混凝土保湿养护膜在南水北调工程中的应用

王守奎

(河南科光工程建设监理有限公司 郑州 455003)

1 引言

举世瞩目的南水北调中线工程正在如火如荼地进行,渠道混凝土衬砌的裂缝问题,至今尚无法完全有效地控制。但根据裂缝的成因分析,有些裂缝是可以控制的。

2 渠道混凝土衬砌裂缝的分类和控制方法

a)基础变形产生的裂缝。

由膨胀土或膨胀岩遇水膨胀使基面隆起造成裂缝问题,解决办法是用粘性土换填2m左右,可以消除。另有高填方因沉降引起混凝土裂缝,解决办法是延长沉降时间,一般为6个月以上,或超填一定高度进行加载,加速沉降,待沉降趋稳后再衬砌。

b)混凝土配合比不当产生的裂缝。

目前普通硅酸盐水泥出厂强度都很高,而衬砌混凝土一般为C20,如只考虑混凝土强度配合比不当,也易产生裂缝。解决办法是反复模拟试验,优化配合比。混凝土坍落度当渠坡为1︰2时宜在5.5～6.5cm之间,渠坡为 1︰2.5～3宜在 6.5～7.5cm之间。

c)衬砌机型产生的裂缝。

衬砌机选型不当,如自制简易衬砌机,因振捣效果差,易产生裂缝。所以购机前先实地考察,选已使用证明可行的厂家生产的衬砌机。振动碾压式衬砌机比振动滑模式衬砌机产生的裂缝要少。

d)人为因素产生的裂缝。

人为因素很复杂,一般表现在施工人员未进行岗前培训,质量意识差,粗心大意,振捣不到位,抹面时机不当等,此类产生的裂缝最多。解决办法只有加强岗前培训,在衬砌前先进行一段非正式模拟衬砌试验,待人机配合熟练后再开始渠道衬砌。

e)施工时环境温度产生的裂缝。

当白天温度高于25℃时,由于混凝土板太薄表面失水过快,抹面时机不好掌握,易产生裂缝。当气温低于0℃时也易产生冻裂。解决办法是当气温高于25℃时利用夜晚进行衬砌,当气温低于0℃时停止施工。

f)大风产生的裂缝。

黄河以北四季多风,且白天风力远大于夜晚。风力超过4级,由于混凝土板太薄表面失水过快,来不及收面已产生裂缝。解决办法是留心观察天气预报和气象规律,避开大风天气衬砌。

g)锯缝太晚产生的裂缝。

锯缝时间非常关键,选择不当极易产生裂缝。根据经验可采用温度时法进行控制,即350～400h◦℃开始锯缝,可有效控制此类裂缝。

h)冻胀裂缝。

黄河以北冬季气温较低,因不好覆盖保暖易产生裂缝。进入冬季,虽气温高于0℃,但锯缝用水和水养护法容易在坡脚积水,冬季水分蒸发慢,当寒潮突然袭击,饱和水易产生冰冻,使齿墙产生裂缝。所以冬季应尽量减少用水量,渠底及时排水,当不能及时进行渠底衬砌时,要用干土或草袋覆盖保暖。

i)结构性裂缝。

渠坡与齿墙刚性连接,当锯缝水和养护水太多,在齿墙处积水长时间浸泡使地基变软,使齿墙下沉,在齿墙于坡面30～50cm处产生水平裂缝。此类结构性裂缝最好是设计将刚性连接变为柔性连接。

j)养护不当产生的裂缝。

此类裂缝多为细小裂缝。目前南水北调工程普遍采用常规水养法。为了减少用水量,很多标段采用了很多方法。如有用草袋覆盖,有用棉毡覆盖的,有用土工布覆盖的,有用洒水车洒水的,有用人工浇水的,还有用塑料管滴水养护的。但所有这些方法都有一个缺点,人为因素大,时湿时干,无法保持均衡湿润状态。且草袋易使混凝土表面变黄,影响观感。草袋、棉毡块小,易被大风吹走。土工布不吸水,养护一次高温季节维持不到一个小时。为改善养护方法,在南水北调安阳段建管处和监理部领导的同意和大力支持下,决定引进公路工程使用的混凝土保湿养护膜,在安阳进行试验。

3 混凝土保湿养护膜在渠道衬砌中的应用

混凝土保湿养护膜系列产品以新型可控高分子吸收材料为主料,根据混凝土的水化机理进行设计,具有较好的节水保湿性能。在公路工程中已被广泛使用。但公路工程大多为水平面,渠道衬砌大多为斜面,是否对斜面也适用,只有通过实验。

