混凝土保濕養護膜在南水北調工程中的應用

王守奎

(河南科光工程建設監理有限公司 鄭州 455003)

1 引言

舉世矚目的南水北調中線工程正在如火如荼地進行,渠道混凝土襯砌的裂縫問題,至今尚無法完全有效地控制。但根據裂縫的成因分析,有些裂縫是可以控制的。

2 渠道混凝土襯砌裂縫的分類和控制方法

a)基礎變形產生的裂縫。

由膨脹土或膨脹巖遇水膨脹使基面隆起造成裂縫問題,解決辦法是用粘性土換填2m左右,可以消除。另有高填方因沉降引起混凝土裂縫,解決辦法是延長沉降時間,一般為6個月以上,或超填一定高度進行加載,加速沉降,待沉降趨穩后再襯砌。

b)混凝土配合比不當產生的裂縫。

目前普通硅酸鹽水泥出廠強度都很高,而襯砌混凝土一般為C20,如只考慮混凝土強度配合比不當,也易產生裂縫。解決辦法是反復模擬試驗,優化配合比。混凝土坍落度當渠坡為1︰2時宜在5.5～6.5cm之間,渠坡為 1︰2.5～3宜在 6.5～7.5cm之間。

c)襯砌機型產生的裂縫。

襯砌機選型不當,如自制簡易襯砌機,因振搗效果差,易產生裂縫。所以購機前先實地考察,選已使用證明可行的廠家生產的襯砌機。振動碾壓式襯砌機比振動滑模式襯砌機產生的裂縫要少。

d)人為因素產生的裂縫。

人為因素很復雜,一般表現在施工人員未進行崗前培訓,質量意識差,粗心大意,振搗不到位,抹面時機不當等,此類產生的裂縫最多。解決辦法只有加強崗前培訓,在襯砌前先進行一段非正式模擬襯砌試驗,待人機配合熟練后再開始渠道襯砌。

e)施工時環境溫度產生的裂縫。

當白天溫度高于25℃時,由于混凝土板太薄表面失水過快,抹面時機不好掌握,易產生裂縫。當氣溫低于0℃時也易產生凍裂。解決辦法是當氣溫高于25℃時利用夜晚進行襯砌,當氣溫低于0℃時停止施工。

f)大風產生的裂縫。

黃河以北四季多風,且白天風力遠大于夜晚。風力超過4級,由于混凝土板太薄表面失水過快,來不及收面已產生裂縫。解決辦法是留心觀察天氣預報和氣象規律,避開大風天氣襯砌。

g)鋸縫太晚產生的裂縫。

鋸縫時間非常關鍵,選擇不當極易產生裂縫。根據經驗可采用溫度時法進行控制,即350～400h?℃開始鋸縫,可有效控制此類裂縫。

h)凍脹裂縫。

黃河以北冬季氣溫較低,因不好覆蓋保暖易產生裂縫。進入冬季,雖氣溫高于0℃,但鋸縫用水和水養護法容易在坡腳積水,冬季水分蒸發慢,當寒潮突然襲擊,飽和水易產生冰凍,使齒墻產生裂縫。所以冬季應盡量減少用水量,渠底及時排水,當不能及時進行渠底襯砌時,要用干土或草袋覆蓋保暖。

i)結構性裂縫。

渠坡與齒墻剛性連接,當鋸縫水和養護水太多,在齒墻處積水長時間浸泡使地基變軟,使齒墻下沉,在齒墻于坡面30～50cm處產生水平裂縫。此類結構性裂縫最好是設計將剛性連接變為柔性連接。

j)養護不當產生的裂縫。

此類裂縫多為細小裂縫。目前南水北調工程普遍采用常規水養法。為了減少用水量,很多標段采用了很多方法。如有用草袋覆蓋,有用棉氈覆蓋的,有用土工布覆蓋的,有用灑水車灑水的,有用人工澆水的,還有用塑料管滴水養護的。但所有這些方法都有一個缺點,人為因素大,時濕時干,無法保持均衡濕潤狀態。且草袋易使混凝土表面變黃,影響觀感。草袋、棉氈塊小,易被大風吹走。土工布不吸水,養護一次高溫季節維持不到一個小時。為改善養護方法,在南水北調安陽段建管處和監理部領導的同意和大力支持下,決定引進公路工程使用的混凝土保濕養護膜,在安陽進行試驗。

3 混凝土保濕養護膜在渠道襯砌中的應用

混凝土保濕養護膜系列產品以新型可控高分子吸收材料為主料,根據混凝土的水化機理進行設計,具有較好的節水保濕性能。在公路工程中已被廣泛使用。但公路工程大多為水平面,渠道襯砌大多為斜面,是否對斜面也適用,只有通過實驗。

