淺析渠道襯砌混凝土板裂縫成因及處理方法

白登剛

摘 要：本文結合南水北調中線一期工程安陽段第四施工標段渠道混凝土襯砌施工過程的總結，對薄壁渠道襯砌混凝土板裂縫產生的原因、裂縫的預防措施和裂縫的處理方法做出闡述。

關鍵字：渠道 裂縫防治 干縮裂縫

中圖分類號：U215 文獻標識碼：A 文章編號：1672-3791（2014）02（c）-0204-02

裂縫在混凝土結構物施工中始終一個無法回避的問題，因其產生原因復雜，涉及到結構設計、材料選取、配合比設計、施工工藝等諸多因素。與一般混凝土結構裂縫相比，大面積薄壁襯砌混凝土裂縫有共性，也有其獨特性。

1 工程概況

南水北調中線一期工程安陽段第四施工標段渠道襯砌全長3277 m。渠道采用倒梯形斷面，設計渠底寬度為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，混凝土設計標號為C20（W6F150），渠坡襯砌混凝土板厚10 cm，渠底襯砌混凝土板厚8 cm。混凝土板以下結構層依次為：復合土工膜、2 cm（2.5 cm）厚聚苯乙烯保溫板、5 cm粗砂墊層、原土基面。混凝土板縱、橫向以4 m設一道分縫，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，有不同表現性狀的裂縫出現。通過對裂縫出現的部位、時間、長度、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前，受氣溫、光照、風速、環境濕度等因素的影響，表面迅速失水而產生收縮，導致混凝土表面形成形狀規則不一、長短不等、互不連貫的細微裂縫。此種裂縫一般在襯砌混凝土澆筑后的2～3h出現，尤其是當環境氣溫較高，風速較大，空氣較干燥時最容易出現。歸結到施工的主觀方面的原因，主要是因為在襯砌混凝土澆筑施工時，在人工收面完成后未能及時采取措施對混凝土表面進行覆蓋處理，在經過風吹、陽光直曬的過程中，混凝土面板表面游離水分蒸發過快而產生收縮應力，表面混凝土強度不能抵御這種收縮應力而產生裂縫。

2.2 干縮裂縫

干縮裂縫是由于混凝土在強度發展過程中，內外水分蒸發程度不同而導致內外變形不均勻而產生應力，當這種應力積聚到混凝土表面抗拉強度不能抵抗時，混凝土表面就會出現裂縫。干縮裂縫一般出現在混凝土襯砌施工完成后的15天左右或混凝土養護期結束之后。渠道襯砌面板干縮裂縫的分布無規律，長短不等，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。干縮裂縫的產生通常跟施工環境的溫度、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、混凝土的入倉溫度以及混凝土的養護條件有關。

2.3 沉陷裂縫

沉陷裂縫通常是由于結構物基礎的不均勻沉降引起的，對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度未達到設計和規范標準、砂墊層壓實度和平整度不符合要求、保溫板和土工膜鋪設時存在懸空和鼓包等情況，導致相應區域襯砌混凝土面板沉降與周邊不同步而產生拉應力，該拉應力超出了混凝土的抗拉強度而產生裂縫。在渠道襯砌面板上，沉陷裂縫往往成片出現，縱橫交錯，呈網狀形態，有些縫有滲水情況，表明裂縫深度已貫穿混凝土板。此種裂縫對渠道防滲功能影響較大。

2.4 堿骨料反應裂縫

堿骨料反應裂縫是由于襯砌混凝土在拌和時產生的堿性離子，在混凝土澆筑后與其他骨料中的活性成分產生化學反應而引起混凝土內部體積膨脹，造成襯砌混凝土面板表面開裂。這種裂縫，往往在其兩側存在掉塊現象。引起混凝土堿骨料反應的因素，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量的活性成分。

2.5 溫度裂縫

在施工環境因素一定的情況下，混凝土的出機口溫度和入倉溫度對裂縫的產生也起到很大作用。在混凝土澆筑過程中和澆筑完成后，隨著水泥水化過程會產生大量水化熱，使混凝土內外產生較大溫差，從而形成溫度應力，混凝土表面在溫度應力作用下產生裂縫。尤其是在夏季施工，在氣溫達到37 ℃的情況下，如果砂石骨料在露天堆放，其表面溫度會達到50 ℃左右，導致混凝土出機口溫度能接近30 ℃，更將導致混凝土內部溫度的升高。

3 渠道襯砌混凝土裂縫的預防措施

3.1 原材料方面

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

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。按有關文獻的理論分析和實際施工實踐，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

在混凝土配合比設計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，合理的水灰比對控制混凝土的干縮有很重要的作用。同時，為了降低混凝土水化熱，推遲混凝土熱峰的出現時間，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性和保水性。需要注意的是有些外加劑會增大混凝土干縮性，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生裂縫，需要將混凝土入倉溫度控制在合理范圍之內。控制混凝土出機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間施工三個方面著手。粗細骨料降溫可以采用搭設遮陽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；選擇低溫時間施工顧名思義就是避開白天氣溫較高的時段，選擇在夜間施工。通過以上方法能夠有效的將混凝土出機口溫度和入倉溫度控制在合理范圍，能夠有效的控制溫度裂縫的產生。

3.4 保證混凝土的養護

渠道襯砌面板混凝土養護是整個襯砌施工過程中必須要重視的環節。渠道面板的壁薄、面積大的特點決定了其混凝土表面在高溫、強光照、有風條件下更容易、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噴水并覆蓋養護膜或棉布，也可以噴涂混凝土養護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生。

