/m2的型土工布（无纺布），拉伸强度为1200N，56%的破断伸长率，贯入阻力为915N；重量为130g/m2的含麻的型土工布，拉伸强度
5、为208N，15%的破断伸长率，不掺麻时的贯入阻力为190N16。拌合水：纯净水。用图1.所示的模板成型9个混凝土砌块，其中用三个3个没有渗水衬垫的模板成型混凝土砌块用作比对的标准。在剩余的6个模板表面制作渗水孔。渗水孔按4mm的直径和100mm的间距砖取在模板的两侧17。在这6个制作了渗水孔的模板中，3个贴含麻的型土工布衬垫，另外3个贴型土工布衬垫。 在1m3的混凝土中，水泥的比重为380Kg，天然砂为737Kg，最大粒径为10mm的粉碎粗骨料416Kg，最大粒径为20mm的粗骨料为529Kg，水227Kg18。拌合物的坍落度、氯离子含量、PH值、28天立方体抗压强度分别为：160mm、0%
6、、12.3、22N/mm2。所有的砌块都是有同一批混凝土浇注成型而得。模板内的混凝土由直径为25mm的插入式振动棒振捣密实。浇注成型24小时后拆掉模板，混凝土放在室温为222、相对湿度为95%的养护室里养护28天。（A-A横截面）（侧面图）（渗水孔）（正视图）（俯视图）A图1.混凝土砌块成型模板2.2.试验方法孔隙率、用回弹仪测得的表层强度、拉伸强度(POF)都是直接通过对混凝土砌块测量得到的。此外，在混凝土砌块养护完成以后，分别从每个砌块上面钻取：3个圆柱体试块（直径为50mm）用来做吸水速率试验、3个圆柱体试块（直径为100mm）用来做氯离子渗透试验（CL）、3个圆柱体试块（直径为100m
7、m）用来做碳化试验(CO2)、3个圆柱体试块（直径为100mm）用来做磨损试验(AB)。从做磨损试验的圆柱体试块中，切取尺寸为70.770.740的棱镜用来做耐磨耗性试验。测试的样品其在混凝土砌块上的分布于示图2.。用来做氯离子渗透性试验用来做磨损试验用来做碳化试验用来做拉伸试验用来做吸水试验用来做气孔测量试验气孔测量区域图2.测试的样品其在混凝土砌块上的分图用来做碳化和氯离子渗透性试验的试块需要进从砌块上取下小的圆柱体样品来分析，以确定做碳化和氯离子渗透性试验时的阻力。如图3.所示，取下的样品分别是在砌块的5mm，10mm，20mm，35mm深度处钻取5个点，所使用的钻头的大小分别为：10m
8、m、8mm、6mm、4mm。试验研究时间表列于表1.中。2.2.1.孔隙测量如图2.所示的那样，每个混凝土砌块选择一个相应的代表区域（200mm200mm）。每个区域的气孔都被复刻在透明的纸上。复刻到纸上的孔用卡尺来测量孔径大小。试验中用一下公式计算混凝土表面的孔隙率19：孔隙率（%）=Hi：孔的深度；Vi：孔的高度；i：1,2,3.n（单位区域内孔的数量）环氧涂层孔孔的俯视图砌块表面 孔的A-A横截面图3.在圆柱体试块上做碳化和氯离子渗透试验的孔的具体位置2.2.2.用斯密特锤测混凝土的表层强度 在每个混凝土砌块的相关区域，选择水平的三条线（如图2.所示）。在一条线的十个不同的点上，斯密特锤
9、（N34型）按照 BS. 1881. Part 20220分别测量7天、14天、28天强度。通过以上我们会发现在每个特定区域内有30个点，在个混凝土砌块上面有90个点。2.2.3.拉伸强度试验拉伸试验是通过在每个混凝土砌块表面以下10mm深的地方粘6个圆盘，然后根据BS. 1881. Part 20721在28天测量而进行的。粘在混凝土表面的圆盘是由钢制作的，其直径为50mm厚度为21mm。圆盘是通过树脂而粘贴牢固的。使用了一个千斤顶系统来做拉伸强度试验。试验的千斤顶是通过波登压力表来读数的，其测量范围为0-40KN，精度为0.6%。表1.试验研究表模板类型个数样品种类个数试验种类1.普通模板
