無收縮自流密實混凝土在渡槽排架加固中的應用

貝承前

（衡陽市水旱災害防御事務中心，湖南 衡陽 421000）

無收縮自流密實混凝土由無收縮自流密實混凝土外加劑與水泥、水、砂和卵石或碎石按照一定配合比配制而成，適用于配筋特密、形狀復雜、不便振搗的混凝土施工。具有以下性能特點：高流動性，保證混凝土能自流密實成型；高粘聚性，保證混凝土流動及停放過程中不發生離析現象；高保水性，保證混凝土硬化過程表面無泌水；高強度（最高強度可達100 MPa）、高抗凍、高抗滲；硬化過程不收縮，具有微膨脹作用；與老混凝土粘結強度高，避免使用界面劑導致的施工不便；抗氯離子腐蝕，具有優異的阻銹能力；凝結硬化過程抗震動干擾強；含粗骨料且強度可調，性能與被加固混凝土一致。

2017 年9 月衡東縣甘溪灌區湃水嶺渡槽排架加固中運用了無收縮自密實混凝土，至今運行2 年有余，運行管理單位反映良好，原有結構隱患消除。

1 工程概況

甘溪灌區位于衡東縣洣水河下游，原設計灌溉面積0.84 萬hm2（12.64 萬畝），核實灌溉面積為0.51 萬hm2（7.596 5 萬畝），由甘溪水輪泵水電站提水灌溉。

2016 年，甘溪水輪泵水電站對甘溪灌區東風干渠30.076 km 進行了改造，涉及渡槽加固3 處，其中位于樁號12+547 的湃水嶺渡槽是幾處渡槽中排架混凝土碳化最為嚴重的一處。湃水嶺渡槽于1969 年正式建成運行，至2016 年改造時已運行40 多年，設計流量2.441 m3/s，控制灌溉面積2 399.53 hm2（35 993 畝），為排架簡支支承梁式“U 型”渡槽，槽身總長140 m，共14跨，排架13 個，最大高度20 m，一般高度15～18 m。

2 渡槽排架存在的主要問題

經現場踏勘，渡槽槽身運行情況尚可，但排架處于病險運行，槽身分縫止水漏水嚴重，排架混凝土碳化嚴重，13 個排架都出現裂縫，并且絕大多數裂縫出現于排架柱棱角上，沿著受力鋼筋分布豎向開裂最為嚴重，沿箍筋方向裂縫稍次，裂縫嚴重位置混凝土疏松、脫落，鋼筋外露銹蝕嚴重。立柱表面存在大面積蜂窩麻面。

3 渡槽排架病險成因分析

由于此工程是邊設計邊施工，再加上檔案管理不善，已無法查詢原始設計及施工資料，根據湃水嶺渡槽的運行情況及周邊環境，以及咨詢灌區管理人員及當地百姓，分析導致湃水嶺渡槽排架碳化開裂如此嚴重的主要原因為：

1）條件受限，施工工藝差。渡槽建于20 世紀60年代，由于當時施工人員全從當地公社召集，技術落后、施工條件簡陋，因陋就簡，就地取材，使用模板不規范，支模偏差，走模，漏漿等，導致鋼筋保護層厚度不達標；施工時振搗不規范、不充分，混凝土澆筑不密實，有細微的孔洞和裂隙，外部的水分和氣體就很容易入侵內部，腐蝕鋼筋。恰值寒冷冬季，未采取稻草等覆蓋物包裹，混凝土的自然養護不到位，風吹寒冷等條件而出現不正常收縮、蜂窩、麻面、脫落、裂縫等破損現象。

2）運行日久，維修不及時。此渡槽為簡支支承結構，在排架頂端設渡槽支座，槽身在此分縫，分縫處設按壓式橡皮止水帶，止水帶完暴露于空氣中，受陽光照射、溫度變化影響，橡皮老化龜裂，延伸率降低，直至失效，止水橡皮老化未及時更換，在渡槽行水時滲漏嚴重，滲水恰好順排架而下，化學侵蝕以水為介，加速混凝土碳化，排架析出Ca（OH）2與大氣中的CO2反應，生成CaCO3的白色沉淀物，使混凝土中Ca2+減少、強度下降、裂縫延長。而排架出現輕微碳化和裂縫時又未進行及時維修。

