改性橡膠混凝土在趙口灌區渠道襯砌中的應用

王大輝 袁群 史長城 曹宏亮 馮凌云 馬瑩

摘要：為了推動改性橡膠混凝土在實際工程中的應用，以趙口灌區渠道襯砌工程為依托，采用6種配合比改性橡膠混凝土進行試驗應用。原型觀測結果表明，從開裂率、開裂板塊平均裂縫條數、平均裂縫長度及最大裂縫寬度等幾個指標綜合來看，改性橡膠混凝土的杭裂性能最好，試驗段普通混凝土的次之，正常施工段普通混凝土的最差，因此改性橡膠混凝土具備在杭裂防滲工程中推廣應用的技術優勢。

關鍵詞：改性橡膠混凝土；渠道襯砌；裂縫觀測；趙口灌區

中圖分類號：TV431； TU528.2 文獻標志碼：A doi：10.3969/j.issn.1000-1379.2018.03.028

渠道屬于薄板結構，在澆筑及運行過程中極易出現裂縫，影響渠道的正常運行。橡膠混凝土具有良好的抗裂性、抗滲性、抗凍性和抗沖耐磨性[1-6]，可以更好地適應渠道復雜多變的工作環境，避免裂縫的發生。在大量室內研究的基礎上，在趙口灌區西分干渠上進行改性橡膠混凝土襯砌試驗，以檢驗改性橡膠混凝土的施工性能及養護期的抗裂性能。

趙口灌區位于黃河南岸豫東淮海平原，總土地面積5869km2，總耕地面積 3830km2。趙口灌區續建配套與節水改造項目2014年度工程由河南省水利廳以豫水農[2014]103號文批準建設，項目總投資3169萬元，分6個標段，其中渠道襯砌層混凝土設計強度為C20。試驗段渠道襯砌位于1標段西干渠樁號1+240～1+300。

1 試驗方案

1.1 試驗段基本情況

試驗段渠道為南北走向，總長60m，其中改性橡膠混凝土襯砌45m、普通混凝土襯砌15m。渠道邊坡坡度1：2，橫斷面見圖1（半幅）。

1.2 混凝土配合比

試驗段混凝土分改性橡膠混凝土和普通混凝土兩種，其中改性橡膠混凝土采用粒徑1～3mm的橡膠顆粒等體積取代10%的砂配制而成。砂分為河砂和機制砂。橡膠顆粒采用三種改性方式[5，7]，即KH570改性、以硅酸鈉和KH550為主要成分的自制配方改性、NaOH與KH570復合改性。因此，改性橡膠混凝土被細分為6種。普通混凝土采用河砂。現場澆筑時，經檢測，河砂的含水率為4%、含石率為10%，機制砂的含水率為7%、含石率為15%。經調整，改性橡膠混凝土和普通混凝土的施工配合比見表1。

現場預留試件，同條件養護，測得各種混凝土的28d抗壓強度和劈拉強度（表2）。由表2知，各種混凝土抗壓強度均大于C20，滿足設計要求，改性橡膠混凝土強度是基準混凝土強度的77.7%～89.3%，河砂改性橡膠混凝土的強度略大于機制砂改性橡膠混凝土的，三種改性方式的橡膠混凝土的強度差別不大。

1.3 板塊劃分

渠道板塊設計厚度為10cm，底板按5m×5m設縫分塊，邊坡板按3.65m×5.00m設縫分塊（見圖2），從東向西分別為1～7行，從北向南分別為1～12列。

2 施工過程

試驗段從2015年7月18日開始澆筑，8月8日澆筑完成，先澆筑底板，再澆筑邊坡板。澆筑工藝為：機械挖方→人工修底→測量定位→安裝模板→驗倉→澆筑前灑水濕潤→混凝土入倉→攤鋪振搗→機械抹面提漿→人工收面抹光→人工二次收面抹光→覆膜養護。澆筑過程中，嚴格控制拌和料的配合比，規范施工過程，保證施工質量。為了避開高溫時段，上午澆筑時段為6時到9時，下午澆筑時段為16時到19時。橡膠混凝土拌和及施工工藝與普通混凝土類似。為檢驗施工質量，對左邊坡（第2行第3列）、右邊坡（第6行第3列）和底板（第3行第6列）各取一個芯樣檢測，芯樣質量完好，厚度均大于10cm。