2008年9月25日将节水保湿养护膜在南水北调安阳段四标AY16+500～524右岸渠坡进行试验。所用养护膜为双层 (芯膜+面膜),幅宽2m,卷长500m。施工时幅与幅之间用胶带粘接,坡面上下用土压紧,两边用保温板条卡在伸缩缝中,养护28d,期间风力大多在2～4级,经观察,7d内相对湿度为95%以上,28d内相对湿度在90%以上,保湿效果非常理想。养护期间混凝土表面总能保持湿润状态,养护后无浮砂,颜色呈青灰色。养护时膜内温度比环境温度高2～10℃,并能有效平缓昼夜温差,对减少和抑制微裂缝有很好作用。钻芯取样三组试件,对混凝土强度有轻微提高。

2008年 10月30日又将试验长度扩大到200m。期间出现过3次5～6级风,由于普通胶带在野外抗老化能力差,大风将养护膜从粘接处撕开吹起,破坏面积有一半,抗风又成为新问题。且时间已是2008年11月18日,冷空气过后,夜晚气温已降至零度以下,发现养护膜内有结冰现象,为了防止冻伤混凝土,暂停使用养护膜。

为了解决抗风问题,经多次与厂家沟通和研究,决定将养护膜热焊,幅宽增加到4.2m,利用衬砌每4m有伸缩缝这一特点,将每幅养护膜卡在伸缩缝里,增强抗风能力。2009年3月初,气温已升到零度以上,3月5日用焊接膜进行试验,但由于养护膜塑料膜很薄,焊接质量要求很高无法保障,且热焊后膜变脆,大风容易从焊缝处撕开,将养护膜破坏,虽破坏程度有所降低,但仍有三分之一被破坏。根本问题仍未得到解决。经再次与厂家沟通和研究,形成共识,只有改进生产工艺,将面膜改为幅宽4.2m,没有任何接缝,芯膜粘在面膜上,再进行试验。

2009年3月27日,开始用新膜试验,一个月内出现过4次5～6级风,2次7～9级风,除有两处破坏外,98%以上完好无损,且破坏的地方为摊铺质量问题,经总结确定了养护膜摊铺方法。此摊铺方法非常重要,如方法正确,抗风已不是问题。

养护膜摊铺方法:渠道衬砌锯缝完成后,清扫板面的污垢,浇水让板面达到饱和水状态,在板面有大量明水状态下,将养护膜放在坡顶,注意有孔眼的一面朝向混凝土面 (每卷标签上有说明),拉开每卷膜端头30cm长用土块或其他物品临时压紧不让风吹起,用直径 20mm钢管或钢筋,长4.6m,穿入每卷膜圆芯内,两头用绳子拉住,慢慢从坡顶向下滚动摊铺,如局部板面缺水,必须及时补水后再摊铺,每幅铺完后,在衬砌板垂直水流方向4m伸缩缝处要将膜两边全部塞进缝内并用保温板条或渠道用闭孔泡沫板条全部镶满伸缩缝将膜卡紧,以防止被风吹起而影响养护质量,然后在坡底用土压紧底膜端头,利用剩余膜从坡底向上滚压向上赶气直到坡顶,使膜与混凝土面形成真空 (必须要赶气),最后在坡顶用土将膜封严压紧。要点是:一要板面必须在饱和水状态下,二是不让任何地方进空气,三是人不能踩在膜上。

2009年4月10日,在四标再做土工布覆盖洒水养护试验,经成本对比,用养护膜养护的成本比用土工布覆盖洒水养护低30%。节水率高达95%以上。该养护膜经 “中国疾病预防控制中心环境与健康相关产品安全所”2009年1月12日检测为无毒级。

4 结语

经过半年多反复试验,混凝土保湿养护膜在南水北调中线工程安阳段使用取得成功。由使用情况得知,经过一个冬季,用养护膜养护的衬砌面,未发现新增裂缝,用水养护的衬砌面冬季后又发现有新增裂缝。由于养护膜用水量少,不浸泡坡脚,在齿墙与坡面30～50cm处出现结构性裂缝比水养护大大减少。混凝土保湿养护膜的优点是施工简单、养护效果好、成本低、节水多,预防干缩裂缝效果明显,值得大面积推广。因此,南水北调中线工程安阳段已有3、4、6标主动在使用,1、2标已准备使用。施工单位使用情况反映良好。