2008年9月25日將節水保濕養護膜在南水北調安陽段四標AY16+500～524右岸渠坡進行試驗。所用養護膜為雙層 (芯膜+面膜),幅寬2m,卷長500m。施工時幅與幅之間用膠帶粘接,坡面上下用土壓緊,兩邊用保溫板條卡在伸縮縫中,養護28d,期間風力大多在2～4級,經觀察,7d內相對濕度為95%以上,28d內相對濕度在90%以上,保濕效果非常理想。養護期間混凝土表面總能保持濕潤狀態,養護后無浮砂,顏色呈青灰色。養護時膜內溫度比環境溫度高2～10℃,并能有效平緩晝夜溫差,對減少和抑制微裂縫有很好作用。鉆芯取樣三組試件,對混凝土強度有輕微提高。

2008年 10月30日又將試驗長度擴大到200m。期間出現過3次5～6級風,由于普通膠帶在野外抗老化能力差,大風將養護膜從粘接處撕開吹起,破壞面積有一半,抗風又成為新問題。且時間已是2008年11月18日,冷空氣過后,夜晚氣溫已降至零度以下,發現養護膜內有結冰現象,為了防止凍傷混凝土,暫停使用養護膜。

為了解決抗風問題,經多次與廠家溝通和研究,決定將養護膜熱焊,幅寬增加到4.2m,利用襯砌每4m有伸縮縫這一特點,將每幅養護膜卡在伸縮縫里,增強抗風能力。2009年3月初,氣溫已升到零度以上,3月5日用焊接膜進行試驗,但由于養護膜塑料膜很薄,焊接質量要求很高無法保障,且熱焊后膜變脆,大風容易從焊縫處撕開,將養護膜破壞,雖破壞程度有所降低,但仍有三分之一被破壞。根本問題仍未得到解決。經再次與廠家溝通和研究,形成共識,只有改進生產工藝,將面膜改為幅寬4.2m,沒有任何接縫,芯膜粘在面膜上,再進行試驗。

2009年3月27日,開始用新膜試驗,一個月內出現過4次5～6級風,2次7～9級風,除有兩處破壞外,98%以上完好無損,且破壞的地方為攤鋪質量問題,經總結確定了養護膜攤鋪方法。此攤鋪方法非常重要,如方法正確,抗風已不是問題。

養護膜攤鋪方法:渠道襯砌鋸縫完成后,清掃板面的污垢,澆水讓板面達到飽和水狀態,在板面有大量明水狀態下,將養護膜放在坡頂,注意有孔眼的一面朝向混凝土面 (每卷標簽上有說明),拉開每卷膜端頭30cm長用土塊或其他物品臨時壓緊不讓風吹起,用直徑 20mm鋼管或鋼筋,長4.6m,穿入每卷膜圓芯內,兩頭用繩子拉住,慢慢從坡頂向下滾動攤鋪,如局部板面缺水,必須及時補水后再攤鋪,每幅鋪完后,在襯砌板垂直水流方向4m伸縮縫處要將膜兩邊全部塞進縫內并用保溫板條或渠道用閉孔泡沫板條全部鑲滿伸縮縫將膜卡緊,以防止被風吹起而影響養護質量,然后在坡底用土壓緊底膜端頭,利用剩余膜從坡底向上滾壓向上趕氣直到坡頂,使膜與混凝土面形成真空 (必須要趕氣),最后在坡頂用土將膜封嚴壓緊。要點是:一要板面必須在飽和水狀態下,二是不讓任何地方進空氣,三是人不能踩在膜上。

2009年4月10日,在四標再做土工布覆蓋灑水養護試驗,經成本對比,用養護膜養護的成本比用土工布覆蓋灑水養護低30%。節水率高達95%以上。該養護膜經 “中國疾病預防控制中心環境與健康相關產品安全所”2009年1月12日檢測為無毒級。

4 結語

經過半年多反復試驗,混凝土保濕養護膜在南水北調中線工程安陽段使用取得成功。由使用情況得知,經過一個冬季,用養護膜養護的襯砌面,未發現新增裂縫,用水養護的襯砌面冬季后又發現有新增裂縫。由于養護膜用水量少,不浸泡坡腳,在齒墻與坡面30～50cm處出現結構性裂縫比水養護大大減少。混凝土保濕養護膜的優點是施工簡單、養護效果好、成本低、節水多,預防干縮裂縫效果明顯,值得大面積推廣。因此,南水北調中線工程安陽段已有3、4、6標主動在使用,1、2標已準備使用。施工單位使用情況反映良好。