水工建筑物混凝土病害及修補技術

【摘 要】本文分析船閘混凝土病害的原因，闡述船閘混凝土病害的危害、混凝土裂縫的成因、修補方法和采用材料，并對已采取的修補技術方案的問題進行了探討。

【關鍵詞】船閘混凝土；病害；裂縫；修補

水工混凝土各種病害、缺陷主要有裂縫、破損、腐蝕、滲漏、鋼筋銹蝕以及結構外觀變形等，而裂縫則是混凝土建筑物最常見的病害之一，另外結構物破壞常常是裂縫開始的，所以人們常常把裂縫的存在視作結構物瀕臨破壞的危險征兆。因此。在研究混凝土病害及修補技術時，應對裂縫危害及形成原因有充分的認識，并采取措施減少裂縫的開展，這對減輕混凝土病害，具有十分重要的意義。

1 混凝土裂縫對水工構筑物的危害

1.1 混凝土裂縫將使建筑物產生滲漏

滲漏的結果，一方面在水壓力作用下使裂縫逐步擴寬和發展；另一方面當水滲人混凝土內部后將一部分水泥的某些水化產物溶解并流失。水泥水化產物中最容易溶解的Ca（OH）2，它的溶蝕會促使水泥水化物的水解。首先引起水解破壞的是水化硅酸三鈣和水化硅酸二鈣的多堿性化合物，然后是低堿性的水化產物的破壞，由此可能導致混凝土結構物的破壞。這種危害主要出現在水下建筑物、地下洞室、和建筑物外墻等。

1.2 加速混凝土碳化

混凝土裂縫的存在，使空氣中二氧化碳極易滲透到混凝土內部與水泥的某些水化物相互作用形成碳酸鈣，這就是混凝土的碳化。碳酸鈣中和水泥的基本堿性，使混凝土的堿度降低，使鋼筋純化膜遭受破壞，當水和空氣同時滲人時，鋼筋就會產生銹蝕，同時加劇混凝土收縮開裂，導致混凝土結構物破壞。通常在空氣中二氧化碳的濃度很低時，混凝土碳化速度非常緩慢，當混凝土不密實或布滿裂縫時，則可能在1-2年內就使混凝土鋼筋保護層完成碳化。

1.3 降低混凝土抵抗各種侵蝕性介質的耐腐蝕性能力

混凝土腐蝕有三種類型：

1.3.1 溶蝕型混凝土腐蝕。即當水通過裂縫內部或是軟水與水泥石作用時，將一部分水泥的水化產物溶解并流失，引起混凝土破壞。

1.3.2 酸鹽腐蝕和鎂鹽腐蝕。這類腐蝕的主要生成物是不具有膠凝性，且易被水溶解的松軟物質。這類物質能被通過裂縫或空隙滲透人混凝土內部的水所溶蝕，使混凝土中的水泥石遭受破壞。

1.3.3 晶膨脹型腐蝕。它是混凝土受硫酸鹽作用，在裂縫和混凝土空隙中形成低溶解度的新生物，逐步積累后將產生巨大的應力使混凝土遭受破壞。

1.4 影響混凝土結構物的結構強度和穩定性

混凝土裂縫直接影響混凝土結構強度和整體穩定性。輕則會影響結構物的外觀、正常使用和耐久性，嚴重的貫穿性裂縫可能使結構完全破壞。

2 混凝土裂縫的成因

工程實踐中混凝土及其結構物裂縫成因復雜而繁多，但歸納起來，一般為：荷載裂縫，由施工和運行階段的靜荷載和動荷載所引起的裂縫；變形裂縫，由溫度和濕度變形及不均勻沉降等所引起的裂縫；施工裂縫，由于施工操作引起的裂縫；堿骨料反應裂縫，由于混凝土骨料中某些礦物與混凝土微孔中的堿性溶液間.的化學反應引起的體積膨脹而導致的裂縫。

