大掺量磨细矿粉混凝土箱涵裂缝原因分析及处理

厉 辉 戴 智

(1.天津市水务工程建设质量与安全监督中心站， 天津 300204；2.天津水务工程建设交易管理中心， 天津 300204)



大掺量磨细矿粉混凝土箱涵裂缝原因分析及处理

厉 辉1戴 智2

(1.天津市水务工程建设质量与安全监督中心站， 天津 300204；2.天津水务工程建设交易管理中心， 天津 300204)

南水北调中线天津干线输水工程第4标段输水箱涵施工中由于缺少大掺量磨细矿粉混凝土的应用经验，致使箱涵墙体发生较多裂缝。本文对大掺量磨细矿粉混凝土箱涵产生裂缝的原因进行了分析，并对裂缝的处理进行了归纳总结。

大掺量； 磨细矿粉混凝土； 裂缝原因； 灌浆处理

1 工程概况

南水北调中线天津干线输水工程全长约155km，共有6个设计单元。其中第5设计单元线路全长约20km。2009年2月开始建设，2011年10月完工。该设计单元以子牙河分流井为界，上游17.30km为3孔4.4m×4.4m钢筋混凝土箱涵，下游2.23km为2孔3.6m×3.6m钢筋混凝土箱涵。箱涵每15m设一道变形缝，混凝土等级C30W6F150。

2 钢筋混凝土箱涵裂缝基本情况

2.1 箱涵混凝土配合比使用情况

表1 C30W6F150混凝土施工配合比 单位：kg/m3

2.2 箱涵裂缝开展情况

该标段浇筑成型的20节3孔箱涵均按上述配合比浇筑混凝土。浇筑时间为2009年5月中旬至6月下旬。

同年6月底监理和施工单位在对回填后的卫河倒虹吸内部进行质量检查，发现箱涵外墙内壁多处存在渗水现象。施工单位随即对已浇筑成型的20节箱涵进行了全面检查，共发现裂缝222条，其中贯穿性裂缝140条(缝宽0.2～0.5mm)，非贯穿性裂缝82条(缝宽<0.2mm)。裂缝最小长度1.2m，最大长度4.4m，绝大多数呈竖直状，多分布在墙体中部和距墙体两端1/3处附近，从墙体下部的水平施工缝向上延伸，还有4条裂缝延伸到顶板且沿顶板长度方向发展。

3 混凝土箱涵裂缝原因分析

3.1 材料方面影响因素

在用普通硅酸盐水泥拌制的混凝土中加入磨细矿粉，类同于使用矿渣硅酸盐水泥来配制混凝土，只不过是掺入的磨细矿渣粉的细度比矿渣硅酸盐水泥更细而已。用其配制的混凝土在水泥凝结过程中同样进行熟料矿物水化时析出氢氧化钙和掺入水泥中的石膏与矿渣粉中的活性氧化硅活性氧化铝的二次水化反应。这个反应在常温下进行缓慢，凝结硬化也慢，掺量越多，凝结时间越长。据有关资料介绍，单掺矿渣粉混凝土的初凝时间和终凝时间比基准混凝土要推延1～2.5h，当掺量达到60%时，终凝时间达到了769min，大大超过了国标《通用硅酸盐水泥》GB 175—2007中“普通硅酸盐水泥、矿渣硅酸盐水泥……终凝时间不大于600 min”的规定，致使混凝土早期强度较低；另外，由于矿渣粉过细、掺量过大，混凝土收缩性也就更大。养护不当，极易产生裂缝。

上海市《粒化矿渣微粉在水泥混凝土中应用技术规程》(DG/T J08—501—1999)中给出了矿渣微粒粉不同掺量时混凝土强度与基准混凝土强度不同龄期的对比。摘录见表2。

表2 单掺矿粉混凝土与基准混凝土不同龄期强度对比表

从表中看出，矿粉掺量越大，其早期强度相对于基准混凝土的强度越低。当磨细矿粉掺量为60%及以上时，其3d和7d的强度还不到基准混凝土同龄期的1/2和2/3。为此，该技术规程提出了“对地下结构强度中等的混凝土掺量一般为30%～50%”的限制。该工程在没有使用单掺磨细矿粉配制混凝土经验的情况下用到60%的掺量，又缺少有效防控措施，应该是产生墙体裂缝的主要原因。

3.2 人为方面影响因素

施工单位对大掺量磨细矿粉混凝土没有使用经验，在正式浇筑混凝土箱涵前又没有进行现场生产性试验，就按照招标文件的要求配制混凝土。对施工中可能出现的问题估计不足，对混凝土可能发生裂缝的预控措施不利。

