土木工程試驗論文

　　土木工程材料課程試驗是熟悉國家技術(shù)標準，驗證和鞏固所學(xué)理論知識，培養學(xué)生動(dòng)手和創(chuàng )新能力的重要環(huán)節。下面是土木工程試驗論文，為大家提供參考。

　　摘要：以水泥混凝土抗滲試驗為例，針對傳統水泥混凝土抗滲試驗過(guò)程復雜、試件密封困難、試驗成功率不高、試驗結果誤差大等問(wèn)題，在保持現有抗滲儀的試驗機理基本不變的前提下，通過(guò)不斷改進(jìn)和總結，優(yōu)化創(chuàng )新傳統水泥混凝土抗滲試驗儀及其試驗操作，首次提出通過(guò)適當增大混凝土試件尺寸、增加內部預埋引壓管等關(guān)鍵措施，直觀(guān)察看滲水路徑，提高抗滲試驗的成功率。研究成果為土木工程材料課程及其它土木工程課程試與創(chuàng )新提供了參考，值得土木工程材料課程和其它課程教學(xué)借鑒；同時(shí)將為修改和逐步完善現行規范提供技術(shù)支撐，為土木工程中抗滲結構帶來(lái)社會(huì )和經(jīng)濟效益。

　　關(guān)鍵詞：土木工程材料課程；試驗；新型抗滲儀；創(chuàng )新

　　土木工程材料課程作為高等院�！按笸聊尽杯h(huán)境下土木工程、房屋建筑工程、道路工程、橋梁工程等專(zhuān)業(yè)的必修課、基礎課及專(zhuān)業(yè)課，在整個(gè)土木工程教學(xué)體系中起著(zhù)承上啟下的作用[1]。其課程特點(diǎn)實(shí)踐性強、知識體系分散[2]；內容繁雜、學(xué)時(shí)相對偏少[3]。尤其是土木工程材料試驗，它在培養學(xué)生實(shí)踐能力和創(chuàng )新能力方面有舉足輕重的作用[4-5]，既能增加學(xué)生動(dòng)手操作的機會(huì )，加深課堂分散知識體系印象，充分理解理論與實(shí)踐的區別和聯(lián)系，熟悉試驗的目的和意義，又能激發(fā)學(xué)生的創(chuàng )新能力和科研興趣。

　　傳統土木工程材料試驗教學(xué)方法是教師在課堂上講，學(xué)生按照教師的指令一步一步地操作，試驗結束后撰寫(xiě)并提交試驗報告[6]。學(xué)生雖動(dòng)手做了試驗，但獨立思考不夠，積極主動(dòng)性發(fā)揮不出來(lái)，不利于培養學(xué)生的動(dòng)手能力和創(chuàng )新能力[7]。教師必須創(chuàng )新思路，以學(xué)生為主體，充分調動(dòng)學(xué)生的積極性和主動(dòng)性，使學(xué)生理解土木工程材料學(xué)科的基本思維方法，掌握分析手段，提高試驗技能和綜合能力[8]�？萍紕�(chuàng )新分為原始創(chuàng )新和跟蹤創(chuàng )新兩種，技術(shù)上的屬于技術(shù)創(chuàng )新，學(xué)術(shù)上的是知識創(chuàng )新，建設上的是工程創(chuàng )新[9-11]。不少高校教學(xué)計劃中土

　　木工程材料課程理論學(xué)時(shí)較多，試驗學(xué)時(shí)相對偏少，如何在有限的學(xué)時(shí)下合理安排試驗內容，最大限度地提高學(xué)生的動(dòng)手能力和創(chuàng )新能力，值得思考。文章以水泥混凝土抗滲試驗為例，針對現有水泥混凝土抗滲儀的缺點(diǎn)，提出新型水泥混凝土抗滲儀試驗機理，通過(guò)相應的試驗研究和理論分析，重點(diǎn)闡述了土木工程材料課程試驗與創(chuàng )新。

