水利渠道斜面大断面薄壁衬砌混凝土裂缝处理

张信刚

(中铁二十局集团第五工程有限公司，云南 昆明 650200)

1 工程概况

乌兹别克斯坦渠道工程混凝土衬砌全长35.2km，渠道过水断面为梯形断面，设计渠底宽度为10m，顶宽为32.3m，内侧坡比为1∶2.5，外侧坡比为1∶3，PK000+00—PK352+00段渠底高程为103.47～98.27m，渠道纵坡为1.5/10000，全渠段采用混凝土衬砌，厚度为12cm；竣工后渠道过水深度为6m。衬砌混凝土属于薄壁结构，本地区位于沙漠地区，白昼气温温差大，多风，失水很快，容易产生裂缝。

2 出现混凝土裂缝的原因及特征

(1)混凝土在硬化过程中由于干缩引起的体积变形受到约束时产生裂缝，这种裂缝的宽度有时会很大，甚至会贯穿整个构件。

(2)当有约束时，混凝土热胀冷缩所产生的体积胀缩受到约束力的限制，在内部产生了温度应力，由于混凝土抗拉强度较低，容易被温度引起的拉应力拉裂从而产生温度裂缝(由于太阳曝晒而产生的裂缝是工程中最常见的现象)。

(3)在炎热或大风天气，混凝土表面水分蒸发过快以及混凝土水化热高等，在混凝土浇筑后数小时仍处于塑性状态时，易产生塑性收缩裂缝。

(4)局部土工膜褶皱引起裂缝。

(5)混凝土坍落度偏大导致混凝土凝固前产生裂缝。

(6)裂缝位置出现在斜面。

3 裂缝分类

渠道衬砌混凝土裂缝检查判别标准见表1。

表1 渠道衬砌混凝土裂缝检查判别标准

根据调查，在里程为PK266+36—PK163+00段，渠道共有裂缝64条，其中Ⅰ类裂缝45条，Ⅱ类裂缝19条，裂缝形状如图1所示。

图1 裂缝形状

4 裂缝处理

4.1 原材料

原材料采用Premhor R型裂缝处理剂、环氧树脂、稀释剂(异丙醇或乙酸乙酯)。

(1)规格参数

Premhor R：材料的容重为1.28g/cm3；粒度(粒度测定法)(EN 12192-1) 0～2mm；应用温度为5～30℃；混合料的储存时间为10min(40℃)；20min(30℃)；30min(20℃)；初凝时间(EN 13294) ≥15min，终凝时间≥ 60min；硫酸根离子含量(EN 115-17) <0.20%；抗压强度(EN 12190)>35MPa；弯曲强度(EN 12190)>7MPa；限制收缩率<0.08%。

环氧树脂溶液：密度(EN 1015-6)为1990kg/m3，掺合环氧树脂的目的是进一步防止浆料收缩产生细微裂缝。

(2)材料性能、适用部位及优势

①一种触变性、快速凝固、不收缩微膨胀的修复组合物，用于恢复和修复表面以及快速固定。由于特殊的组合，使用Premhor R制成的修复点具有防水性能。

②Premhor R硬化很快，对混凝土的修复和恢复极为重要，尤其是在冬天(修复混凝土表面，修复飞檐、窗台、门楣、关节之间的墙壁，墙壁和地板之间，裂缝修复，混凝土地板上，桥梁、隧道、大坝、坦克和水箱，等等)。此外，Premhor R也推荐用于快速固定的部位。

③其优势是需要快速凝结及高强度的部位，在低温环境下有较好的工作效应，有较好的防水性能。

4.2 主要机具

电动机具：电动搅拌器、打磨机、空压机。

手用工具：钢丝刷、搅拌桶、小铁桶、喷枪、刮刀、毛刷、消防器材、防腐手套等。

4.3 裂缝处理方法

根据裂缝的宽度、裂缝的分布数量和材料的不同特性，采用不同的处理方法。处理后的裂缝要能保证结构原有的整体性以及防水防渗漏的要求。本工程采取表面涂抹、凿槽嵌缝方法。

(1)缝宽δ≤0.5mm时，采用Premhor R型裂缝处理剂涂抹方式处理；缝宽δ>0.5mm时，采用凿槽加Premhor R型裂缝处理剂掺合环氧树脂嵌缝处理。

①表面裂缝

采用Premhor R掺合水涂抹施工方法，其工艺流程如图2所示。

图2 表面裂缝处理工艺流程

a.表面处理。表面必须坚固(抗拉强度在1N/mm2以上)，无油脂、油污、油漆或灰浆、砂子、灰尘等。使用机械方法(喷砂、钢丝刷清洗)。光滑和良好的多孔表面也必须加工，以获得足够的粗糙度和孔隙率。

