淺析渠道襯砌混凝土板裂縫成因及處理方法

白登剛

摘 要：本文結(jié)合南水北調(diào)中線一期工程安陽(yáng)段第四施工標(biāo)段渠道混凝土襯砌施工過程的總結(jié)，對(duì)薄壁渠道襯砌混凝土板裂縫產(chǎn)生的原因、裂縫的預(yù)防措施和裂縫的處理方法做出闡述。

關(guān)鍵字：渠道 裂縫防治 干縮裂縫

中圖分類號(hào)：U215 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1672-3791（2014）02（c）-0204-02

裂縫在混凝土結(jié)構(gòu)物施工中始終一個(gè)無(wú)法回避的問題，因其產(chǎn)生原因復(fù)雜，涉及到結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、材料選取、配合比設(shè)計(jì)、施工工藝等諸多因素。與一般混凝土結(jié)構(gòu)裂縫相比，大面積薄壁襯砌混凝土裂縫有共性，也有其獨(dú)特性。

1 工程概況

南水北調(diào)中線一期工程安陽(yáng)段第四施工標(biāo)段渠道襯砌全長(zhǎng)3277 m。渠道采用倒梯形斷面，設(shè)計(jì)渠底寬度為18.5 m，渠道開口寬50 m，渠道邊坡坡度為1∶2，渠底縱向比降為1/28000，混凝土設(shè)計(jì)標(biāo)號(hào)為C20（W6F150），渠坡襯砌混凝土板厚10 cm，渠底襯砌混凝土板厚8 cm。混凝土板以下結(jié)構(gòu)層依次為：復(fù)合土工膜、2 cm（2.5 cm）厚聚苯乙烯保溫板、5 cm粗砂墊層、原土基面?；炷涟蹇v、橫向以4 m設(shè)一道分縫，通縫與半縫間隔布置，縫寬2 cm、半縫深6 cm，通縫貫穿板厚，縫底填充閉孔泡沫板，表面2 cm填充雙組份聚硫密封膠封縫。

2 渠道襯砌混凝土裂縫產(chǎn)生原因分析

在渠道混凝土襯砌施工過程的不同階段，有不同表現(xiàn)性狀的裂縫出現(xiàn)。通過對(duì)裂縫出現(xiàn)的部位、時(shí)間、長(zhǎng)度、寬度、深度以及走向分析，主要從以下幾種裂縫類型方面做出深入研究。

2.1 塑性收縮裂縫

塑性收縮裂縫就是常說的龜裂，是指襯砌面板混凝土在凝結(jié)前，受氣溫、光照、風(fēng)速、環(huán)境濕度等因素的影響，表面迅速失水而產(chǎn)生收縮，導(dǎo)致混凝土表面形成形狀規(guī)則不一、長(zhǎng)短不等、互不連貫的細(xì)微裂縫。此種裂縫一般在襯砌混凝土澆筑后的2～3h出現(xiàn)，尤其是當(dāng)環(huán)境氣溫較高，風(fēng)速較大，空氣較干燥時(shí)最容易出現(xiàn)。歸結(jié)到施工的主觀方面的原因，主要是因?yàn)樵谝r砌混凝土澆筑施工時(shí)，在人工收面完成后未能及時(shí)采取措施對(duì)混凝土表面進(jìn)行覆蓋處理，在經(jīng)過風(fēng)吹、陽(yáng)光直曬的過程中，混凝土面板表面游離水分蒸發(fā)過快而產(chǎn)生收縮應(yīng)力，表面混凝土強(qiáng)度不能抵御這種收縮應(yīng)力而產(chǎn)生裂縫。

