U型薄壳渡槽混凝土开裂脱落处理方法研究

摘 要：U 型槽是水利水电工程中常用的一种水利学构件，对于预制混凝土U 型渡槽，通常采用正置的方式进行预制，但这种方法往往会使混凝土渡槽的底部未捣实而引发混凝土的开裂脱落，导致其中的钢筋生锈，使渡槽结构受到破坏。环氧树脂砂浆和环氧树脂混凝土因拥有良好的粘结性和补强作用而广泛用于此类问题的粘补，本文则以韶山灌区工程中U 型渡槽的补强为例进行分析和研究。

关键词：U 型渡槽；环氧材料补强；保护层脱落

U型渡槽以其结构轻便，造型简单和刚度强度高等优点在输水工程中受到了设计者的青睐。但U型槽的施工要求严格技术要求高，因此一旦稍有疏忽就会影响整个工程的施工进度以及工程安全，而韶山灌溉区域就因为U型渡槽出现了质量问题而受到影响。

一 相关工程概况

韶山灌区工程是集防洪发电以及航运和供水功能为一身的大型引水工程，其灌溉的农田区域达到了667亿亩农田。此项工程从1965年兴建开始，1966年正式投入使用，其中U型渡槽构件于1965年7月在现场进行正置浇筑预制, 次年10月份完成吊放。灌溉区域涵盖了湘潭、长沙和娄底这三个主要商品粮商品粮生产基地。灌区主干渠总厂6243米，其中矩形渡槽22座，U型槽4座，共26座渡槽。其中U型渡槽的槽壳内径为1.5米，壳厚20cm。圆心与槽顶80cm，拉杆截面高为7.5m，宽10m，间距为110cm。剧老化观测，这四座U型渡槽都出现了混凝土裂缝碳化剥落、钢筋锈蚀等问题。裂缝最大宽度达到了1.28mm，宽度达到了0.45mm，构件于1965年7月在现场进行正置浇筑预制, 次年10月份完成吊放。总之, 处理该渡槽的开裂与漏水问题已刻不容缓。

二 对于形成原因的分析

从槽壳的混凝土从开裂开始直到脱落的全过程的规律来看，其根本原因可能发生的时间可能比施工时间更早，甚至出现在槽身预制的过程中，由于其混凝土中水分的蒸发而导致结构内部混凝土出现了大量连通的裂缝，又因为其槽壳的预制方式为正置浇制，底部由于不易捣实而导致裂缝更加明显。因此当孔隙水达到饱和并且室外温度达到零下时，孔隙水结冰导致了预制结构内部孔隙水无法排出，撑大了裂缝的宽度，同时破坏了钢筋表面的钝化层，使其生锈速率加快，加速了钢筋的膨胀，是裂缝加大，构成了一个恶性循环。

三 处理方法

按照裂缝发展的变化规律来进行分析，可以将裂缝的种类分为三种：

（1）稳定裂缝。稳定裂缝是指长度深度和宽度都不再变化的裂缝，稳定裂缝的裂缝大小已经确定，不会再发生改变。

（2）伸缩裂缝。这种裂缝多会随着季节温度以及天气而按照一定的规律进行伸缩的变化。

（3）发育性裂缝。发育性裂缝一般都处于继续扩大的阶段，其原因也是多种多样。

由此可见，韶山灌溉区的U型渡槽槽身之间的漏水裂缝是属于第二种，而槽壳底部开裂以及混凝土脱落等问题则是处于第三种情况。对于伸缩缝的漏水情况，根据经验则是需要对缝隙进行修补从而达到止水的目的，通常采用的方法有表面板止水、化学灌浆止水和骑缝清理用弹性材料填塞等，目前为止最为先进的技术则是聚氨酯遇水膨胀胶，它具有强度高、弹性好、耐用性好、不易变形而挤出等优点。而和伸缩缝隙的缝补相比，发育性裂缝的缝补问题则更为复杂，处理材料不仅要有粘结作用，而且修补完的结构强度也要符合要求，。然而，采用传统的混凝土进行粘补往往都达不到材料的粘结性，而采用树脂有机材料虽然粘结度符合要求，但是其结构强度却远远达不到要求。所以，面临这种问题我们往往会各取两者的优点，采用由环氧砂浆和环氧混凝土组成的复合性材料对结构进行修补。环氧砂浆环氧混凝土配置的方法主要分为两种，一是将环氧树脂与邻苯二甲酸二丁酯在隔水加热至70摄氏度时按照五比一的比例充分搅拌，当温度降低至35-40摄氏度时，与邻苯二甲酸二丁酯一半量的乙二胺混合，组成的基业再与425号水泥搅拌成的水泥砂浆进行混合。二是在搅拌425号水泥砂浆时，将425号水泥与细沙和混合料以1:1:1的比例进行混合。在进行粘结的过程中也要严格遵守相关的施工程序：

