混凝土U形渠道凍脹防治技術(shù)研究與應(yīng)用

王紅久

（山西省運城市水利工程建設(shè)局，山西 運城 044000）

我國有規(guī)模的開展渠道防滲始于上世紀(jì)60年代，當(dāng)時的防滲形式主要有塑料膜、混凝土預(yù)制或現(xiàn)澆板、漿砌石、80-90年代又規(guī)模的發(fā)展了混凝土U形渠。在北方季節(jié)性凍土地區(qū)，這些防滲工程均存在不同程度不同的凍脹破壞問題，往往在興建后的數(shù)年內(nèi)即遭到破壞，給渠道的管理和運行造成了諸多困擾。

上世紀(jì)70年代至90年代以來，各地極為關(guān)注渠道防滲工程的凍脹破壞問題，開展了多項有關(guān)渠道凍脹的實驗研究，并取得了一系列的研究成果。使渠道凍脹防治技術(shù)取得了突破性進(jìn)展。

1 渠道凍脹破壞機(jī)理

渠道的凍脹破壞是由于基土在負(fù)氣溫的作用下產(chǎn)生凍結(jié)和不均勻凍脹，而渠道襯砌體本身自重較輕，不足以抵抗凍脹力的結(jié)果。寒季負(fù)氣溫固然是決定凍深和凍脹的一個關(guān)鍵因素，但對于某一地區(qū)的凍結(jié)期負(fù)積溫是相對穩(wěn)定的。因此，影響渠土凍脹的主要自然因素就是土壤和水分條件；很多情況下，凍脹量的大小主要由基土的水分補給條件所決定。

試驗調(diào)查資料表明，混凝土是一種多孔體，水工混凝土一般強(qiáng)度較低，水泥用量少，透水性較強(qiáng)。當(dāng)?shù)叵滤坏陀谇?，凍結(jié)期行水時，U型渠混凝土含水量飽和，遇寒引起凍融、剝蝕和脫落；凍脹量隨渠基土含水量的增加而增加。在特定條件下，凍脹量減少的核心技術(shù)是降低渠基土的含水量。

2 混凝土U形渠凍脹防治措施

本文將介紹一種具有高效減水和憎水等多種功能的有機(jī)硅防水劑，摻入混凝土U形渠現(xiàn)澆或摻入水泥砂漿抹面U形渠或直接噴涂U形渠，均可以提高U形渠的抗?jié)B、節(jié)水，抗凍融剝蝕能力，可以減少對渠基土的水分補給，使渠床中土壤水分冰點降低，阻止水分遷移，從而，削減渠土凍脹量，提高混凝土U形渠的使用壽命。

3 施工方案

有機(jī)硅摻入混凝土或水泥砂漿，配制簡單，施工方便，要求不高，但必須掌握關(guān)鍵技術(shù)和要點，才能保證工程質(zhì)量。因此，必須有嚴(yán)格的質(zhì)量控制和保證制度。材料的配制和有機(jī)硅使用，應(yīng)該在有經(jīng)驗的專業(yè)人員指導(dǎo)下進(jìn)行。

方案Ⅰ：現(xiàn)澆有機(jī)硅混凝土U形渠施工

有機(jī)硅滲入現(xiàn)澆混凝土，一般滲量為水泥重量的2%-3%，也可根據(jù)工程實際需要，由實驗確定滲量。施工時先將有機(jī)硅倒入自來水?dāng)嚢杈鶆颍ㄗ⒁忭樞颍蛴袡C(jī)硅比重大于水的比重），然后加入水泥砂子和石子，再行攪拌，按普通混凝土方法施工。初凝后，濕潤養(yǎng)護(hù)不少于14天。