2.2 干縮裂縫

干縮裂縫是由于混凝土在強(qiáng)度發(fā)展過程中，內(nèi)外水分蒸發(fā)程度不同而導(dǎo)致內(nèi)外變形不均勻而產(chǎn)生應(yīng)力，當(dāng)這種應(yīng)力積聚到混凝土表面抗拉強(qiáng)度不能抵抗時(shí)，混凝土表面就會(huì)出現(xiàn)裂縫。干縮裂縫一般出現(xiàn)在混凝土襯砌施工完成后的15天左右或混凝土養(yǎng)護(hù)期結(jié)束之后。渠道襯砌面板干縮裂縫的分布無(wú)規(guī)律，長(zhǎng)短不等，大多與襯砌面板切縫帶呈平行走向，縫寬一般不超過0.2 mm，縫深通常不超過板厚的1/3。干縮裂縫的產(chǎn)生通常跟施工環(huán)境的溫度、濕度、混凝土的成份、水泥的用量、混凝土的水灰比、外加劑的種類和用量、混凝土的入倉(cāng)溫度以及混凝土的養(yǎng)護(hù)條件有關(guān)。

2.3 沉陷裂縫

沉陷裂縫通常是由于結(jié)構(gòu)物基礎(chǔ)的不均勻沉降引起的，對(duì)于渠道襯砌混凝土施工來說，由于局部渠床基面超挖后回填土的壓實(shí)度未達(dá)到設(shè)計(jì)和規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)、砂墊層壓實(shí)度和平整度不符合要求、保溫板和土工膜鋪設(shè)時(shí)存在懸空和鼓包等情況，導(dǎo)致相應(yīng)區(qū)域襯砌混凝土面板沉降與周邊不同步而產(chǎn)生拉應(yīng)力，該拉應(yīng)力超出了混凝土的抗拉強(qiáng)度而產(chǎn)生裂縫。在渠道襯砌面板上，沉陷裂縫往往成片出現(xiàn)，縱橫交錯(cuò)，呈網(wǎng)狀形態(tài)，有些縫有滲水情況，表明裂縫深度已貫穿混凝土板。此種裂縫對(duì)渠道防滲功能影響較大。

2.4 堿骨料反應(yīng)裂縫

堿骨料反應(yīng)裂縫是由于襯砌混凝土在拌和時(shí)產(chǎn)生的堿性離子，在混凝土澆筑后與其他骨料中的活性成分產(chǎn)生化學(xué)反應(yīng)而引起混凝土內(nèi)部體積膨脹，造成襯砌混凝土面板表面開裂。這種裂縫，往往在其兩側(cè)存在掉塊現(xiàn)象。引起混凝土堿骨料反應(yīng)的因素，首先是作為混凝土原材料的水泥、砂石骨料、外加劑和拌合水中的含堿量較高；其次是混凝土骨料中含有一定數(shù)量的活性成分。

2.5 溫度裂縫

在施工環(huán)境因素一定的情況下，混凝土的出機(jī)口溫度和入倉(cāng)溫度對(duì)裂縫的產(chǎn)生也起到很大作用。在混凝土澆筑過程中和澆筑完成后，隨著水泥水化過程會(huì)產(chǎn)生大量水化熱，使混凝土內(nèi)外產(chǎn)生較大溫差，從而形成溫度應(yīng)力，混凝土表面在溫度應(yīng)力作用下產(chǎn)生裂縫。尤其是在夏季施工，在氣溫達(dá)到37 ℃的情況下，如果砂石骨料在露天堆放，其表面溫度會(huì)達(dá)到50 ℃左右，導(dǎo)致混凝土出機(jī)口溫度能接近30 ℃，更將導(dǎo)致混凝土內(nèi)部溫度的升高。

3 渠道襯砌混凝土裂縫的預(yù)防措施

3.1 原材料方面

影響混凝土抗裂性能的一個(gè)重要因素是混凝土粗細(xì)骨料的顆粒級(jí)配，所以選擇具有良好粒徑級(jí)配組成的料場(chǎng)和骨料來源很重要。保證良好的骨料級(jí)配能極大的提高混凝土料的和易性和澆筑密實(shí)度，有效的降低混凝土的內(nèi)部孔隙率，在保證混凝土強(qiáng)度的同時(shí)，減少水泥用量，降低水化熱，從而有效的降低干縮裂縫出現(xiàn)的幾率。

