大摻量磨細(xì)礦粉混凝土箱涵裂縫原因分析及處理

厲 輝 戴 智

(1.天津市水務(wù)工程建設(shè)質(zhì)量與安全監(jiān)督中心站， 天津 300204；2.天津水務(wù)工程建設(shè)交易管理中心， 天津 300204)

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大摻量磨細(xì)礦粉混凝土箱涵裂縫原因分析及處理

厲 輝1戴 智2

(1.天津市水務(wù)工程建設(shè)質(zhì)量與安全監(jiān)督中心站， 天津 300204；2.天津水務(wù)工程建設(shè)交易管理中心， 天津 300204)

南水北調(diào)中線天津干線輸水工程第4標(biāo)段輸水箱涵施工中由于缺少大摻量磨細(xì)礦粉混凝土的應(yīng)用經(jīng)驗，致使箱涵墻體發(fā)生較多裂縫。本文對大摻量磨細(xì)礦粉混凝土箱涵產(chǎn)生裂縫的原因進(jìn)行了分析，并對裂縫的處理進(jìn)行了歸納總結(jié)。

大摻量； 磨細(xì)礦粉混凝土； 裂縫原因； 灌漿處理

1 工程概況

南水北調(diào)中線天津干線輸水工程全長約155km，共有6個設(shè)計單元。其中第5設(shè)計單元線路全長約20km。2009年2月開始建設(shè)，2011年10月完工。該設(shè)計單元以子牙河分流井為界，上游17.30km為3孔4.4m×4.4m鋼筋混凝土箱涵，下游2.23km為2孔3.6m×3.6m鋼筋混凝土箱涵。箱涵每15m設(shè)一道變形縫，混凝土等級C30W6F150。

2 鋼筋混凝土箱涵裂縫基本情況

2.1 箱涵混凝土配合比使用情況

表1 C30W6F150混凝土施工配合比 單位：kg/m3

2.2 箱涵裂縫開展情況

該標(biāo)段澆筑成型的20節(jié)3孔箱涵均按上述配合比澆筑混凝土。澆筑時間為2009年5月中旬至6月下旬。

同年6月底監(jiān)理和施工單位在對回填后的衛(wèi)河倒虹吸內(nèi)部進(jìn)行質(zhì)量檢查，發(fā)現(xiàn)箱涵外墻內(nèi)壁多處存在滲水現(xiàn)象。施工單位隨即對已澆筑成型的20節(jié)箱涵進(jìn)行了全面檢查，共發(fā)現(xiàn)裂縫222條，其中貫穿性裂縫140條(縫寬0.2～0.5mm)，非貫穿性裂縫82條(縫寬<0.2mm)。裂縫最小長度1.2m，最大長度4.4m，絕大多數(shù)呈豎直狀，多分布在墻體中部和距墻體兩端1/3處附近，從墻體下部的水平施工縫向上延伸，還有4條裂縫延伸到頂板且沿頂板長度方向發(fā)展。

3 混凝土箱涵裂縫原因分析

3.1 材料方面影響因素

在用普通硅酸鹽水泥拌制的混凝土中加入磨細(xì)礦粉，類同于使用礦渣硅酸鹽水泥來配制混凝土，只不過是摻入的磨細(xì)礦渣粉的細(xì)度比礦渣硅酸鹽水泥更細(xì)而已。用其配制的混凝土在水泥凝結(jié)過程中同樣進(jìn)行熟料礦物水化時析出氫氧化鈣和摻入水泥中的石膏與礦渣粉中的活性氧化硅活性氧化鋁的二次水化反應(yīng)。這個反應(yīng)在常溫下進(jìn)行緩慢，凝結(jié)硬化也慢，摻量越多，凝結(jié)時間越長。據(jù)有關(guān)資料介紹，單摻礦渣粉混凝土的初凝時間和終凝時間比基準(zhǔn)混凝土要推延1～2.5h，當(dāng)摻量達(dá)到60%時，終凝時間達(dá)到了769min，大大超過了國標(biāo)《通用硅酸鹽水泥》GB 175—2007中“普通硅酸鹽水泥、礦渣硅酸鹽水泥……終凝時間不大于600 min”的規(guī)定，致使混凝土早期強(qiáng)度較低；另外，由于礦渣粉過細(xì)、摻量過大，混凝土收縮性也就更大。養(yǎng)護(hù)不當(dāng)，極易產(chǎn)生裂縫。

上海市《粒化礦渣微粉在水泥混凝土中應(yīng)用技術(shù)規(guī)程》(DG/T J08—501—1999)中給出了礦渣微粒粉不同摻量時混凝土強(qiáng)度與基準(zhǔn)混凝土強(qiáng)度不同齡期的對比。摘錄見表2。