3.3 施工方面影响因素

a.鉴于大掺量磨细矿粉混凝土具有较大早期收缩性，为了补偿混凝土早期收缩减少裂缝发生，应在混凝土中掺加一定比例的膨胀剂或适量二水石膏作为体积稳定剂，但在施工中未有掺加。

b.混凝土搅拌程序存在缺陷，搅拌时间不足。对于掺加磨细矿粉混凝土，北京市《混凝土矿物掺合料应用技术规程》(DBJ/T 01—64—2002)中规定“宜采用二次投料法”和“搅拌时间应适当延长，确保搅拌均匀”。招标文件也要求“大掺量磨细矿粉混凝土一般应比常规混凝土拌和时间延长40s”。而现场搅拌的混凝土为一次性投料，搅拌时间也没有达到上述要求。

c.混凝土养护不到位。由于掺加磨细矿粉混凝土早期强度低、干缩性大且对环境温、湿度变化较为敏感，为保证混凝土强度稳定增长，需要延缓拆模时间(招标文件要求，单掺磨细矿粉混凝土的拆模时间不少于7d)和有较好的养护条件及较长的养护时间。上海市在DG/T J08-501—1999中要求“早期养护应在混凝土终凝前进行(如：喷洒养护剂、覆盖湿麻布或塑料布等)，水养护时间至少7d，掺量达到50%以上时，水养护时间应延长至14d，确保混凝土有充分的水化硬化环境”；招标文件要求“混凝土暴露面的潮湿养护时间不应少于21d，干燥或炎热条件下潮湿养护时间不应少于28d”。工程施工正值干燥时节，底板和顶板养护较好，但墙体却不具备水养护条件，只能在墙面上喷涂养护剂或粘贴塑料薄膜，但这项工作只有在拆除模板且清理完毕后才能进行。施工单位为了提高模板周转使用率，往往是尚未达到设计要求的拆模时间即已拆除墙体模板。在拆运模板这段时间里，混凝土受到外界温度、湿度骤然变化的影响，出现表面微细裂缝，又没有充分的水化养护条件，表面裂缝继续发展。

3.4 下部混凝土约束

每节箱涵分两期浇筑。第一期浇筑底板和底板以上85cm高墙体，第二期浇筑85cm以上的墙体和顶板。两期混凝土浇筑间隔时间相对较长，二期混凝土在拆模后受外界环境影响产生收缩时，受一期混凝土约束产生裂缝。

4 对箱涵裂缝的处理

4.1 化学灌浆处理

4.1.1 化学灌浆处理程序和方法

a.将缝口两侧各10cm范围混凝土基面用电动手砂轮打磨平整。

b.钻骑缝孔，孔深30mm，孔距30cm左右(裂缝转折点和尖灭点均布有钻孔)。

c.用高压风枪自上而下清洗基面，吹净缝内的浮尘，再用环氧胶泥粘贴注浆嘴和封缝。封缝完成12h后，用小于0.1MPa的压力进行压风试气，检查贴嘴之间的通畅性和封缝的密封性以及管路安装的牢固性。

d.灌浆。ⓐ灌浆所用材料为PSI-500环氧浆材，环氧树脂主剂与固化剂比例为5∶1；ⓑ灌浆方法为按墙体的竖向裂缝自下而上依次逐嘴上移注浆，顶板的水平纵向裂缝自一端向另一端逐嘴灌浆，相邻嘴出浆时采取并联施灌；ⓒ灌浆压力从0.2MPa开始逐步提升到0.5MPa；ⓓ灌浆结束标准分两种情况，一是中墙和尚未回填的外墙达到规定灌浆压力0.5MPa时，吸浆量小于0.02L/5min，再继续灌注30min灌浆结束，二是已回填箱涵的边墙，考虑贯穿裂缝的墙体外侧不能采取封闭措施，为保证灌浆质量以单条裂缝平均注入量达到10L/m作为结束标准。

f.灌浆结束后拆除注浆嘴，用M30水泥砂浆封堵注浆孔，表面再用环氧胶泥封堵严密。

4.1.2 灌浆效果检查

根据设计要求，按裂缝宽度0.2mm以下和0.2mm以上两种情况分别在中墙和边墙的灌浆部位钻取4组芯样进行灌浆效果检测。钻孔深度不超过墙厚的2/3，芯样直径100mm。检查检测结果，芯样裂缝灌浆饱满，试样抗压强度均符合设计要求，且均未在裂缝灌浆缝面破坏。

4.2 内、外墙面防护处理

为了确保箱涵输水安全，消除可能存在的隐患，裂缝灌浆完成后又对箱涵内表面刮涂了4层聚脲、外表面涂刷了3层BT-1型混凝土宝进行封闭防护处理。

5 结 语

大掺量磨细矿粉混凝土应用是发展方向，但目前还没有国家规范可遵循，如何保证其工程质量尚应通过实践摸索、经验积累和科学研究。该工程通过对裂缝进行化学灌浆和对其表面进行封闭防护处理，箱涵内部干场，收到了预期效果。裂缝发生后改进了混凝土配合比(胶凝材料比例为水泥50%、磨细矿粉30%、粉煤灰20%)，箱涵未再发生类似裂缝。从2014年12月正式通水以来该段工程运行正常，未有异常现象发生。

[1] 湖南大学.建筑材料[M].北京： 中国建筑工业出版社, 1989.

[2] 孙慧玲.磨细矿粉对混凝土性能的影响[J].科技信息,2010(17).

[3] DG/TJ 08—501—1999粒化高炉矿渣微粉在水泥混凝土中应用技术规程.

[4] DBJ/T 01—64—2002混凝土矿粉掺合料应用技术规程.

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