b.根据需要按Premhor R∶水=1比例将浆料拌合均匀。

c.清水湿润裂缝，保持裂缝湿润无明水，毛刷涂抹Premhor R混合浆料。

d.使用用土工布用力擦拭，使拌合浆料充分压入缝隙。

e.现场使用干水泥粉饰裂缝表面，用抹布擦拭，该道工序的作用是能保持混凝土颜色基本一致。

f.养护保持表面湿润至少14d以上。

②深度裂缝

采用凿槽加Premhor R掺合环氧树脂、细石混凝土施工方法，其工艺流程如图3所示。

图3 深度裂缝处理工艺流程

a.深度裂缝(裂缝深度<6cm)

需要凿U形槽处理，用与表面成直角的垂直开槽至裂缝深度处，对于贯穿12cm厚度的裂缝，凿到土工布上层时，用手动配合小型机具小心清理凿除，以免损坏土工膜布；一般情况下，宽度尽量小，但为保证施工方便，凿槽宽度易开到3～5cm，然后用水冲洗，恢复混凝土表面，用金属丝刷彻底清洁干净。

保持混凝土凿开断面湿润无明水，配制Premhor R掺合水1∶1浆料，毛刷涂抹凿U形槽断面处，注意无积水、无积浆。

Premhor R掺合水，按照水灰比为0.2充分快速搅拌均匀；环氧树脂加热至恒温60℃，环氧树脂按照质量比10%～15%溶解稀释剂中掺合充分搅拌均匀；按照20%～30%掺量溶解有环氧树脂的稀释剂溶液兑入粘稠的Premhor R浆料中，充分搅拌均匀。

用手配合小灰刀将配置好的浆料混合物捏成条状，压入凿开经过处理湿润的U形槽内，使用φ14～16圆头钢筋配合小灰刀插捣密实。

表面用灰刀压实收面抹光。

b.深度或贯穿裂缝(裂缝深度≥6cm)

为了节约成本，对于厚度3～12cm范围考虑使用Premhor R加稀释剂(环氧树脂按照质量比10%～15%溶解异丙醇或乙酸乙酯)，再加入5～10mm细石；Premhor R∶细石∶稀释剂质量比例按照1∶2∶0.3；充分搅拌均匀，用手配合小灰刀将配置好的混合物捏成条状，压入凿开经过处理湿润的U形槽内(深度3～12cm范围)(图4)，使用φ14～16圆头钢筋配合小灰刀插捣密实。表层以下3cm范围内采用Premhor R掺合水，按照水灰比为0.2充分快速搅拌均匀；环氧树脂加热至恒温60℃，环氧树脂按照质量比10%～15%溶解稀释剂中掺合充分搅拌均匀；按照20%～30%掺量溶解有环氧树脂的稀释剂溶液兑入粘稠的Premhor R浆料中，充分搅拌均匀，用手配合小灰刀将配置好的浆料混合物捏成条状，压入浅U形槽内，使用φ14～16圆头钢筋配合小灰刀插捣密实，表面用灰刀压实收面抹光。

图4 深度裂缝(裂缝深度≥6cm)处理示意图

30min后使用干水泥粉饰表面，用抹布擦拭，该道工序作用是能保持混凝土颜色基本一致。

土工布覆盖洒水，保持表面湿润7～14d。

4.4 裂缝处理养护完成后闭水试验检测

乌兹别克斯坦国家水利部计量中心于2020年6月7—14日对PK266+30—PK265+80段(该段有一条长2m、宽1.5mm的裂缝，两条长3m、宽0.4mm的裂缝)进行闭水试验。检测结果见表2。

表2 检测结果

5 结语

使用Premhor R按照一定比例掺合水、掺合含环氧树脂的稀释剂方法解决处理乌兹别克斯坦布斯坦水利项目渠道裂缝，经乌兹别克斯坦布斯坦国家水利部检测机构蓄水闭水试验，裂缝抗渗效果良好，满足地方标准要求；使用这种材料进行裂缝处理为以后乌兹别克斯坦同类型混凝土施工裂缝处理积累丰富经验。

乌兹别克斯坦地处中亚，国家条件限制材料匮乏，工业体系不发达，材料采购极其不便，大部分裂缝处理材料系进口，成本较高。经实践证明，Premhor R材料裂缝处理后期一段时间养护要求较高，若养护不足会出现细裂纹。