原材料的選擇還要充分考慮到控制混凝土的總堿含量，也就是控制混凝土中水泥、粉煤灰、外加劑等集料的含堿量總和，這樣才能有效防止混凝土堿骨料反應(yīng)。按有關(guān)文獻(xiàn)的理論分析和實(shí)際施工實(shí)踐，渠道襯砌混凝土用水泥的堿含量一般不宜大于0.6%，宜采用低堿普通硅酸鹽水泥；粉煤灰堿含量不宜大于1.5%，外加劑堿含量要控制在10%以下。

3.2 混凝土配合比方面

在混凝土配合比設(shè)計(jì)中水灰比的選用要盡量控制好，水灰比越大則混凝土澆筑后干縮量越大，因此，合理的水灰比對(duì)控制混凝土的干縮有很重要的作用。同時(shí)，為了降低混凝土水化熱，推遲混凝土熱峰的出現(xiàn)時(shí)間，建議在拌合物中可摻加合適的減水劑、增塑劑、緩凝劑等外加劑，以改善混凝土拌合物的流動(dòng)性和保水性。需要注意的是有些外加劑會(huì)增大混凝土干縮性，要避免使用。

3.3 溫度控制endprint

為了控制混凝土因水化熱而產(chǎn)生裂縫，需要將混凝土入倉(cāng)溫度控制在合理范圍之內(nèi)?？刂苹炷脸鰴C(jī)口溫度可以從控制骨料溫度、控制拌合水溫度和選擇低氣溫時(shí)間施工三個(gè)方面著手。粗細(xì)骨料降溫可以采用搭設(shè)遮陽(yáng)涼棚和撒水降溫的方法；拌合水降溫可以采取抽取深地下水或者在拌合水中加冰塊的方法；選擇低溫時(shí)間施工顧名思義就是避開白天氣溫較高的時(shí)段，選擇在夜間施工。通過以上方法能夠有效的將混凝土出機(jī)口溫度和入倉(cāng)溫度控制在合理范圍，能夠有效的控制溫度裂縫的產(chǎn)生。

3.4 保證混凝土的養(yǎng)護(hù)

渠道襯砌面板混凝土養(yǎng)護(hù)是整個(gè)襯砌施工過程中必須要重視的環(huán)節(jié)。渠道面板的壁薄、面積大的特點(diǎn)決定了其混凝土表面在高溫、強(qiáng)光照、有風(fēng)條件下更容易、更快速的失水。所以在渠道面板混凝土收面之后面干之前要及時(shí)噴水并覆蓋養(yǎng)護(hù)膜或棉布，也可以噴涂混凝土養(yǎng)護(hù)劑以封閉混凝土表面水分散失通道，起到防止塑形收縮裂縫的產(chǎn)生。

3.5 沉陷裂縫預(yù)防措施

為保證邊坡的壓實(shí)度，防止漏壓，在渠堤填筑時(shí)沿渠坡邊線超填寬度不小于50 cm，并保證填筑渠堤在混凝土襯砌時(shí)的沉降期不小于3個(gè)月，減少渠堤沉降對(duì)后期混凝土面板的沉降影響。為保證基礎(chǔ)面平整度，自渠道開挖時(shí)，預(yù)留保護(hù)層防止超挖。保護(hù)層開挖采用削坡機(jī)進(jìn)行，以控制坡面高程。

3.6 面板切縫

渠道混凝土面板切縫能及時(shí)有效的釋放板內(nèi)積累的各種應(yīng)力，避免面板表面產(chǎn)生應(yīng)力裂縫?；炷撩姘迩锌p應(yīng)在混襯砌凝土抗壓強(qiáng)度達(dá)到1～5 MPa（春、秋季節(jié)澆筑后約36 h后，夏季澆筑后約24 h后）時(shí)進(jìn)行，不宜過早或過晚。若切縫過早，混凝土強(qiáng)度不足，切割機(jī)切片會(huì)擾動(dòng)混凝土內(nèi)集料的結(jié)合，同時(shí)周邊也可能受震動(dòng)而產(chǎn)生裂縫；若切縫過遲，則混凝土面板容易因應(yīng)力集聚而導(dǎo)致混凝土板裂縫?；炷燎锌p要根據(jù)外界環(huán)境的變化及時(shí)調(diào)整，預(yù)防因切縫時(shí)間過晚而產(chǎn)生裂縫。