（1）用钢丝刷对破损处进行清理，将松动的混凝土进行完全的清除，并对清理后的破损处用水进行再次清洗，保证粘结处的清洁、卫生以及平整。

（2）用机械工具对钢筋表面的铁锈进行清除，并用丙酮擦洗清理后的生锈处，使其表面生成一层氧化膜。防止其再次锈蚀膨胀。

（3）用环氧树脂砂浆或环氧树脂混凝土进行裂缝处的缝补，并处理仍旧完好的混凝土，使结构的混 凝土保护层重新发挥作用。

（4）对修补完成的部分进行养护，养护周期应在7天以上。四 处理时应注意的问题

（1）施工过程当中材料的配置应严格按照给定的的比例进行配置，整个施工过程应应该按照相关操作规程进行；

（2）在进行裂缝处的清理过程中，缝补平面必须用刚刷进行清理，完全清除其表面的凿毛等，使工作平面保持干燥整洁，这是保证修补工程质量的主要因素。

（3）施工现场的温度应维持在15-40摄氏度之间。

（4）现场施工人员应注意安全措施的准备，禁止将火种带入施工现场，施工时要佩戴眼镜手套等劳保用品。

（5）环氧材料为毒性物质，对环境有严重危害，所以应随配随用，用多少配多少。

（6）为防止粘结材料粘结不紧，结构的侧面脱落处应先涂积液，再涂砂浆，立即支模，一气呵成。

（7）涂刷工具在使用完毕后应浸泡在丙酮溶液中进行清洗，切不可暴露在空气中，使工具上的环氧材料凝固，导致工具无法再次使用。

（8）若工作人员不小心与环氧材料进行接触，应即使用酒精以及肥皂等清洁工具进行清洗，切不可用有机溶剂。

（9）施工后的工具以及残留溶液切不可随便抛弃，以免造成环境污染。

五 总结：随着南水北调工程的进行，U型薄壳渡槽的使用率越来越高，由于我国社会建设的前期的技术不够发达，所以所生产的U型薄壳渡槽多是采用正置浇筑的生产施工方式，导致了其底部不易捣实的缺点，使结构底部的混凝土强度达不到要求，致使结构产生裂缝并对结构造成破坏，因此，在今后的工程中，预制U型槽应采用反置浇筑的方式，这样便有效的避免了底部不易捣实的缺点。在设计结构的混凝土配比时，应严格控制水灰比，并剔除含有氯化钠和氯化钙等含有氯离子的材料，避免氯离子对钢筋的腐蚀。同时在设计时也要保证混凝土保护层有足够的厚度，保证钢筋不受空气

中水分及其他元素的侵蚀。在结构完成以后，要注意结构的后期养护，尤其是要注意环境温度的变化，防止其伸缩缝隙的产生。另外，在建设渡槽时，要注意对渡槽的基础进行处理，防止排架基础不均匀沉降的发生，构建在与之过程中要注意在养护的过程中尽量避免裂缝的产生，尺寸也要严格遵循图纸的设计尺寸，才能够使构件在吊放安装过程中施工的顺畅，保证了U型薄壳渡槽的施工进度和质量。

参考文献：

[1]于俊.周济.U型槽优化方法程序库OPB-1原理及使用说明[M]北京机械工业出版社。1989;

[2]刘宪亮.U型渡槽结构优化设计[J]华北电力学院学报;1998-（2），9-12;__