改性橡胶混凝土在赵口灌区渠道衬砌中的应用

王大辉 袁群 史长城 曹宏亮 冯凌云 马莹

摘要：为了推动改性橡胶混凝土在实际工程中的应用，以赵口灌区渠道衬砌工程为依托，采用6种配合比改性橡胶混凝土进行试验应用。原型观测结果表明，从开裂率、开裂板块平均裂缝条数、平均裂缝长度及最大裂缝宽度等几个指标综合来看，改性橡胶混凝土的杭裂性能最好，试验段普通混凝土的次之，正常施工段普通混凝土的最差，因此改性橡胶混凝土具备在杭裂防渗工程中推广应用的技术优势。

关键词：改性橡胶混凝土；渠道衬砌；裂缝观测；赵口灌区

中图分类号：TV431； TU528.2 文献标志码：A doi：10.3969/j.issn.1000-1379.2018.03.028

渠道属于薄板结构，在浇筑及运行过程中极易出现裂缝，影响渠道的正常运行。橡胶混凝土具有良好的抗裂性、抗渗性、抗冻性和抗冲耐磨性[1-6]，可以更好地适应渠道复杂多变的工作环境，避免裂缝的发生。在大量室内研究的基础上，在赵口灌区西分干渠上进行改性橡胶混凝土衬砌试验，以检验改性橡胶混凝土的施工性能及养护期的抗裂性能。

赵口灌区位于黄河南岸豫东淮海平原，总土地面积5869km2，总耕地面积 3830km2。赵口灌区续建配套与节水改造项目2014年度工程由河南省水利厅以豫水农[2014]103号文批准建设，项目总投资3169万元，分6个标段，其中渠道衬砌层混凝土设计强度为C20。试验段渠道衬砌位于1标段西干渠桩号1+240～1+300。

1 试验方案

1.1 试验段基本情况

试验段渠道为南北走向，总长60m，其中改性橡胶混凝土衬砌45m、普通混凝土衬砌15m。渠道边坡坡度1：2，横断面见图1（半幅）。

1.2 混凝土配合比

试验段混凝土分改性橡胶混凝土和普通混凝土两种，其中改性橡胶混凝土采用粒径1～3mm的橡胶颗粒等体积取代10%的砂配制而成。砂分为河砂和机制砂。橡胶颗粒采用三种改性方式[5，7]，即KH570改性、以硅酸钠和KH550为主要成分的自制配方改性、NaOH与KH570复合改性。因此，改性橡胶混凝土被细分为6种。普通混凝土采用河砂。现场浇筑时，经检测，河砂的含水率为4%、含石率为10%，机制砂的含水率为7%、含石率为15%。经调整，改性橡胶混凝土和普通混凝土的施工配合比见表1。

现场预留试件，同条件养护，测得各种混凝土的28d抗压强度和劈拉强度（表2）。由表2知，各种混凝土抗压强度均大于C20，满足设计要求，改性橡胶混凝土强度是基准混凝土强度的77.7%～89.3%，河砂改性橡胶混凝土的强度略大于机制砂改性橡胶混凝土的，三种改性方式的橡胶混凝土的强度差别不大。

1.3 板块划分

渠道板块设计厚度为10cm，底板按5m×5m设缝分块，边坡板按3.65m×5.00m设缝分块（见图2），从东向西分别为1～7行，从北向南分别为1～12列。

2 施工过程

试验段从2015年7月18日开始澆筑，8月8日浇筑完成，先浇筑底板，再浇筑边坡板。浇筑工艺为：机械挖方→人工修底→测量定位→安装模板→验仓→浇筑前洒水湿润→混凝土入仓→摊铺振捣→机械抹面提浆→人工收面抹光→人工二次收面抹光→覆膜养护。浇筑过程中，严格控制拌和料的配合比，规范施工过程，保证施工质量。为了避开高温时段，上午浇筑时段为6时到9时，下午浇筑时段为16时到19时。橡胶混凝土拌和及施工工艺与普通混凝土类似。为检验施工质量，对左边坡（第2行第3列）、右边坡（第6行第3列）和底板（第3行第6列）各取一个芯样检测，芯样质量完好，厚度均大于10cm。