表2 單摻礦粉混凝土與基準(zhǔn)混凝土不同齡期強(qiáng)度對比表

從表中看出，礦粉摻量越大，其早期強(qiáng)度相對于基準(zhǔn)混凝土的強(qiáng)度越低。當(dāng)磨細(xì)礦粉摻量為60%及以上時，其3d和7d的強(qiáng)度還不到基準(zhǔn)混凝土同齡期的1/2和2/3。為此，該技術(shù)規(guī)程提出了“對地下結(jié)構(gòu)強(qiáng)度中等的混凝土摻量一般為30%～50%”的限制。該工程在沒有使用單摻磨細(xì)礦粉配制混凝土經(jīng)驗的情況下用到60%的摻量，又缺少有效防控措施，應(yīng)該是產(chǎn)生墻體裂縫的主要原因。

3.2 人為方面影響因素

施工單位對大摻量磨細(xì)礦粉混凝土沒有使用經(jīng)驗，在正式澆筑混凝土箱涵前又沒有進(jìn)行現(xiàn)場生產(chǎn)性試驗，就按照招標(biāo)文件的要求配制混凝土。對施工中可能出現(xiàn)的問題估計不足，對混凝土可能發(fā)生裂縫的預(yù)控措施不利。

3.3 施工方面影響因素

a.鑒于大摻量磨細(xì)礦粉混凝土具有較大早期收縮性，為了補(bǔ)償混凝土早期收縮減少裂縫發(fā)生，應(yīng)在混凝土中摻加一定比例的膨脹劑或適量二水石膏作為體積穩(wěn)定劑，但在施工中未有摻加。

b.混凝土攪拌程序存在缺陷，攪拌時間不足。對于摻加磨細(xì)礦粉混凝土，北京市《混凝土礦物摻合料應(yīng)用技術(shù)規(guī)程》(DBJ/T 01—64—2002)中規(guī)定“宜采用二次投料法”和“攪拌時間應(yīng)適當(dāng)延長，確保攪拌均勻”。招標(biāo)文件也要求“大摻量磨細(xì)礦粉混凝土一般應(yīng)比常規(guī)混凝土拌和時間延長40s”。而現(xiàn)場攪拌的混凝土為一次性投料，攪拌時間也沒有達(dá)到上述要求。

c.混凝土養(yǎng)護(hù)不到位。由于摻加磨細(xì)礦粉混凝土早期強(qiáng)度低、干縮性大且對環(huán)境溫、濕度變化較為敏感，為保證混凝土強(qiáng)度穩(wěn)定增長，需要延緩拆模時間(招標(biāo)文件要求，單摻磨細(xì)礦粉混凝土的拆模時間不少于7d)和有較好的養(yǎng)護(hù)條件及較長的養(yǎng)護(hù)時間。上海市在DG/T J08-501—1999中要求“早期養(yǎng)護(hù)應(yīng)在混凝土終凝前進(jìn)行(如：噴灑養(yǎng)護(hù)劑、覆蓋濕麻布或塑料布等)，水養(yǎng)護(hù)時間至少7d，摻量達(dá)到50%以上時，水養(yǎng)護(hù)時間應(yīng)延長至14d，確?；炷劣谐浞值乃不h(huán)境”；招標(biāo)文件要求“混凝土暴露面的潮濕養(yǎng)護(hù)時間不應(yīng)少于21d，干燥或炎熱條件下潮濕養(yǎng)護(hù)時間不應(yīng)少于28d”。工程施工正值干燥時節(jié)，底板和頂板養(yǎng)護(hù)較好，但墻體卻不具備水養(yǎng)護(hù)條件，只能在墻面上噴涂養(yǎng)護(hù)劑或粘貼塑料薄膜，但這項工作只有在拆除模板且清理完畢后才能進(jìn)行。施工單位為了提高模板周轉(zhuǎn)使用率，往往是尚未達(dá)到設(shè)計要求的拆模時間即已拆除墻體模板。在拆運模板這段時間里，混凝土受到外界溫度、濕度驟然變化的影響，出現(xiàn)表面微細(xì)裂縫，又沒有充分的水化養(yǎng)護(hù)條件，表面裂縫繼續(xù)發(fā)展。

3.4 下部混凝土約束

每節(jié)箱涵分兩期澆筑。第一期澆筑底板和底板以上85cm高墻體，第二期澆筑85cm以上的墻體和頂板。兩期混凝土澆筑間隔時間相對較長，二期混凝土在拆模后受外界環(huán)境影響產(chǎn)生收縮時，受一期混凝土約束產(chǎn)生裂縫。