10、3切块表层区域砌块表层取点在砌块上（POF）9270空隙测试表层回弹强度表层拉拔强度2.贴型土工布+麻的模板3在砌块上（POF）小芯块（CO2）小芯块（CO2）小芯块（CO2）小芯块（CO2）小芯块（CO2）小芯块（CO2）芯块（SOR）棱镜芯块（AB)1818121212121212910mm处拉拔强度第4周碳化测试第14周碳化测试第120周碳化测试第4周氯离子渗透第14周氯离子渗透第120周氯离子渗透吸附性试验耐磨性试验3.贴型土工布的模板32.2.4.吸水性试验吸水性试验的试块使其在室温为222、相对湿度为505%实验环境中干燥。直到连续两天称量得到的重量是恒重的。用来实验的试块将其成型
11、面浸没在浅水浴中，调整水位使得试块被浸没的深度为5mm。分别在实验开始后的以下时间测量试块的重量：5、10、20、30、60、90、120、180、960、1440、4320和11520分钟22。试验中用以下公式计算吸水速率23： 其中：S为吸水速率（mm/min1/2），V为单位体积吸水量（mm3/mm2），t为经过的时间（min）。2.2.5.氯离子渗透试验从混凝土砌块上面取下的用来做氯离子渗透试验的试块，在除其成型面以外的其它面上都涂上环氧树脂。将经过以上处理的试块按成型面向上放在一个平面上。然后，每周在其表面喷洒5%的NaCl溶液，按这样的频率持续120周。按照前面所述的分别在第4、1
12、4、120周的时候从试块上面取小样品（如图3.所示）。按照TS3732，通过测定小样品上面的氯的含量，然后表示为氯占混凝土的百分含量24。2.2.6.碳化试验从混凝土砌块上取下来的试块，在除了其成型面以外的其它面上都涂上环氧树脂，这些试块用来做CO2渗透测试。CO2渗透测试是在一个相对湿度为505%、室温为202、CO2含量为4%（按体积计算）、在标准大气压的试验腔内完成的（13）。将这些成型面没有涂环氧树脂的实况放在以上试验腔内120周。分别于第4、14、20周的时候取下如图3.所示的小样品。以TS616625作为标准来测定小试块的PH值，从而确定碳化强度。离表层10mm处环氧树脂环氧树脂轴
13、承套圈在表层轴承套圈钢盘荷载钢盘荷载图4.混凝土砌块拉伸试验的示意图2.2.7.耐磨性试验对于28天龄期后从圆柱体试块上面取下的9个棱镜样品（每个混凝土砌块取3个），耐磨性试验是根据TS69926来完成的。在试验中将用到研磨系统和研磨的粉屑。研磨系统里面有一个钢盘，其直径为75mm，转速为301转/分钟。除此之外，还有一个计数器一个控制杆，它可以给样品施加3003N的力。磨损的粉屑中有70%的Al2O3，其余30%的成分为Fe3O4。棱镜样品的厚度为711.5mm。在实验过程中，将20g的磨屑放在钢盘上面，然后将棱镜样品放在适当的位置并且给其施加3003N的荷载。同时，钢盘旋转22周。然后，将
14、钢盘和样品表面的灰尘清理干净。每次将样品旋转90o重复上述过程20次，由于磨损减少的体积测定为cm3/cm2。用以下公式来计算体积减少量：其中：V为体积减少量（cm3/cm2）；d0为试验前样品的厚度（cm），da为试验后样品的厚度（cm）。3.试验结果及分析通过方差、Duncan检验、图形分析各个试验测得的数据，表2.中给出了方差分析和Duncan检验的结果。3.1.孔隙率 通过观察发现，模板1（普通模板）成型的混凝土的孔隙率最大（0.14%），有渗水衬垫的模板2和模板3成型的混凝土其孔隙率的差别是没有统计学意义的。用普通模板成型的混凝土和用渗水模板不成型的混凝土（表2.）其孔隙率有很显著的