4 渠道襯砌混凝土裂縫處理方法

渠道襯砌面板裂縫的處理要在保證面板整體性和防滲漏要求的基礎(chǔ)上，兼顧處理的可靠性、美觀性和經(jīng)濟(jì)性。根據(jù)裂縫的寬度以及修補(bǔ)材料的不同特性，大體可以采取表面涂抹修補(bǔ)法和鑿槽嵌縫封堵法兩種方法處理。

4.1 表面涂抹修補(bǔ)法

表面涂抹修補(bǔ)法是一種常見的修補(bǔ)方法，常用于穩(wěn)定的、對(duì)結(jié)構(gòu)承載力和外觀沒有影響的表面裂縫。渠道襯砌混凝土面板有整體性和防滲性的要求，采用水泥基滲透結(jié)晶型防水材料能夠很好的做到這兩點(diǎn)。

以裂縫寬度為處理標(biāo)準(zhǔn)：如縫寬>0.2 mm，需提高防水材料的性能，例如：可采用水泥涂抹的方式，即：水泥基滲透結(jié)晶型防水，做好滲透結(jié)晶材料的防水處理工作，如此，通過水泥隔斷外界水源，一方面保證原混凝土本身的穩(wěn)定性；另一方面借助防水材料的滲透特性，修補(bǔ)或填塞縫隙，實(shí)現(xiàn)有效的防水；縫寬區(qū)間在0.2～0.4 mm之間的，還需重點(diǎn)考慮修補(bǔ)失效問題，為防止裂縫自身原因造成的影響，可在水泥基處涂抹柔質(zhì)特性的防水原料，即：水泥基柔性防水材料，提升表面的防水性能。

（1）材料原理與性能。

①水泥基柔性防水材料：屬于高聚物改性、雙組份的防水材料，改善水泥基剛性防水材料的抗拉強(qiáng)度、提升抗沖擊的能力。對(duì)比傳統(tǒng)的水泥砂漿，在強(qiáng)度、韌性上具備絕對(duì)的優(yōu)勢(shì)，而且還可表現(xiàn)出粘結(jié)、耐酸堿的特點(diǎn)，最主要的是其抗?jié)B透性和低溫固化有明顯的提高。利用物理與化學(xué)相結(jié)合的方式，達(dá)到涂抹修補(bǔ)的效果，如：利用防水涂膜的特性，應(yīng)用在水泥表面修復(fù)方面，即可體現(xiàn)防水、高粘結(jié)的特性。

②水泥基滲透結(jié)晶型防水材料：最明顯的特點(diǎn)是剛性度高，第一，能夠?qū)崿F(xiàn)自我修復(fù)，表現(xiàn)修復(fù)的獨(dú)特性；第二，能夠保持一定的活性，促使防水特性持續(xù)保持，不會(huì)釋放有毒氣體。其防水原理為：充分與涂抹中的水分結(jié)合，發(fā)生化學(xué)放映，激活材料中的化學(xué)物質(zhì)，其可自由運(yùn)動(dòng)到混凝土的裂縫空間，進(jìn)而冷卻凝結(jié)，最終形成結(jié)晶體，聚集在裂縫處，達(dá)到修補(bǔ)的效果，由于已經(jīng)受水分作用，固最終物體不會(huì)在受首份影響，還可體現(xiàn)較強(qiáng)的防水性。

（2）施工方法。

第一，水泥基滲透結(jié)晶型防水材料。

①防水基面預(yù)處理：確?；娴臐崈舳龋苊馔饨缁覊m、漂浮物的影響，采取水沖洗的方式，排除污染物；磨平水泥基，排除水泥基表面的不平滑，防止異物影響；將處理好的水泥基，浸入水中，保障全面浸透。

②制備料漿：以水泥基滲透結(jié)晶型防水材料：水=5∶2的體積比進(jìn)行混合，均勻攪拌，以25 min為時(shí)間單位，保障混合完畢，在使用中，嚴(yán)格杜絕水分干擾，防止?jié){料水解或比例錯(cuò)誤，將干粉作為料漿記錄的標(biāo)準(zhǔn)，大約每平方米中取1 kg即可。