　　一、研究背景

　　抗滲混凝土廣泛使用在水工、水下、水中、地下和其它有抗滲要求的土木工程中（如大壩混凝土、隧道支護混凝土，等等）。根據規范GB―T50082―2009《普通混凝土長(cháng)期性能和耐久性能試驗方法標準》，采用HP-4.0抗滲儀進(jìn)行水泥混凝土抗滲試驗，這一傳統方法沿用至今。長(cháng)期實(shí)踐表明：傳統方法檢測混凝土抗滲性能實(shí)現難度大，耗時(shí)長(cháng)，成功率不高。如何準確判定水泥混凝土抗滲性能仍是一大難題，也成為了試驗檢測儀器設備、手段及相應理論滯后于工程應用。

　　目前國內外對于混凝土抗滲性能的研究有多種試驗方法，其中以傳統水壓力試驗法為主，分為穩定流動(dòng)法（constant flow method）、滲透深度法（depth of penetration method）和抗滲標號法[12-13]。R.P.Khatri and V.Sirivivatnanon 在研究中建立了穩定流動(dòng)法與滲透深度法之間的聯(lián)系，給出了兩種研究方法的選擇標準。究竟采用哪種試驗方法，取決于混凝土的28d抗壓強度F28C與齡期T之間的關(guān)系：

　　2.3（T）2+1.1（F28c）2>10 400時(shí)，采用滲透深度法；

　　2.3（T）2+1.1（F28c）2<10 400時(shí)，采用穩定流動(dòng)法。

　　中國試驗方法現行標準中采用抗滲標號法，即采用現有抗滲儀進(jìn)行抗滲試驗。該方法是滲透深度法的一種特例，特點(diǎn)是比穩定流動(dòng)法和滲透深度法簡(jiǎn)單，適用于工程，但對于科學(xué)研究，該方法的研究數據太少[12]。中國現有抗滲試驗規范頒布超過(guò)20年，存在諸多弊端。在大眾創(chuàng )新時(shí)代，土木工程專(zhuān)業(yè)本科教學(xué)需與時(shí)俱進(jìn)，土木工程材料課程如何試驗與創(chuàng )新是相關(guān)教師和學(xué)生的新課題。新型水泥混凝土抗滲儀的研制及其試驗研究項目，試圖采用獨特思維和技術(shù)路線(xiàn)來(lái)詮釋創(chuàng )新。

　　二、現有抗滲儀及其試驗機理

　�。ㄒ唬┈F有抗滲儀概況

　　按照規范[14]現有抗滲儀由套模（又稱(chēng)“機架試�！保�6個(gè)、臺面、支架、加壓系統、儲水罐和壓力控制系統等組成，利用密閉容器內壓強處處相等的原理進(jìn)行工作，如圖1。

　�。ǘ�）現有抗滲儀試驗機理

　　按照規范[15]現有抗滲儀試驗機理為：抗滲試件以6個(gè)為一組（直徑和高度均為150 mm的圓柱體試件），試件成型后24 h拆模，一般標準養護至28 d齡期進(jìn)行抗滲試驗。試件養護至試驗前一天取出，表面晾干后在其側面涂一層熔化的密封材料（一般為工業(yè)石蠟），隨即將試件壓入經(jīng)烘箱預熱過(guò)的試件套中，稍微冷卻后即可解除壓力，連同試件套裝在抗滲儀上進(jìn)行試驗，如圖2。

　　試驗從水壓為0.1 MPa開(kāi)始，以后每隔8 h增加水壓0.1 MPa，并且隨時(shí)觀(guān)察試件端面的滲水情況。當6個(gè)試件中有3個(gè)試件端面呈現滲水現象時(shí)，即可停止試驗，記錄當時(shí)的水壓。試驗過(guò)程中，如發(fā)現水從試件周邊（試件與機架試模之間的密封帶）滲出，則應停止試驗，重新密封�；炷�土的抗滲標號以每組6個(gè)試件出現滲水時(shí)的最大壓力計算。

　�。ㄈ�）現有抗滲儀及抗滲試驗弊端

　　現有抗滲儀檢測混凝土抗滲性能的實(shí)現難度大、耗時(shí)長(cháng)、成功率不高。具體而言，主要問(wèn)題有以下幾個(gè)方面的問(wèn)題。