3）排架裂縫、鋼筋銹蝕互害。混凝土空隙中的水分通常以飽和的Ca（OH）2的溶液形式存在，其中還含有一些NaOH 和Ca（OH）2，在這樣強堿性的環境中，鋼筋表面形成鈍化膜，它是厚度極薄的水化氧化物（nFe3O3·mH2O），處于惰性狀態保護鋼筋。混凝土密實度低、鋼筋保護層厚度不達標，加速混凝土碳化，當碳化深度超過鋼筋保護層時，鋼筋表面發生銹蝕。另外，因Cl-和O2-的擴散侵蝕而破壞鋼筋表面鈍化膜，一旦破壞，Fe 就處于活性狀態。空氣中的H2O 和O2通過活性鐵進行電化反應，鋼筋銹蝕，水化氧化鐵被溶解氧化后生成氫氧化亞鐵Fe（OH）2，然后再進一步氧化，生成氫氧化鐵Fe（OH）3。氫氧化鐵Fe（OH）3脫水后，就會變成疏松、多孔的紅銹三氧化二鐵Fe2O3，氫氧化亞鐵Fe（OH）2也會因氧化不完全，形成部分黑色的鐵銹四氧化三鐵Fe3O4，在鋼筋表面形成銹層。紅銹體積可大到原來體積的4 倍，黑銹體積可大到原來的2 倍，使混凝土保護層沿鋼筋縱向開裂，而裂縫一旦產生，鋼筋銹蝕速度大大加快。

4 渡槽排架加固方案確定

設計通過方案比較在丙乳砂漿修補方案、粘貼纖維復核材料加固方案、外包鋼筋混凝土增大斷面加固方案中選擇了外包鋼筋混凝土增加斷面加固方案，而常規外包設計包裹厚度為15 cm,地基承載力要求不小于180 kPa，相比加固前地基承載力110 kPa 增加幅度比較大，群眾反映原建設時由于地基應力問題進行過基礎換填處理，為安全起見，需要將包裹厚度減小以減小地基承載力，可厚度減小，鋼筋密無法搗實，經過再三咨詢與思考，最終將常規外包15 cm 厚C25 鋼筋混凝土加固處理優化為外包8 cm 厚無收縮自流密實C25 鋼筋混凝土加固處理，通過計算加固后地基承載力要求不小于140 kPa，在此工程中自密實C25 混凝土單價為1 305.6 元/m3，折算后比普通C25 混凝土外包每延米排架貴71.4 元，13 個排架加固總造價比普通混凝土外包貴3.4 萬元，價格增幅在業主承受范圍。

5 施工工藝要點

5.1 施工準備要充分

1）結合面處理到位。原銹蝕鋼筋除銹，為了加強新老混凝土的結合，鑿去原構件混凝土表面3～5 mm。并用高壓水將原結構的混凝土沖洗干凈，沖掉表面的灰漿。

2）模板安裝應牢固。模板應牢固，確保不漏漿。同時，需充分考慮到澆筑無收縮自密實混凝土的側壓力比澆筑普通混凝土的側壓力大。

3）原混凝土和模板的濕潤。混凝土澆筑前，對模板內原構件混凝土和模板噴水潤濕。但同時，必須做好排水，以確保模板內無積水。

5.2 原材料及配合比要規范

1）應采用普通硅酸鹽水泥，水泥強度及安定性必須合格。

2）集料的級配必須合格，粗集料最大粒徑不宜超過20 mm，針、片狀顆粒含量不得超過5%。

3）通常，外加劑推薦用量為內摻17%（即外摻約20%，水泥∶外加劑=100∶20），外加劑生產廠家有推薦配合比可參考，本工程每立方混凝土中水泥、外加劑、細集料、粗集料（卵石）、水的材料用量分別為437 kg、83.3 kg、741 kg、943 kg、185±10 kg。在施工前，應采用工程實際原材料根據國家有關技術規范進行無收縮自流密實混凝土的配合比試驗，以確保外加劑與水泥的適應性。

5.3 配制與攪拌要細致

1）混凝土自密實性能對原材料及配合比較敏感，因此應嚴格控制原材料質量，并且各材料的計量應保證準確。加水初期，隨攪拌時間延長，自流密實混凝土將逐漸變稀，必須注意控制加水量；用水量過大將可能導致分層離析及強度下降。

2）混凝土拌和時，外加劑直接以粉劑的形式加入。但注意外加劑宜均勻撒布在水泥表面，避免與潮濕的砂、石直接接觸。

3）必須采用強制式攪拌機，并適當延長攪拌時間30～60 s。經長距離運輸或長時間停放后，在澆筑前宜再次人工或機械拌和均勻，以增加流動性。

5.4 澆筑與養護要精心

1）為確保工程質量，可用振搗器振動模板及鋼筋，條件允許時可用長纖插搗或稍振搗，但應注意避免過振。

2）無收縮自流密實混凝土應注意加強早期養護。

6 結 語

湃水嶺渡槽排架加固于2017 年9 月完成，在無收縮自密實混凝土的澆筑中施工順利，混凝土澆筑密實，外觀質量可，混凝土表面無蜂窩、麻面、掛簾及表面裂縫等缺陷，至今運行2 年多，運行管理單位反映良好，原有結構隱患消除。無收縮自密實混凝土適用于配筋特密、形狀復雜、不便振搗的混凝土施工，在水利工程加大截面加固法中不失為一種好選擇。