无收缩自流密实混凝土在渡槽排架加固中的应用

贝承前

（衡阳市水旱灾害防御事务中心，湖南 衡阳 421000）

无收缩自流密实混凝土由无收缩自流密实混凝土外加剂与水泥、水、砂和卵石或碎石按照一定配合比配制而成，适用于配筋特密、形状复杂、不便振捣的混凝土施工。具有以下性能特点：高流动性，保证混凝土能自流密实成型；高粘聚性，保证混凝土流动及停放过程中不发生离析现象；高保水性，保证混凝土硬化过程表面无泌水；高强度（最高强度可达100 MPa）、高抗冻、高抗渗；硬化过程不收缩，具有微膨胀作用；与老混凝土粘结强度高，避免使用界面剂导致的施工不便；抗氯离子腐蚀，具有优异的阻锈能力；凝结硬化过程抗震动干扰强；含粗骨料且强度可调，性能与被加固混凝土一致。

2017 年9 月衡东县甘溪灌区湃水岭渡槽排架加固中运用了无收缩自密实混凝土，至今运行2 年有余，运行管理单位反映良好，原有结构隐患消除。

1 工程概况

甘溪灌区位于衡东县洣水河下游，原设计灌溉面积0.84 万hm2（12.64 万亩），核实灌溉面积为0.51 万hm2（7.596 5 万亩），由甘溪水轮泵水电站提水灌溉。

2016 年，甘溪水轮泵水电站对甘溪灌区东风干渠30.076 km 进行了改造，涉及渡槽加固3 处，其中位于桩号12+547 的湃水岭渡槽是几处渡槽中排架混凝土碳化最为严重的一处。湃水岭渡槽于1969 年正式建成运行，至2016 年改造时已运行40 多年，设计流量2.441 m3/s，控制灌溉面积2 399.53 hm2（35 993 亩），为排架简支支承梁式“U 型”渡槽，槽身总长140 m，共14跨，排架13 个，最大高度20 m，一般高度15～18 m。

2 渡槽排架存在的主要问题

经现场踏勘，渡槽槽身运行情况尚可，但排架处于病险运行，槽身分缝止水漏水严重，排架混凝土碳化严重，13 个排架都出现裂缝，并且绝大多数裂缝出现于排架柱棱角上，沿着受力钢筋分布竖向开裂最为严重，沿箍筋方向裂缝稍次，裂缝严重位置混凝土疏松、脱落，钢筋外露锈蚀严重。立柱表面存在大面积蜂窝麻面。

3 渡槽排架病险成因分析

由于此工程是边设计边施工，再加上档案管理不善，已无法查询原始设计及施工资料，根据湃水岭渡槽的运行情况及周边环境，以及咨询灌区管理人员及当地百姓，分析导致湃水岭渡槽排架碳化开裂如此严重的主要原因为：

1）条件受限，施工工艺差。渡槽建于20 世纪60年代，由于当时施工人员全从当地公社召集，技术落后、施工条件简陋，因陋就简，就地取材，使用模板不规范，支模偏差，走模，漏浆等，导致钢筋保护层厚度不达标；施工时振捣不规范、不充分，混凝土浇筑不密实，有细微的孔洞和裂隙，外部的水分和气体就很容易入侵内部，腐蚀钢筋。恰值寒冷冬季，未采取稻草等覆盖物包裹，混凝土的自然养护不到位，风吹寒冷等条件而出现不正常收缩、蜂窝、麻面、脱落、裂缝等破损现象。

2）运行日久，维修不及时。此渡槽为简支支承结构，在排架顶端设渡槽支座，槽身在此分缝，分缝处设按压式橡皮止水带，止水带完暴露于空气中，受阳光照射、温度变化影响，橡皮老化龟裂，延伸率降低，直至失效，止水橡皮老化未及时更换，在渡槽行水时渗漏严重，渗水恰好顺排架而下，化学侵蚀以水为介，加速混凝土碳化，排架析出Ca（OH）2与大气中的CO2反应，生成CaCO3的白色沉淀物，使混凝土中Ca2+减少、强度下降、裂缝延长。而排架出现轻微碳化和裂缝时又未进行及时维修。