　�。�1）試驗程序復雜，密封困難。預制混凝土試件壓入機架試模后，需進(jìn)行密封，密封之前需要將混凝土試件、機架試模等預熱，將工業(yè)石蠟加熱至50～60℃熔化成液態(tài)，再將其滴入混凝土試件和機架試模中間的空隙區域，試圖讓石蠟冷卻凝固后密封空隙，該程序大大增加了時(shí)間和資金成本。   （2）試驗結果誤差大。不能保證試件與機架試模之間完全密封，致使試驗時(shí)壓力水可能從試件與機架試模之間的密封區域空隙滲出。事實(shí)上，在試模中制作水泥混凝土的試件還需經(jīng)過(guò)適當加熱試件、工業(yè)石蠟等環(huán)節，謹慎操作也難以保證絕對成功。水泥混凝土抗滲試模，如圖3。

　�。�3）觀(guān)察滲水路徑比較困難（試驗時(shí)不排除水直接沿密封帶上升至試件頂面，或從薄弱混凝土層滲透至試件表面的虛假滲透現象）。大多數情況僅僅從試件端面觀(guān)察滲水情況。有時(shí)需將試件從機架試模中取出，用壓力機將試件均勻劈成兩半之后才能^察壓力水的滲透路徑，操作難度大。加壓滲水試驗時(shí)，理想密封狀態(tài)，如圖4（1）；密封失效時(shí)，滲水沿著(zhù)密封區域滲漏，如圖4（2）；部分密封失效，滲水通過(guò)密封通道在端部沿著(zhù)混凝土薄弱區域滲水，如圖4（3）。

　　三、新型水泥混凝土研制及其試驗原理

　�。ㄒ唬┬滦退�泥混凝土抗滲儀研制思路

　　基于現有水泥混凝土抗滲儀的種種弊端，新型抗滲儀擬取消機架試模，省略密封環(huán)節，以方便觀(guān)察滲水路徑。

　　怎么樣實(shí)現比較大膽而創(chuàng )新的設想？結合土木工程材料本科課程、現有抗滲儀的機理，課題組成員進(jìn)行了長(cháng)期構思并多次繪制草圖，經(jīng)過(guò)不斷修改、完善，擬定在基本不改變現有水泥混凝土抗滲儀及試驗機理的前提下，適當調整混凝土試件尺寸，在其中心部位預埋引壓管，采用上下顛倒的方式將混凝土試件插入試驗臺中。

　�。ǘ�）新型水泥混凝土抗滲儀試驗流程

　　具體流程為：制造擴大頭和預埋引壓管；用螺栓組裝擴大頭和預埋引壓管，如圖5（1）、5（2）；將組裝后的預埋引壓管和混凝土試模上的鋼片螺栓連接，如圖5（3）；澆筑混凝土（預埋引壓管直接澆筑在混凝土中）；養護28 d后將試件上下顛倒安裝在試驗臺桌上；灌水加壓；觀(guān)察滲水路徑。其中，擴大頭上口為直徑60 mm、高20 mm的喇叭口，下口與預埋引壓管同徑。上口擴大到60 mm目的是增加壓力水滲透面積，高度20 mm目的是在澆筑混凝土之間澆筑一層同配比水泥砂漿作為臨時(shí)模板，防止澆筑混凝土時(shí)水泥漿進(jìn)入預埋引壓管，如圖5（4）；灌水加壓前將預留水管與預埋引壓管接通，加壓后壓力水將從預埋引壓管的擴大頭滲透，從而可以任意從混凝土的上端面、側面薄弱的地點(diǎn)滲透出來(lái)，如圖5（5）。

　�。ㄈ�）新型水泥混凝土抗滲儀試驗機理

　　新型混凝土抗滲儀加壓后，壓力水自擴大頭開(kāi)始，從混凝土中任意薄弱環(huán)節滲透，直至流出混凝土上端面或側面中的任意面；因預埋引壓管和混凝土已牢固澆筑，緊密連接，壓力水不會(huì )從引壓管和混凝土之間的空隙滲透。

