混凝土U形渠道冻胀防治技术研究与应用

摘 要：有机硅防水剂具有增水及高效减水等多种功能。掺入现浇混凝土U形渠，既提高了混凝土的密实度和抗渗能力，又改善了影响渠基土冻胀的主要自然因素―水分条件；降低渠床中土壤水分的冰点，达到减少渠基土冻胀量及节水的目的，增加渠道使用寿命。

关键词：有机硅；高效减水；增强；U形渠防渗；减少水分补给；降低水份冰点；削减冻胀量

中图分类号：TQ178 文献标识码：A

我国有规模的开展渠道防渗始于上世纪60年代，当时的防渗形式主要有塑料膜、混凝土预制或现浇板、浆砌石、80-90年代又规模的发展了混凝土U形渠。在北方季节性冻土地区，这些防渗工程均存在不同程度不同的冻胀破坏问题，往往在兴建后的数年内即遭到破坏，给渠道的管理和运行造成了诸多困扰。

上世纪70年代至90年代以来，各地极为关注渠道防渗工程的冻胀破坏问题，开展了多项有关渠道冻胀的实验研究，并取得了一系列的研究成果。使渠道冻胀防治技术取得了突破性进展。

1 渠道冻胀破坏机理

渠道的冻胀破坏是由于基土在负气温的作用下产生冻结和不均匀冻胀，而渠道衬砌体本身自重较轻，不足以抵抗冻胀力的结果。寒季负气温固然是决定冻深和冻胀的一个关键因素，但对于某一地区的冻结期负积温是相对稳定的。因此，影响渠土冻胀的主要自然因素就是土壤和水分条件；很多情况下，冻胀量的大小主要由基土的水分补给条件所决定。

试验调查资料表明，混凝土是一种多孔体，水工混凝土一般强度较低，水泥用量少，透水性较强。当地下水位低于渠底，冻结期行水时，U型渠混凝土含水量饱和，遇寒引起冻融、剥蚀和脱落；冻胀量随渠基土含水量的增加而增加。在特定条件下，冻胀量减少的核心技术是降低渠基土的含水量。

2 混凝土U形渠冻胀防治措施

本文将介绍一种具有高效减水和憎水等多种功能的有机硅防水剂，掺入混凝土U形渠现浇或掺入水泥砂浆抹面U形渠或直接喷涂U形渠，均可以提高U形渠的抗渗、节水，抗冻融剥蚀能力，可以减少对渠基土的水分补给，使渠床中土壤水分冰点降低，阻止水分迁移，从而，削减渠土冻胀量，提高混凝土U形渠的使用寿命。

3 施工方案

有机硅掺入混凝土或水泥砂浆，配制简单，施工方便，要求不高，但必须掌握关键技术和要点，才能保证工程质量。因此，必须有严格的质量控制和保证制度。材料的配制和有机硅使用，应该在有经验的专业人员指导下进行。

方案Ⅰ：现浇有机硅混凝土U形渠施工

有机硅渗入现浇混凝土，一般渗量为水泥重量的2%-3%，也可根据工程实际需要，由实验确定渗量。施工时先将有机硅倒入自来水搅拌均匀（注意顺序，因有机硅比重大于水的比重），然后加入水泥砂子和石子，再行搅拌，按普通混凝土方法施工。初凝后，湿润养护不少于14天。

方案Ⅱ：现浇普通混凝土U形渠成形后，用有机硅砂浆抹面施工。

掺入水泥砂浆抹面：现浇普通混凝土U形渠初凝前，用配比为有机硅:水=1:8的稀释液，拌和水泥:砂子=1:2（重量比）成泥浆，刮抹厚1.0-1.2cm，并赶光压实。初凝后，湿润养护不少于14天。

方案Ⅲ：现浇普通混凝土U形渠成形后，有机硅喷涂或刷涂渠道表面。

喷涂前用有机硅防水砂浆修补U形渠的孔洞，裂隙，待渠道表面充分干燥后，在天气晴朗无风时，进行喷涂工序。一般用6-7倍自来水稀释有机硅后，对U形渠表面连续喷涂2-3遍，中间不得停顿。喷完48小时内不得淋雨、破坏，也不得洒水养护。

4 有机硅防渗混凝土U形渠冻胀破坏的机理

由试验结果可以认识到，有机硅使混凝土产生一系列物理上的、力这上的及化学上的变化，而这些变化必然会对混凝土的一些性能产生影响。

有机硅极易被空气中的CO2所分解，生成不溶于水的极强的粘结物甲基聚硅醚。这种物质具有分散水泥颗粒的作用，由于含有表面活性剂，可以降低用水量，改善混凝土和易性，提高其致密性；有机硅溶液凝结形成坚韧致密的薄膜，分布于混凝土骨架之中，填充空隙，切断与外界的通道，减少毛细管压力，相应地提高了混凝土的抗压、抗渗能力。有机硅具有防水保水和阻止混凝土碳化作用放出的水分，这些都是混凝土具有自养性能和后期强度持续不断提高的原因。

由于有机硅使孔隙细化的结果，这一方面使孔隙中水的冻结速度降低，另一方面孔隙中水分大大减少，从而使混凝土中的微小气泡更好地发挥缓冲作用，宏观上表现为混凝土经受冻融次数就增加了，使混凝土具有优良的抗冻性能。

有机硅具有防治混凝土龟裂干裂的性能，是因为有机硅合成剂具有桥键作用，有机硅分子中的活性基因与水泥水化形成的游离离子Ca2+进行交联反应，形成特殊的桥键，在水泥颗粒周围发生物理化学吸附，形成均匀的连续相，改善了水泥砂浆硬化体的物理组织结构和内应力，大大减少了混凝土微裂缝的产生。达到提高U型渠抗渗、节水和抗冻融剥蚀能力的目的。

结语

有机硅作为混凝土的外加剂是一种独具特色的具有广泛应用前景的商科技产品，通过提高混凝土U型渠的抗压、抗渗，降低混凝土水灰比，提高其密实度，降低渠基土含水量，达到增强混凝土U型渠的使用寿命的目的。

上述有机硅U形渠施工的三种方案，可任造其一或采用Ⅰ-Ⅱ的组合方案。

每年冬季渠道行水前，应该用有机硅防水砂浆对渠道损坏渗漏处进行修补堵漏，以减少对渠基土的水分补级削减冻胀量。

参考文献

[1]王登高.有机硅合成剂在水利工程中的应用[J].中国农村水利水电，1997年第四期P26～P29.