15、差别（在=0.05的水平上）。3.2.用回弹仪测得的表层强度通过试验我们发现，28天回弹值最小（36.23）的是由模板1（普通模板）成型的混凝土，回弹值最大（42.53）的是有渗水衬垫的模板3成型的混凝土（表2.）。由模板1成型的混凝土，其7天、14天都比模板2、模板3 成型的混凝土的强度低，但是，其28天强度却能达到有渗水衬垫的模板2成型的混凝土的强度值。同时，有渗水衬垫模板3成型的混凝土的在各个龄期其强度都是最高的（图5.）。由模板1和模板2成型的混凝土其回弹值是没有差别的，对于由模板2和有渗水衬垫的模板3而言，其成型的混凝土的28天斯密特锤回弹值的差异（在=0.05的水平上）是非常明显的
16、在，有渗水衬垫的模板3成型的混凝土的28天回弹值比模板1（普通模板）高出17%左右。表2.方差分析和Duncan检验的结果试验样品模板类型平均值差异的比较1和21和32和3 孔隙率（%）混凝土砌块的表层10.14S*S*20.0030.02表层回弹值混凝土表层（28天）136.23S*S*236.43342.53拉拔强度（N/mm2）混凝土表层（28天）110.24S*S*212.47312.27拉拔强度（N/mm2）离混凝土表层10mm（28天）16.92S*S*28.5338.33吸附性（mm/min1/2）样芯表面 （11520min）10.079S*S*20.04930.036氯离子渗
17、透性（%）样芯表面（第4周）10.5820.4030.37氯离子渗透性（%）样芯表面（第14周）10.8320.6130.54氯离子渗透性（%）样芯表面（第120周）14.64S*S*23.1233.12碳化（PH）小样品（4周）111.97212.20312.28碳化（PH）小样品（14周）110.77S*S*210.95311.01碳化（PH）小样品（120周）16.43S*S*S*27.3337.92耐磨性（体积减少）所成棱镜表面（28天）136.47S*S*S*229.98323.87S*:平均值之间有很明显的差异（在=0.05的水平上）3.3.拉伸强度从混凝土的28天表层拉伸试验的结
18、果可以看出：模板1成型的混凝土的拉伸强度值最小（10.24N/mm2），有渗水衬垫的模板3成型的混凝土的拉伸强度值最大（12.47N/mm2），由普通模板成型的混凝土与有渗水衬垫的模板成型的混凝土的拉伸强度的差别（在=0.05的水平上）是很明显的。有渗水衬垫的模板3和模板1成型的混凝土的拉伸强度没有明显的统计意义（表2），有渗水衬垫的模板3成型的混凝土的的拉伸强度比模板1高21%左右。根据离表面10mm深的28天拉伸强度测试结果，可以得出：最小的拉伸强度值是模板1成型的混凝土（6.92N/mm2）；拉伸强度最大的是有渗水衬垫的模板3成型的混凝土（8.53N/mm2），模板1（普通模板）成型的混
19、凝土相比于有渗水衬垫的模板成型的混凝土，其拉伸强度的差异（在=0.05的水平上）是非常明显的，有渗水衬垫的模板2与有渗水衬垫的模板3成型的混凝土的拉伸强度的差异没有统计学意义（表2.）。有渗水衬垫的模板3成型的混凝土在离表面10mm处的拉伸强度比模板1（普通模板）相同位置的拉伸强度高20%左右。3.4.吸着力通过实验我们可以发现，吸附值最大的是由模板1（普通模板）成型的混凝土，用普通模板成型的混凝土的吸附值相比于有渗水衬垫模板的混凝土差别（在=0.05的水平上）是很明显的。有渗水衬垫的模板2和有渗水衬垫的模板3成型的混凝土的吸附值的差别（在=0.05的水平上）也是很大的（表2.）。有渗水衬垫的
20、模板3成型的混凝土的吸附值雨模板1（普通模板）低54%左右。回弹仪序号模板1 模板2 模板3 7天 14天 28天图5.不同龄期的表层回弹值3.5.氯离子渗透根据持续120周的氯离子渗透试验的结果可以看出：120周氯离子百分数最大（4.64%）的是模板1（普通模板）成型的混凝土，而有渗水衬垫的模板2和模板3成型的混凝土的氯离子的百分比（3.12%）是相等的，相关数据列于表2.中。如图6.所示，从第4周到120周模板1成型的混凝土的氯离子的到分数均高于有渗水衬垫的模板2和模板3。如表2.所示，在第120周的时候模板1成型的混凝土的氯离子的百分数与有渗水衬垫的模板差别（在=0.05的水平上）是非常