③在縫寬<0.2 mm的混凝土縫隙處，涂刷。涂刷的準(zhǔn)確范圍是：裂縫兩側(cè)距離10 cm處。

④養(yǎng)護(hù)：噴水無(wú)反應(yīng)后開始養(yǎng)護(hù)，可以水霧測(cè)試，還可保持濕潤(rùn)度，周期約3天，提高滲透，防止開裂。

⑤施工溫度：5 ℃≤t≤40 ℃。

第二，水泥基柔性防水材料。

①水泥基柔性防水材料涂抹前，基層混凝土強(qiáng)度控制在設(shè)計(jì)值80%以上。

②基層保持平整狀態(tài)，避免油污影響。

③基層面干燥，即可施工。

④按水泥基柔性防水材料A∶B=1∶1混合，攪拌均勻。利用砂漿攪拌機(jī)攪拌，時(shí)間控制為：延長(zhǎng)原始時(shí)間的2～3 min。

⑤在縫隙兩方各10 cm范圍內(nèi)，涂刷一遍，厚度2 mm，壓實(shí)。

⑥水泥基柔性防水材料固結(jié)后，自然養(yǎng)護(hù)，養(yǎng)護(hù)t>5 ℃，硬化后可使用。

4.2 鑿槽嵌縫處理

縫寬≥0.4 mm的裂縫，由于裂縫較寬，進(jìn)行鑿槽嵌縫處理，保證修補(bǔ)材料的牢固性。嵌縫材料為水泥基柔性防水材料或聚硫密封膠。

（1）材料性能。

雙組份聚硫密封膠是以液態(tài)聚硫橡膠為基料配制而成的常溫下能夠自硫化交聯(lián)的雙組分密封膠，對(duì)金屬及混凝土等材質(zhì)具有良好的粘接性，可在連續(xù)伸縮、振動(dòng)及溫度變化下保持良好的氣密性和防水性，耐久性甚佳。

（2）施工方法及要求。

第一，水泥基柔性防水材料。

①沿裂縫方向鑿成一個(gè)寬25 mm、深38 mm的“U”型槽，槽深：槽寬=1.5∶1。

②清除縫內(nèi)的污物及雜質(zhì)，用清潔的壓力水徹底沖洗、濕潤(rùn)，提高施工環(huán)境的清潔度。

③粉料∶液料=5∶1，混合成膏狀。

④將拌和好的防水砂漿填入槽內(nèi)壓實(shí)，為確保表面平整度，在初凝具有一定強(qiáng)度后立即進(jìn)行找平處理。

⑤施工環(huán)境溫度不宜低于5 ℃和高于40 ℃，拌和好的料漿在20 min內(nèi)用完。

第二，聚硫密封膠。

①沿裂縫方向鑿成一個(gè)寬25 mm、深38 mm的“U”型槽溝，槽深為槽寬的1.5倍。

②清除縫內(nèi)的污物及雜質(zhì)，并保持縫內(nèi)干燥。

③將混合好的雙組分底涂液涂刷在被粘表面上，干燥成膜。

④按產(chǎn)品使用規(guī)定的配合比，將兩個(gè)組份混合，達(dá)到色澤均勻無(wú)色差，填平密封處，并壓實(shí)。

5 結(jié)語(yǔ)

充分認(rèn)識(shí)混凝土裂縫產(chǎn)生的原因，為更好地采取防裂措施提供了依據(jù)。在實(shí)際施工過程中，針對(duì)工程特點(diǎn)及環(huán)境因數(shù)。從原材料到混凝土成型養(yǎng)護(hù)，均采取必要的技術(shù)防裂措施，能有效地抑制大面積薄壁渠道襯砌混凝土裂縫的產(chǎn)生。經(jīng)過現(xiàn)場(chǎng)實(shí)施，以上裂縫處理方法耗資少，施工簡(jiǎn)單方便，處理效果良好，值得推廣。

參考文獻(xiàn)

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