4 對箱涵裂縫的處理

4.1 化學(xué)灌漿處理

4.1.1 化學(xué)灌漿處理程序和方法

a.將縫口兩側(cè)各10cm范圍混凝土基面用電動手砂輪打磨平整。

b.鉆騎縫孔，孔深30mm，孔距30cm左右(裂縫轉(zhuǎn)折點和尖滅點均布有鉆孔)。

c.用高壓風(fēng)槍自上而下清洗基面，吹凈縫內(nèi)的浮塵，再用環(huán)氧膠泥粘貼注漿嘴和封縫。封縫完成12h后，用小于0.1MPa的壓力進(jìn)行壓風(fēng)試氣，檢查貼嘴之間的通暢性和封縫的密封性以及管路安裝的牢固性。

d.灌漿。?灌漿所用材料為PSI-500環(huán)氧漿材，環(huán)氧樹脂主劑與固化劑比例為5∶1；?灌漿方法為按墻體的豎向裂縫自下而上依次逐嘴上移注漿，頂板的水平縱向裂縫自一端向另一端逐嘴灌漿，相鄰嘴出漿時采取并聯(lián)施灌；?灌漿壓力從0.2MPa開始逐步提升到0.5MPa；?灌漿結(jié)束標(biāo)準(zhǔn)分兩種情況，一是中墻和尚未回填的外墻達(dá)到規(guī)定灌漿壓力0.5MPa時，吸漿量小于0.02L/5min，再繼續(xù)灌注30min灌漿結(jié)束，二是已回填箱涵的邊墻，考慮貫穿裂縫的墻體外側(cè)不能采取封閉措施，為保證灌漿質(zhì)量以單條裂縫平均注入量達(dá)到10L/m作為結(jié)束標(biāo)準(zhǔn)。

f.灌漿結(jié)束后拆除注漿嘴，用M30水泥砂漿封堵注漿孔，表面再用環(huán)氧膠泥封堵嚴(yán)密。

4.1.2 灌漿效果檢查

根據(jù)設(shè)計要求，按裂縫寬度0.2mm以下和0.2mm以上兩種情況分別在中墻和邊墻的灌漿部位鉆取4組芯樣進(jìn)行灌漿效果檢測。鉆孔深度不超過墻厚的2/3，芯樣直徑100mm。檢查檢測結(jié)果，芯樣裂縫灌漿飽滿，試樣抗壓強(qiáng)度均符合設(shè)計要求，且均未在裂縫灌漿縫面破壞。

4.2 內(nèi)、外墻面防護(hù)處理

為了確保箱涵輸水安全，消除可能存在的隱患，裂縫灌漿完成后又對箱涵內(nèi)表面刮涂了4層聚脲、外表面涂刷了3層BT-1型混凝土寶進(jìn)行封閉防護(hù)處理。

5 結(jié) 語

大摻量磨細(xì)礦粉混凝土應(yīng)用是發(fā)展方向，但目前還沒有國家規(guī)范可遵循，如何保證其工程質(zhì)量尚應(yīng)通過實踐摸索、經(jīng)驗積累和科學(xué)研究。該工程通過對裂縫進(jìn)行化學(xué)灌漿和對其表面進(jìn)行封閉防護(hù)處理，箱涵內(nèi)部干場，收到了預(yù)期效果。裂縫發(fā)生后改進(jìn)了混凝土配合比(膠凝材料比例為水泥50%、磨細(xì)礦粉30%、粉煤灰20%)，箱涵未再發(fā)生類似裂縫。從2014年12月正式通水以來該段工程運行正常，未有異?，F(xiàn)象發(fā)生。

[1] 湖南大學(xué).建筑材料[M].北京： 中國建筑工業(yè)出版社, 1989.

[2] 孫慧玲.磨細(xì)礦粉對混凝土性能的影響[J].科技信息,2010(17).

[3] DG/TJ 08—501—1999?；郀t礦渣微粉在水泥混凝土中應(yīng)用技術(shù)規(guī)程.

[4] DBJ/T 01—64—2002混凝土礦粉摻合料應(yīng)用技術(shù)規(guī)程.

Cause analysis and the treatment of cracks in large dosage grinding fine ore concrete box culvert

LI Hui1, DAI Zhi2

(1. Tianjin Water Project Construction Quality and Safety Supervision Center, Tianjin 300204, China;2.TianjinWaterProjectConstructionTradeManagementCenter,Tianjin300204,China)

Since there is not sufficient experience of applying large dosage grinding fine ore concrete in water conveyance box culvert of South-to-North Water Diversion Project mid-line Tianjin trunk water conveyancy work, many cracks are produced on the wall of box culvert. In the paper, the reason of cracks in large dosage grinding fine ore concrete box culvert is analyzed, and crack treatment is summarized.

large dosage; grinding fine ore concrete; reason of cracks; grouting treatment

10.16616/j.cnki.11- 4446/TV.2016.12.012

TV431

A

1005-4774(2016)12- 0047- 03