21、明显的。在第120周的时候，有渗水衬垫的模板3成型的混凝土的氯离子的百分数比模板1低32%左右。图6.不同龄期氯离子渗透率 O 4周 14周 120周 氯离子渗透（%）模板1模板2模板33.6.碳化根据120周的CO2渗透测试结果我们可以得到：如表2.所示，120周时PH值最小（6.43%）的是模板1成型的混凝土，PH值最大（7.92%）的是模板3成型的混凝土。如图7.所示，从第14周到第120周混凝土的PH值变得越来越容易辨别。在第120周的时候，模板1成型的混凝土的PH值与有渗水衬垫的模板成型的混凝土的PH值的差别（在=0.05的水平上）是非常明显的。在120周的时候，有渗水衬垫的模板3成
22、型的混凝土的PH值比模板1的高23%左右。 O 4周 14周 120周模板1模板2模板3图7.不同龄期测得PH值3.7.耐磨性 根据28天的耐磨性的实验结果我们可以得到：体积减少最多（36.47cm3/cm2）的是模板1成型的混凝土，造成这种现象的原因是，模板1成型的混凝土相比于有渗水衬垫的模板2和模板3成型的混凝土，其表面的孔隙区域更多，体积减少最少（23.87cm3/cm2）的是有渗水衬垫的模板3成型的混凝土。如表2.所示，模板1成型的混凝土的耐磨性相比于有渗水衬垫的模板成型的混凝土的耐磨性的差异（在=0.05的水平上）是很明显的。有渗水衬垫的模板3成型的混净土在做耐磨性的试验时，其体积的
23、减少量比模板1成型的混凝土低36%左右。4. 总结我们在不同模板成型的混凝土的表面做了孔隙试验、表层回弹强度试验、表层拉伸强度试验、吸附试验、氯离子渗透试验、碳化试验（PH）和耐磨性试验，其中，一种模板没有渗水衬垫，另外两种有渗水衬垫（型土工布+麻、型土工布）。这项研究总的结论是：有渗水孔和衬垫的模板能改善混凝土的表层性能。总之，其可以总结为如下几条：1. 有渗水孔和衬垫的模板成型的混凝土砌块的表面性能比没有渗水孔和衬垫的普通模板成型的混凝土砌块要优越。2. 用型土工布作渗水衬垫的模板成型的混凝土砌块的表面性能比用型土工布+麻作渗水衬垫的模板成型的混凝土砌块优越。3. 用型土工布作渗水衬垫的模
24、板成型的混凝土砌块相比于普通模板其孔隙率降低100%左右、表层回弹强度值提高17%、表层拉伸强度值提高20%、吸附力降低76%、氯离子量少36%、碳化试验后PH值高23%、做耐磨性试验后体积减少量降低36%。本次研究所使用的混凝土的类型，是土耳其建筑结构中应用最普遍的。如果由渗水模板成型的混凝土能更多的运用到实际工程中，这将是非常有价值的。5. 命名法Hi：孔的深度；Vi：孔的高度；i：1,2,3.n（单位区域内孔的数量）S：吸水速率（mm/min1/2）；V:单位体积吸水量（mm3/mm2）；t:经过的时间（min）；V：体积减少量（cm3/cm2）；d0：试验前样品的厚度（cm）；da：试
25、验后样品的厚度（cm）6. 参考文献：1 Anthony WR, Stainer DJ. Concrete high rises offer many cost advantages. Concrete Construction, 1998:452456.2 Arslan M. A study through defining durability factors in the reinforced concrete building elements design. J. Institute Sci.Technol. Gazi Univ. 1995;9 （4） :615630.3 Kreij
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