3）排架裂缝、钢筋锈蚀互害。混凝土空隙中的水分通常以饱和的Ca（OH）2的溶液形式存在，其中还含有一些NaOH 和Ca（OH）2，在这样强碱性的环境中，钢筋表面形成钝化膜，它是厚度极薄的水化氧化物（nFe3O3·mH2O），处于惰性状态保护钢筋。混凝土密实度低、钢筋保护层厚度不达标，加速混凝土碳化，当碳化深度超过钢筋保护层时，钢筋表面发生锈蚀。另外，因Cl-和O2-的扩散侵蚀而破坏钢筋表面钝化膜，一旦破坏，Fe 就处于活性状态。空气中的H2O 和O2通过活性铁进行电化反应，钢筋锈蚀，水化氧化铁被溶解氧化后生成氢氧化亚铁Fe（OH）2，然后再进一步氧化，生成氢氧化铁Fe（OH）3。氢氧化铁Fe（OH）3脱水后，就会变成疏松、多孔的红锈三氧化二铁Fe2O3，氢氧化亚铁Fe（OH）2也会因氧化不完全，形成部分黑色的铁锈四氧化三铁Fe3O4，在钢筋表面形成锈层。红锈体积可大到原来体积的4 倍，黑锈体积可大到原来的2 倍，使混凝土保护层沿钢筋纵向开裂，而裂缝一旦产生，钢筋锈蚀速度大大加快。

4 渡槽排架加固方案确定

设计通过方案比较在丙乳砂浆修补方案、粘贴纤维复核材料加固方案、外包钢筋混凝土增大断面加固方案中选择了外包钢筋混凝土增加断面加固方案，而常规外包设计包裹厚度为15 cm,地基承载力要求不小于180 kPa，相比加固前地基承载力110 kPa 增加幅度比较大，群众反映原建设时由于地基应力问题进行过基础换填处理，为安全起见，需要将包裹厚度减小以减小地基承载力，可厚度减小，钢筋密无法捣实，经过再三咨询与思考，最终将常规外包15 cm 厚C25 钢筋混凝土加固处理优化为外包8 cm 厚无收缩自流密实C25 钢筋混凝土加固处理，通过计算加固后地基承载力要求不小于140 kPa，在此工程中自密实C25 混凝土单价为1 305.6 元/m3，折算后比普通C25 混凝土外包每延米排架贵71.4 元，13 个排架加固总造价比普通混凝土外包贵3.4 万元，价格增幅在业主承受范围。

5 施工工艺要点

5.1 施工准备要充分

1）结合面处理到位。原锈蚀钢筋除锈，为了加强新老混凝土的结合，凿去原构件混凝土表面3～5 mm。并用高压水将原结构的混凝土冲洗干净，冲掉表面的灰浆。

2）模板安装应牢固。模板应牢固，确保不漏浆。同时，需充分考虑到浇筑无收缩自密实混凝土的侧压力比浇筑普通混凝土的侧压力大。

3）原混凝土和模板的湿润。混凝土浇筑前，对模板内原构件混凝土和模板喷水润湿。但同时，必须做好排水，以确保模板内无积水。

5.2 原材料及配合比要规范

1）应采用普通硅酸盐水泥，水泥强度及安定性必须合格。

2）集料的级配必须合格，粗集料最大粒径不宜超过20 mm，针、片状颗粒含量不得超过5%。

3）通常，外加剂推荐用量为内掺17%（即外掺约20%，水泥∶外加剂=100∶20），外加剂生产厂家有推荐配合比可参考，本工程每立方混凝土中水泥、外加剂、细集料、粗集料（卵石）、水的材料用量分别为437 kg、83.3 kg、741 kg、943 kg、185±10 kg。在施工前，应采用工程实际原材料根据国家有关技术规范进行无收缩自流密实混凝土的配合比试验，以确保外加剂与水泥的适应性。

5.3 配制与搅拌要细致

1）混凝土自密实性能对原材料及配合比较敏感，因此应严格控制原材料质量，并且各材料的计量应保证准确。加水初期，随搅拌时间延长，自流密实混凝土将逐渐变稀，必须注意控制加水量；用水量过大将可能导致分层离析及强度下降。

2）混凝土拌和时，外加剂直接以粉剂的形式加入。但注意外加剂宜均匀撒布在水泥表面，避免与潮湿的砂、石直接接触。

3）必须采用强制式搅拌机，并适当延长搅拌时间30～60 s。经长距离运输或长时间停放后，在浇筑前宜再次人工或机械拌和均匀，以增加流动性。

5.4 浇筑与养护要精心

1）为确保工程质量，可用振捣器振动模板及钢筋，条件允许时可用长纤插捣或稍振捣，但应注意避免过振。

2）无收缩自流密实混凝土应注意加强早期养护。

6 结 语

湃水岭渡槽排架加固于2017 年9 月完成，在无收缩自密实混凝土的浇筑中施工顺利，混凝土浇筑密实，外观质量可，混凝土表面无蜂窝、麻面、挂帘及表面裂缝等缺陷，至今运行2 年多，运行管理单位反映良好，原有结构隐患消除。无收缩自密实混凝土适用于配筋特密、形状复杂、不便振捣的混凝土施工，在水利工程加大截面加固法中不失为一种好选择。