3 试验效果分析

2015年9月6日与10月12日先后两次观测衬砌板混凝土的开裂情况，其中：9月6日仅观测了试验段；10月12日，为了与试验段进行比较，同时观测了与试验段相邻的正常衬砌段混凝土的开裂情况。由于渠底覆盖一层沙土，部分地方有积水，因此两次观测均以边坡板为主。裂缝长度用钢卷尺测量，裂缝宽度采用DJCK-2型裂缝测宽仪测量。

9月6日观测发现，左边坡（第1行第5列）PC板块（PC表示试验段普通混凝土）有一条水平向裂缝，缝长15cm，最大缝宽0.12mm；左边坡（第2行第5列）PC板块有一条竖直向裂缝，缝长190cm，最大缝宽0.17mm；右边坡（第7行第7列）RCH-Z板块发现4条水平向裂缝。

10月12日观测发现，仅左边坡（第2行第5列）PC板块裂缝较上次延长了9cm，其余裂缝变化不大，也未发现有新的裂缝出现。正常衬砌段边坡48块普通混凝土板中（编号为PC1～PC48）有5块板开裂，其中左边坡2块、右边坡3块，裂缝总体情况见图3、图4（10月12日观测的数据）。图中线条为裂缝，裂缝上面的数为裂缝编号，下面第一个数代表裂缝长度（cm），括号内的数代表裂缝最大宽度（mm）。

为了分析比较裂缝与混凝土种类的关系，对裂缝分类进行统计（见表3）。从开裂率、开裂板块平均裂缝条数、平均裂缝长度及最大裂缝宽度几个指标综合来看，改性橡胶混凝土的抗裂性能最好，试验段普通混凝土的次之，正常施工段普通混凝土的最差。

分析认为，上述裂缝为干缩裂缝[8-9]。由于橡胶颗粒作为细小的料群起着类似弹性纤维的作用，能减小体系的应力、约束裂缝的扩展，因此改性橡胶混凝土表现出良好的抗裂性能。

4 结语

结合河南省赵口灌区西干渠渠道衬砌工程，对改性橡胶混凝土在实际工程中进行了应用。结果表明，改性橡胶混凝土的抗裂性能最好，试验段普通混凝土的次之，正常施工段普通混凝土的最差。

改性橡胶混凝土与普通混凝土的拌和程序基本相同，不增加施工难度；其浇筑、养护与普通混凝土完全相同，不提高施工成本。改性橡胶混凝土在施工养护期具有良好的抗裂性能，可大幅度提高工程施工质量，有效降低渠道衬砌工程的渗漏，节约宝贵的水资源。

参考文献：

[1]冯凌云，袁群，杨卫坤，等.橡胶混凝土抗渗性能试验研究[J].人民黄河，2011，33（9）：125-127.

[2]袁群，冯凌云，曹洪亮，等.橡胶混凝土的应力-应变曲线试验[J].建筑科学与工程学报，2013，30（3）：96-100.

[3]曹宏亮，史长城，袁群，等.橡胶颗粒表面形态对橡胶混凝土强度的影响研究[J].三峡大学学报，2014，36（6）：76-79.

[4]袁群，马莹，徐宏殷，等.无机改性剂增强橡胶混凝土强度试验[J].人民黄河，2015，37（1）：133-135.

[5]冯凌云，袁群，马莹，等.橡胶混凝土力学性能的试验研究[J].长江科学院院报，2015，32（7）：115-118.

[6]李晓旭.抗冲磨橡胶混凝土的配制研究及应用[D].郑州：郑州大学，2015；26-41.

[7]张国岑，徐宏殷，袁群，等.改性剂对橡胶混凝土的作用机理研究[J].水利与建筑工程学报，2015，13（4）：115-120.

[8]朱耀台，詹树林.混凝土裂缝成因与防治措施研究[J].材料科学与工程学报，2003，21（5）：727-730.

[9]王铁梦.工程结构裂缝控制[M].北京：中国建筑工业出版社，1997：4-6.