3 試驗效果分析

2015年9月6日與10月12日先后兩次觀測襯砌板混凝土的開裂情況，其中：9月6日僅觀測了試驗段；10月12日，為了與試驗段進行比較，同時觀測了與試驗段相鄰的正常襯砌段混凝土的開裂情況。由于渠底覆蓋一層沙土，部分地方有積水，因此兩次觀測均以邊坡板為主。裂縫長度用鋼卷尺測量，裂縫寬度采用DJCK-2型裂縫測寬儀測量。

9月6日觀測發現，左邊坡（第1行第5列）PC板塊（PC表示試驗段普通混凝土）有一條水平向裂縫，縫長15cm，最大縫寬0.12mm；左邊坡（第2行第5列）PC板塊有一條豎直向裂縫，縫長190cm，最大縫寬0.17mm；右邊坡（第7行第7列）RCH-Z板塊發現4條水平向裂縫。

10月12日觀測發現，僅左邊坡（第2行第5列）PC板塊裂縫較上次延長了9cm，其余裂縫變化不大，也未發現有新的裂縫出現。正常襯砌段邊坡48塊普通混凝土板中（編號為PC1～PC48）有5塊板開裂，其中左邊坡2塊、右邊坡3塊，裂縫總體情況見圖3、圖4（10月12日觀測的數據）。圖中線條為裂縫，裂縫上面的數為裂縫編號，下面第一個數代表裂縫長度（cm），括號內的數代表裂縫最大寬度（mm）。

為了分析比較裂縫與混凝土種類的關系，對裂縫分類進行統計（見表3）。從開裂率、開裂板塊平均裂縫條數、平均裂縫長度及最大裂縫寬度幾個指標綜合來看，改性橡膠混凝土的抗裂性能最好，試驗段普通混凝土的次之，正常施工段普通混凝土的最差。

分析認為，上述裂縫為干縮裂縫[8-9]。由于橡膠顆粒作為細小的料群起著類似彈性纖維的作用，能減小體系的應力、約束裂縫的擴展，因此改性橡膠混凝土表現出良好的抗裂性能。

4 結語

結合河南省趙口灌區西干渠渠道襯砌工程，對改性橡膠混凝土在實際工程中進行了應用。結果表明，改性橡膠混凝土的抗裂性能最好，試驗段普通混凝土的次之，正常施工段普通混凝土的最差。

改性橡膠混凝土與普通混凝土的拌和程序基本相同，不增加施工難度；其澆筑、養護與普通混凝土完全相同，不提高施工成本。改性橡膠混凝土在施工養護期具有良好的抗裂性能，可大幅度提高工程施工質量，有效降低渠道襯砌工程的滲漏，節約寶貴的水資源。

參考文獻：

[1]馮凌云，袁群，楊衛坤，等.橡膠混凝土抗滲性能試驗研究[J].人民黃河，2011，33（9）：125-127.

[2]袁群，馮凌云，曹洪亮，等.橡膠混凝土的應力-應變曲線試驗[J].建筑科學與工程學報，2013，30（3）：96-100.

[3]曹宏亮，史長城，袁群，等.橡膠顆粒表面形態對橡膠混凝土強度的影響研究[J].三峽大學學報，2014，36（6）：76-79.

[4]袁群，馬瑩，徐宏殷，等.無機改性劑增強橡膠混凝土強度試驗[J].人民黃河，2015，37（1）：133-135.

[5]馮凌云，袁群，馬瑩，等.橡膠混凝土力學性能的試驗研究[J].長江科學院院報，2015，32（7）：115-118.

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[8]朱耀臺，詹樹林.混凝土裂縫成因與防治措施研究[J].材料科學與工程學報，2003，21（5）：727-730.

[9]王鐵夢.工程結構裂縫控制[M].北京：中國建筑工業出版社，1997：4-6.