3.5 沉陷裂縫預防措施

為保證邊坡的壓實度，防止漏壓，在渠堤填筑時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的沉降期不小于3個月，減少渠堤沉降對后期混凝土面板的沉降影響。為保證基礎面平整度，自渠道開挖時，預留保護層防止超挖。保護層開挖采用削坡機進行，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有效的釋放板內積累的各種應力，避免面板表面產生應力裂縫。混凝土面板切縫應在混襯砌凝土抗壓強度達到1～5 MPa（春、秋季節澆筑后約36 h后，夏季澆筑后約24 h后）時進行，不宜過早或過晚。若切縫過早，混凝土強度不足，切割機切片會擾動混凝土內集料的結合，同時周邊也可能受震動而產生裂縫；若切縫過遲，則混凝土面板容易因應力集聚而導致混凝土板裂縫。混凝土切縫要根據外界環境的變化及時調整，預防因切縫時間過晚而產生裂縫。

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上，兼顧處理的可靠性、美觀性和經濟性。根據裂縫的寬度以及修補材料的不同特性，大體可以采取表面涂抹修補法和鑿槽嵌縫封堵法兩種方法處理。

4.1 表面涂抹修補法

表面涂抹修補法是一種常見的修補方法，常用于穩定的、對結構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，采用水泥基滲透結晶型防水材料能夠很好的做到這兩點。

以裂縫寬度為處理標準：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：水泥基滲透結晶型防水，做好滲透結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定性；另一方面借助防水材料的滲透特性，修補或填塞縫隙，實現有效的防水；縫寬區間在0.2～0.4 mm之間的，還需重點考慮修補失效問題，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度、提升抗沖擊的能力。對比傳統的水泥砂漿，在強度、韌性上具備絕對的優勢，而且還可表現出粘結、耐酸堿的特點，最主要的是其抗滲透性和低溫固化有明顯的提高。利用物理與化學相結合的方式，達到涂抹修補的效果，如：利用防水涂膜的特性，應用在水泥表面修復方面，即可體現防水、高粘結的特性。

②水泥基滲透結晶型防水材料：最明顯的特點是剛性度高，第一，能夠實現自我修復，表現修復的獨特性；第二，能夠保持一定的活性，促使防水特性持續保持，不會釋放有毒氣體。其防水原理為：充分與涂抹中的水分結合，發生化學放映，激活材料中的化學物質，其可自由運動到混凝土的裂縫空間，進而冷卻凝結，最終形成結晶體，聚集在裂縫處，達到修補的效果，由于已經受水分作用，固最終物體不會在受首份影響，還可體現較強的防水性。

（2）施工方法。

第一，水泥基滲透結晶型防水材料。

①防水基面預處理：確保基面的潔凈度，避免外界灰塵、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：以水泥基滲透結晶型防水材料：水=5∶2的體積比進行混合，均勻攪拌，以25 min為時間單位，保障混合完畢，在使用中，嚴格杜絕水分干擾，防止漿料水解或比例錯誤，將干粉作為料漿記錄的標準，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。涂刷的準確范圍是：裂縫兩側距離10 cm處。

④養護：噴水無反應后開始養護，可以水霧測試，還可保持濕潤度，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，基層混凝土強度控制在設計值80%以上。

②基層保持平整狀態，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。利用砂漿攪拌機攪拌，時間控制為：延長原始時間的2～3 min。

⑤在縫隙兩方各10 cm范圍內，涂刷一遍，厚度2 mm，壓實。

⑥水泥基柔性防水材料固結后，自然養護，養護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，進行鑿槽嵌縫處理，保證修補材料的牢固性。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聚硫橡膠為基料配制而成的常溫下能夠自硫化交聯的雙組分密封膠，對金屬及混凝土等材質具有良好的粘接性，可在連續伸縮、振動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寬25 mm、深38 mm的“U”型槽，槽深：槽寬=1.5∶1。

②清除縫內的污物及雜質，用清潔的壓力水徹底沖洗、濕潤，提高施工環境的清潔度。

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壓實，為確保表面平整度，在初凝具有一定強度后立即進行找平處理。

⑤施工環境溫度不宜低于5 ℃和高于40 ℃，拌和好的料漿在20 min內用完。

第二，聚硫密封膠。

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

②清除縫內的污物及雜質，并保持縫內干燥。

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按產品使用規定的配合比，將兩個組份混合，達到色澤均勻無色差，填平密封處，并壓實。

5 結語

充分認識混凝土裂縫產生的原因，為更好地采取防裂措施提供了依據。在實際施工過程中，針對工程特點及環境因數。從原材料到混凝土成型養護，均采取必要的技術防裂措施，能有效地抑制大面積薄壁渠道襯砌混凝土裂縫的產生。經過現場實施，以上裂縫處理方法耗資少，施工簡單方便，處理效果良好，值得推廣。

參考文獻

[1] 南水北調中線干線工程建設管理局·南水北調中線干線工程混凝土結構質量缺陷及裂縫處理技術規范（試行）[R].北京：南水北調中線干線工程建設管理局，2007.

[2] 混凝土研究協會.混凝土裂縫檢測控制與修補新技術[M].北京：中國科技文化出版社，2005.

[3] DL/T 5144-2001，水工混凝土施工規范[S].

[4] 唐福亮，高建.混凝土裂縫主要成因與控制處理[J].安徽水利水電職業技術學院學報，2006（3）：30-32.endprint