　　新型抗滲儀擬采用試件直徑和高均為300 mm的圓柱體，從擴大頭到混凝土的任意表面的距離最短為150 mm，基本滿(mǎn)足規范[15]對最短滲水路徑150 mm的要求。實(shí)際工作中水泥混凝土結構層抗滲相對于抗滲試件來(lái)講是無(wú)限大的，客觀(guān)上將試件尺寸從150 mm加大到300 mm與實(shí)際工程更為接近。試驗效果有待于后續研究工作的進(jìn)展及成果評定。

　　新型抗滲儀取消機架試模，可從混凝土上端面和側面輕松觀(guān)察滲水路徑，能夠實(shí)現除底面外的全方位、多角度觀(guān)測滲水路徑。

　　四、大學(xué)生創(chuàng )新訓練計劃項目申報

　　基于該項目的獨特創(chuàng )意，項目經(jīng)過(guò)小組評審、學(xué)院評審，在校級和省級層層篩選下，脫穎而出。目前已經(jīng)獲批四川農業(yè)大學(xué)大學(xué)生創(chuàng )新訓練計劃項目和四川省大學(xué)生創(chuàng )新訓練計劃項目，項目的獲批為后續研制提供了重要平臺和條件。

　�。ㄒ唬╉椖考夹g(shù)路線(xiàn)

　�。ǘ�）項目進(jìn)展及后續工作

　　目前項目進(jìn)展：完成了實(shí)用新型（專(zhuān)利申請號201610223488.3）和發(fā)明專(zhuān)利（專(zhuān)利申請號201620299957.5）申請，與北京藍航智晟試驗儀器有限公司簽訂生產(chǎn)新型水泥混凝土抗滲儀的合作協(xié)議。四川農業(yè)大學(xué)土木工程學(xué)院制定了采購新型抗滲儀計劃，新型水泥混凝土抗滲儀預計在2016年底投入試驗。

　　后續研究工作：待樣機生產(chǎn)制造成功，按照計劃進(jìn)行新型和現有水泥混凝土抗滲儀對比試驗，（擬采用在建的國道G213線(xiàn)汶川縣境內映秀至汶川的福堂隧道二次襯砌C30抗滲混凝土，隨機抽樣各不少于50組；現有抗滲儀1組6個(gè)試件，新型抗滲儀1組3個(gè)試件）。后續將對抗滲機理進(jìn)行理論分析，利用Pfc等軟件進(jìn)行數值模擬，研究二者的相似性、差異性及新型抗滲儀的可行性。把試驗的重點(diǎn)放在新型抗滲儀的可操作性上，把分析的重點(diǎn)放在新型抗滲儀的可行性上。

　�。ㄈ�）項目的特色與創(chuàng )新

　　從技術(shù)創(chuàng )新方面來(lái)看，無(wú)需密封，能順暢觀(guān)察滲水路徑，試驗簡(jiǎn)單方便；預埋引壓管，壓力水從混凝土試件中部向四周薄弱區域自由滲透，滿(mǎn)足現有規范要求的現有抗滲儀基本尺寸150 mm；取消機架試模，無(wú)四周側限附加壓力限制。

　　從方法創(chuàng )新方面來(lái)看，擬進(jìn)行新型和現有抗滲儀的對比試驗，采用理論公式計算、數值模擬等理論分析方法，多角度多方法論證新型水泥混凝土抗滲儀的可行性。

　　五、討論

　　教師和學(xué)生應熟悉土木工程材料課程及其試驗基本內容，達到融會(huì )貫通。熟悉土木工程材料規范、標準，充分了解規范的本質(zhì)及缺陷，是研制新型抗滲儀、進(jìn)行創(chuàng )新思維的前提條件。

　　從一個(gè)普通抗滲試驗入手思考現有抗滲儀的局限，聯(lián)想到研制新型抗滲儀。這種修改和聯(lián)想創(chuàng )新，遠比某一具體試驗及試驗儀器本身重要得多，也是重要發(fā)明創(chuàng )造的基礎。

　　六、結語(yǔ)

　　如何搞好土木工程材料課程試驗、如何創(chuàng )新，是學(xué)者們長(cháng)期研究和探討的課題。水泥混凝土抗滲試驗儀創(chuàng )新研制，得出如下結論。