方案Ⅱ：現(xiàn)澆普通混凝土U形渠成形后，用有機(jī)硅砂漿抹面施工。

摻入水泥砂漿抹面：現(xiàn)澆普通混凝土U形渠初凝前，用配比為有機(jī)硅:水=1:8的稀釋液，拌和水泥:砂子=1:2（重量比）成泥漿，刮抹厚1.0-1.2cm，并趕光壓實。初凝后，濕潤養(yǎng)護(hù)不少于14天。

方案Ⅲ：現(xiàn)澆普通混凝土U形渠成形后，有機(jī)硅噴涂或刷涂渠道表面。

噴涂前用有機(jī)硅防水砂漿修補U形渠的孔洞，裂隙，待渠道表面充分干燥后，在天氣晴朗無風(fēng)時，進(jìn)行噴涂工序。一般用6-7倍自來水稀釋有機(jī)硅后，對U形渠表面連續(xù)噴涂2-3遍，中間不得停頓。噴完48小時內(nèi)不得淋雨、破壞，也不得灑水養(yǎng)護(hù)。

4 有機(jī)硅防滲混凝土U形渠凍脹破壞的機(jī)理

由試驗結(jié)果可以認(rèn)識到，有機(jī)硅使混凝土產(chǎn)生一系列物理上的、力這上的及化學(xué)上的變化，而這些變化必然會對混凝土的一些性能產(chǎn)生影響。

有機(jī)硅極易被空氣中的CO2所分解，生成不溶于水的極強(qiáng)的粘結(jié)物甲基聚硅醚。這種物質(zhì)具有分散水泥顆粒的作用，由于含有表面活性劑，可以降低用水量，改善混凝土和易性，提高其致密性；有機(jī)硅溶液凝結(jié)形成堅韌致密的薄膜，分布于混凝土骨架之中，填充空隙，切斷與外界的通道，減少毛細(xì)管壓力，相應(yīng)地提高了混凝土的抗壓、抗?jié)B能力。有機(jī)硅具有防水保水和阻止混凝土碳化作用放出的水分，這些都是混凝土具有自養(yǎng)性能和后期強(qiáng)度持續(xù)不斷提高的原因。

由于有機(jī)硅使孔隙細(xì)化的結(jié)果，這一方面使孔隙中水的凍結(jié)速度降低，另一方面孔隙中水分大大減少，從而使混凝土中的微小氣泡更好地發(fā)揮緩沖作用，宏觀上表現(xiàn)為混凝土經(jīng)受凍融次數(shù)就增加了，使混凝土具有優(yōu)良的抗凍性能。

有機(jī)硅具有防治混凝土龜裂干裂的性能，是因為有機(jī)硅合成劑具有橋鍵作用，有機(jī)硅分子中的活性基因與水泥水化形成的游離離子進(jìn)行交聯(lián)反應(yīng)，形成特殊的橋鍵，在水泥顆粒周圍發(fā)生物理化學(xué)吸附，形成均勻的連續(xù)相，改善了水泥砂漿硬化體的物理組織結(jié)構(gòu)和內(nèi)應(yīng)力，大大減少了混凝土微裂縫的產(chǎn)生。達(dá)到提高U型渠抗?jié)B、節(jié)水和抗凍融剝蝕能力的目的。

結(jié)語

有機(jī)硅作為混凝土的外加劑是一種獨具特色的具有廣泛應(yīng)用前景的商科技產(chǎn)品，通過提高混凝土U型渠的抗壓、抗?jié)B，降低混凝土水灰比，提高其密實度，降低渠基土含水量，達(dá)到增強(qiáng)混凝土U型渠的使用壽命的目的。

上述有機(jī)硅U形渠施工的三種方案，可任造其一或采用Ⅰ-Ⅱ的組合方案。

每年冬季渠道行水前，應(yīng)該用有機(jī)硅防水砂漿對渠道損壞滲漏處進(jìn)行修補堵漏，以減少對渠基土的水分補級削減凍脹量。

[1]王登高.有機(jī)硅合成劑在水利工程中的應(yīng)用 [J].中國農(nóng)村水利水電，1997年第四期P26～P29.