大摻量磨細礦粉混凝土箱涵裂縫原因分析及處理

厲 輝 戴 智

(1.天津市水務工程建設質量與安全監督中心站， 天津 300204；2.天津水務工程建設交易管理中心， 天津 300204)

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大摻量磨細礦粉混凝土箱涵裂縫原因分析及處理

厲 輝1戴 智2

(1.天津市水務工程建設質量與安全監督中心站， 天津 300204；2.天津水務工程建設交易管理中心， 天津 300204)

南水北調中線天津干線輸水工程第4標段輸水箱涵施工中由于缺少大摻量磨細礦粉混凝土的應用經驗，致使箱涵墻體發生較多裂縫。本文對大摻量磨細礦粉混凝土箱涵產生裂縫的原因進行了分析，并對裂縫的處理進行了歸納總結。

大摻量； 磨細礦粉混凝土； 裂縫原因； 灌漿處理

1 工程概況

南水北調中線天津干線輸水工程全長約155km，共有6個設計單元。其中第5設計單元線路全長約20km。2009年2月開始建設，2011年10月完工。該設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

該標段澆筑成型的20節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月底監理和施工單位在對回填后的衛河倒虹吸內部進行質量檢查，發現箱涵外墻內壁多處存在滲水現象。施工單位隨即對已澆筑成型的20節箱涵進行了全面檢查，共發現裂縫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礦渣粉的細度比礦渣硅酸鹽水泥更細而已。用其配制的混凝土在水泥凝結過程中同樣進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。這個反應在常溫下進行緩慢，凝結硬化也慢，摻量越多，凝結時間越長。據有關資料介紹，單摻礦渣粉混凝土的初凝時間和終凝時間比基準混凝土要推延1～2.5h，當摻量達到60%時，終凝時間達到了769min，大大超過了國標《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”的規定，致使混凝土早期強度較低；另外，由于礦渣粉過細、摻量過大，混凝土收縮性也就更大。養護不當，極易產生裂縫。

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

表2 單摻礦粉混凝土與基準混凝土不同齡期強度對比表

從表中看出，礦粉摻量越大，其早期強度相對于基準混凝土的強度越低。當磨細礦粉摻量為60%及以上時，其3d和7d的強度還不到基準混凝土同齡期的1/2和2/3。為此，該技術規程提出了“對地下結構強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礦粉配制混凝土經驗的情況下用到60%的摻量，又缺少有效防控措施，應該是產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礦粉混凝土沒有使用經驗，在正式澆筑混凝土箱涵前又沒有進行現場生產性試驗，就按照招標文件的要求配制混凝土。對施工中可能出現的問題估計不足，對混凝土可能發生裂縫的預控措施不利。

3.3 施工方面影響因素

a.鑒于大摻量磨細礦粉混凝土具有較大早期收縮性，為了補償混凝土早期收縮減少裂縫發生，應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。對于摻加磨細礦粉混凝土，北京市《混凝土礦物摻合料應用技術規程》(DBJ/T 01—64—2002)中規定“宜采用二次投料法”和“攪拌時間應適當延長，確保攪拌均勻”。招標文件也要求“大摻量磨細礦粉混凝土一般應比常規混凝土拌和時間延長40s”。而現場攪拌的混凝土為一次性投料，攪拌時間也沒有達到上述要求。

c.混凝土養護不到位。由于摻加磨細礦粉混凝土早期強度低、干縮性大且對環境溫、濕度變化較為敏感，為保證混凝土強度穩定增長，需要延緩拆模時間(招標文件要求，單摻磨細礦粉混凝土的拆模時間不少于7d)和有較好的養護條件及較長的養護時間。上海市在DG/T J08-501—1999中要求“早期養護應在混凝土終凝前進行(如：噴灑養護劑、覆蓋濕麻布或塑料布等)，水養護時間至少7d，摻量達到50%以上時，水養護時間應延長至14d，確保混凝土有充分的水化硬化環境”；招標文件要求“混凝土暴露面的潮濕養護時間不應少于21d，干燥或炎熱條件下潮濕養護時間不應少于28d”。工程施工正值干燥時節，底板和頂板養護較好，但墻體卻不具備水養護條件，只能在墻面上噴涂養護劑或粘貼塑料薄膜，但這項工作只有在拆除模板且清理完畢后才能進行。施工單位為了提高模板周轉使用率，往往是尚未達到設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，出現表面微細裂縫，又沒有充分的水化養護條件，表面裂縫繼續發展。

3.4 下部混凝土約束

每節箱涵分兩期澆筑。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境影響產生收縮時，受一期混凝土約束產生裂縫。

4 對箱涵裂縫的處理

4.1 化學灌漿處理

4.1.1 化學灌漿處理程序和方法

a.將縫口兩側各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(裂縫轉折點和尖滅點均布有鉆孔)。

c.用高壓風槍自上而下清洗基面，吹凈縫內的浮塵，再用環氧膠泥粘貼注漿嘴和封縫。封縫完成12h后，用小于0.1MPa的壓力進行壓風試氣，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環氧漿材，環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施灌；?灌漿壓力從0.2MPa開始逐步提升到0.5MPa；?灌漿結束標準分兩種情況，一是中墻和尚未回填的外墻達到規定灌漿壓力0.5MPa時，吸漿量小于0.02L/5min，再繼續灌注30min灌漿結束，二是已回填箱涵的邊墻，考慮貫穿裂縫的墻體外側不能采取封閉措施，為保證灌漿質量以單條裂縫平均注入量達到10L/m作為結束標準。

f.灌漿結束后拆除注漿嘴，用M30水泥砂漿封堵注漿孔，表面再用環氧膠泥封堵嚴密。

4.1.2 灌漿效果檢查

根據設計要求，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。檢查檢測結果，芯樣裂縫灌漿飽滿，試樣抗壓強度均符合設計要求，且均未在裂縫灌漿縫面破壞。

4.2 內、外墻面防護處理

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型混凝土寶進行封閉防護處理。

5 結 語

大摻量磨細礦粉混凝土應用是發展方向，但目前還沒有國家規范可遵循，如何保證其工程質量尚應通過實踐摸索、經驗積累和科學研究。該工程通過對裂縫進行化學灌漿和對其表面進行封閉防護處理，箱涵內部干場，收到了預期效果。裂縫發生后改進了混凝土配合比(膠凝材料比例為水泥50%、磨細礦粉30%、粉煤灰20%)，箱涵未再發生類似裂縫。從2014年12月正式通水以來該段工程運行正常，未有異常現象發生。

[1] 湖南大學.建筑材料[M].北京： 中國建筑工業出版社, 1989.

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

[3] DG/TJ 08—501—1999粒化高爐礦渣微粉在水泥混凝土中應用技術規程.

[4] DBJ/T 01—64—2002混凝土礦粉摻合料應用技術規程.

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