　�。�1）土木工程材料課程試驗大多是常規試驗，通過(guò)現有水泥混凝土抗滲儀及相應試驗發(fā)現弊端，開(kāi)啟教師和學(xué)生改進(jìn)思路，進(jìn)而激發(fā)創(chuàng )新興趣。

　�。�2）新型水泥混凝土抗滲儀研制一波三折，但思路新穎，克服了現有抗滲儀密封困難、易從密封區域滲水、不易成功等缺點(diǎn)，通過(guò)在混凝土試件內部預埋引壓管、取消機架試模等改進(jìn)措施觀(guān)察滲水路徑更直觀(guān)，試驗更簡(jiǎn)單。   （3）現有和新型水泥混凝土抗滲儀后續對比試驗（擬對比二者試驗流程、滲水路徑、試驗結果吻合度）有序開(kāi)展，理論分析思路明確，技術(shù)路線(xiàn)方案可行，研究結果值得期待。

　�。�4）擬通過(guò)公式計算、數值分析等理論分析論證現有與新型抗滲儀試驗的抗滲機理，完善新型抗滲儀試驗的理論基礎。

　　新型抗滲儀研制及其試驗研究，研制思路和技術(shù)路線(xiàn)值得延伸和推廣，值得土木工程材料課程及其它課程新型試驗儀的研制及改進(jìn)借鑒，也為土木工程其它專(zhuān)業(yè)課程的創(chuàng )新提供了有益參考。

　　參考文獻：

　　[1]聶憶華，曹?chē)�娥，�?土木工程材料課程“學(xué)促教”教學(xué)模式及效果評價(jià)[J].高等建筑教育，2015，24（6）：108-112.

　　[2]尹健，李益進(jìn).建筑材料教學(xué)改革實(shí)踐[J].株洲工學(xué)院學(xué)報，2014，9（5）：47-49.

　　[3]王信剛，胡明玉，丁成平.土木工程材料課程教學(xué)改革和效果評價(jià)[J].高等建筑教育，2015，24（2）：60-63.

　　[4]李雅文，張云華.高職院校建筑材料試驗室規劃建設探討[J].試驗技術(shù)與管理，2014，31（2）：218-220.

　　[5]李雯霞.建筑材料課程建設中如何培養學(xué)生的職業(yè)核心能力[J].中國教育技術(shù)裝備，2012（2）：59-60.

　　[6]陳紅光，劉東.建筑材料試驗課程教學(xué)改革的探討與實(shí)踐[J].科技教育，2010（7）：175-176.

　　[7]李雅文，張云華.高職院校建筑材料試驗室規劃建設探討[J].試驗技術(shù)與管理，2014，31（2）：218-220.

　　[8]陳兵，吳雪萍，王菁.特色實(shí)驗在建筑材料課程教學(xué)中的應用[J].實(shí)驗室研究與探索，2012，31（6）：156-157.

　　[9] 沈珠江. 采百家之長(cháng)、釀百花之蜜――巖土工程研究中如何創(chuàng )新[J]. 巖土工程學(xué)報，2005， 27（3）： 365C367.

　　[10]巖土工程要注重創(chuàng )新和規劃――訪(fǎng)中國工程院院士王思敬[J].巖土工程界， 2002， 5（8）： 7C8.

　　[11]劉漢龍.巖土工程技術(shù)創(chuàng )新方法與實(shí)踐[J].巖土工程學(xué)報，2013， 35（1）： 34C58.

　　[12]楊成，謝和平等.混凝土抗滲性能研究的現狀與進(jìn)展[J]. 混凝土，2003， 160（2）： 7C11.

　　[13]R.P.Khatri and V.Sirivivatnanon.Methods forthe Determinationof Water Permeabilityof Concrete.ACIMaterialsJournal，Vol.94，No.3.May-june.1997.p257-261.

　　[14]JG/T 249-2009，混凝土抗滲儀[S].北京：中國建筑工業(yè)出版社，2009.

　　[15]GBJ 82-1985，普通混凝土長(cháng)期性能和耐久性試驗方法[S].北京：中國標準出版社，1985.

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