混凝土U形渠道凍脹防治技術研究與應用

王紅久

（山西省運城市水利工程建設局，山西 運城 044000）

我國有規模的開展渠道防滲始于上世紀60年代，當時的防滲形式主要有塑料膜、混凝土預制或現澆板、漿砌石、80-90年代又規模的發展了混凝土U形渠。在北方季節性凍土地區，這些防滲工程均存在不同程度不同的凍脹破壞問題，往往在興建后的數年內即遭到破壞，給渠道的管理和運行造成了諸多困擾。

上世紀70年代至90年代以來，各地極為關注渠道防滲工程的凍脹破壞問題，開展了多項有關渠道凍脹的實驗研究，并取得了一系列的研究成果。使渠道凍脹防治技術取得了突破性進展。

1 渠道凍脹破壞機理

渠道的凍脹破壞是由于基土在負氣溫的作用下產生凍結和不均勻凍脹，而渠道襯砌體本身自重較輕，不足以抵抗凍脹力的結果。寒季負氣溫固然是決定凍深和凍脹的一個關鍵因素，但對于某一地區的凍結期負積溫是相對穩定的。因此，影響渠土凍脹的主要自然因素就是土壤和水分條件；很多情況下，凍脹量的大小主要由基土的水分補給條件所決定。

試驗調查資料表明，混凝土是一種多孔體，水工混凝土一般強度較低，水泥用量少，透水性較強。當地下水位低于渠底，凍結期行水時，U型渠混凝土含水量飽和，遇寒引起凍融、剝蝕和脫落；凍脹量隨渠基土含水量的增加而增加。在特定條件下，凍脹量減少的核心技術是降低渠基土的含水量。

2 混凝土U形渠凍脹防治措施

本文將介紹一種具有高效減水和憎水等多種功能的有機硅防水劑，摻入混凝土U形渠現澆或摻入水泥砂漿抹面U形渠或直接噴涂U形渠，均可以提高U形渠的抗滲、節水，抗凍融剝蝕能力，可以減少對渠基土的水分補給，使渠床中土壤水分冰點降低，阻止水分遷移，從而，削減渠土凍脹量，提高混凝土U形渠的使用壽命。

3 施工方案

有機硅摻入混凝土或水泥砂漿，配制簡單，施工方便，要求不高，但必須掌握關鍵技術和要點，才能保證工程質量。因此，必須有嚴格的質量控制和保證制度。材料的配制和有機硅使用，應該在有經驗的專業人員指導下進行。

方案Ⅰ：現澆有機硅混凝土U形渠施工

有機硅滲入現澆混凝土，一般滲量為水泥重量的2%-3%，也可根據工程實際需要，由實驗確定滲量。施工時先將有機硅倒入自來水攪拌均勻（注意順序，因有機硅比重大于水的比重），然后加入水泥砂子和石子，再行攪拌，按普通混凝土方法施工。初凝后，濕潤養護不少于14天。

方案Ⅱ：現澆普通混凝土U形渠成形后，用有機硅砂漿抹面施工。

摻入水泥砂漿抹面：現澆普通混凝土U形渠初凝前，用配比為有機硅:水=1:8的稀釋液，拌和水泥:砂子=1:2（重量比）成泥漿，刮抹厚1.0-1.2cm，并趕光壓實。初凝后，濕潤養護不少于14天。

方案Ⅲ：現澆普通混凝土U形渠成形后，有機硅噴涂或刷涂渠道表面。

噴涂前用有機硅防水砂漿修補U形渠的孔洞，裂隙，待渠道表面充分干燥后，在天氣晴朗無風時，進行噴涂工序。一般用6-7倍自來水稀釋有機硅后，對U形渠表面連續噴涂2-3遍，中間不得停頓。噴完48小時內不得淋雨、破壞，也不得灑水養護。

4 有機硅防滲混凝土U形渠凍脹破壞的機理

由試驗結果可以認識到，有機硅使混凝土產生一系列物理上的、力這上的及化學上的變化，而這些變化必然會對混凝土的一些性能產生影響。

有機硅極易被空氣中的CO2所分解，生成不溶于水的極強的粘結物甲基聚硅醚。這種物質具有分散水泥顆粒的作用，由于含有表面活性劑，可以降低用水量，改善混凝土和易性，提高其致密性；有機硅溶液凝結形成堅韌致密的薄膜，分布于混凝土骨架之中，填充空隙，切斷與外界的通道，減少毛細管壓力，相應地提高了混凝土的抗壓、抗滲能力。有機硅具有防水保水和阻止混凝土碳化作用放出的水分，這些都是混凝土具有自養性能和后期強度持續不斷提高的原因。

由于有機硅使孔隙細化的結果，這一方面使孔隙中水的凍結速度降低，另一方面孔隙中水分大大減少，從而使混凝土中的微小氣泡更好地發揮緩沖作用，宏觀上表現為混凝土經受凍融次數就增加了，使混凝土具有優良的抗凍性能。

有機硅具有防治混凝土龜裂干裂的性能，是因為有機硅合成劑具有橋鍵作用，有機硅分子中的活性基因與水泥水化形成的游離離子進行交聯反應，形成特殊的橋鍵，在水泥顆粒周圍發生物理化學吸附，形成均勻的連續相，改善了水泥砂漿硬化體的物理組織結構和內應力，大大減少了混凝土微裂縫的產生。達到提高U型渠抗滲、節水和抗凍融剝蝕能力的目的。

結語

有機硅作為混凝土的外加劑是一種獨具特色的具有廣泛應用前景的商科技產品，通過提高混凝土U型渠的抗壓、抗滲，降低混凝土水灰比，提高其密實度，降低渠基土含水量，達到增強混凝土U型渠的使用壽命的目的。

上述有機硅U形渠施工的三種方案，可任造其一或采用Ⅰ-Ⅱ的組合方案。

每年冬季渠道行水前，應該用有機硅防水砂漿對渠道損壞滲漏處進行修補堵漏，以減少對渠基土的水分補級削減凍脹量。

[1]王登高.有機硅合成劑在水利工程中的應用 [J].中國農村水利水電，1997年第四期P26～P29.