2.1 荷載裂縫

荷載裂縫有兩種：外荷直接應力裂縫，荷載及結構次應力裂縫。外荷直接應力裂縫：由外荷載引起的直接應力在結構體內超過一定數值后在相應部分產生的裂縫。荷載及結構次應力裂縫：在外荷載作用下，由于結構物實際工作狀態同計算模型有出人，從而在某些部位引起次應力導致裂縫。

2.2 變形裂縫

溫度變形裂縫：當水工建筑物為大體積混凝土基礎澆筑在巖石地基上時，因結構整體性要求，沒有或不能采取隔離層等放松約束的措施，混凝土在人倉溫度及水化熱溫升的作用下，混凝土內部溫升很大，當混凝土因降溫的收縮變形受約束時，將會在混凝土內部出現很大的拉應力而產生裂縫。

寒潮引起的混凝土裂縫：混凝土澆筑初期，水泥釋放大量的水化熱，如突遇寒潮使混凝土表面溫度驟降而產生很大的溫降收縮，因此表面因受內部混凝土的約束產生很大的拉應力引起裂縫。

干縮裂縫：在混凝土中其表面層水分散失，隨著溫度降低其表層產生體積收縮導致干縮裂縫。

塑性裂縫：混凝土澆筑后硬化初期尚處于一定的塑性狀態時，因骨料自重下沉導致塑性變形及因風吹日曬等原因引起混凝土表面早期失水干燥而產生的裂縫。

沉陷裂縫：沉陷裂縫是由基礎產生不均勻沉陷而產生的裂縫。

混凝土結構各部分荷載懸殊，而基礎又未作必要的加固處理，在混凝土澆筑后因地基受力不均，產生不均勻沉陷，造成結構應力集中也會導致裂縫。

2.3 施工裂縫

在混凝土結構澆筑，構件制作、起模、運輸、堆放、拼裝及吊裝過程中，由于各種原因而產生的裂縫。裂縫出現的部位和走向、裂縫寬度、長度和深度都因產生的原因而異。在水工混凝土施工中比較常見的有：混凝土振搗不密實，出現蜂窩，形成各種荷載作用裂縫的起點；混凝土澆筑過快，容易在澆筑1-2h后在板與墻或梁與柱等交接處發生縱向裂縫；混凝土攪拌、運輸時間過長，使水分蒸發過多，引起混凝土塌落度過低，使得在混凝土體積上出現不規則的網狀裂縫；混凝土初期養護時急驟干燥，使混凝土與大氣接觸的表面上出現不規則的裂縫；用泵送混凝土施工時，為了保證流動性，增加水和水泥用量，因其它原因加大了水灰比，導致混凝土凝結硬化時收縮量增加，使得混凝土體積上出現了不規則的裂縫。

2.4 堿骨料反應裂縫

混凝土骨料中某些礦物與混凝土孔隙中的堿性溶液間的化學反應稱作堿骨料反應。這種反應生成物吸水膨脹，使混凝土產生內應力，導致混凝土開裂和強河度降低。

3 船閘混凝土病害防治措施

3.1 堿骨料反應的預防措施

采用低堿水泥；摻用粉煤灰等摻合料降低混凝土的堿性；盡量不用可能引起堿骨反應的骨料；改善混凝土結構的施工及使用條件，保證混凝土施工質量，防治蜂窩麻面、裂縫等質量事故，以防治外界水分侵人混凝土，這樣對制止堿骨料反應也可起到重要作用。在使用條件方面，應盡使混凝土結構處于干燥狀態，特別是防止經常受到干濕交替作用，也能防治堿骨料反應引起的損壞。

3.2 混凝土裂縫的修補方法

為了提高建筑物的安全度，延長結構使用壽命，對混凝土的各種裂縫都應及時進行修補處理。裂縫修補方法很多，主要依據建筑物的結構型式、裂縫出現的部位、裂縫發生的原因、裂縫的性質及裂縫的寬度、深度的不同，以及結構受力特點和使用條件等，合理的選擇修補方法。

3.3 水工混凝土結構的修補新材料

對舊混凝土的補強，已成為水工混凝土修補中日益突出的問題，而新型加固材料的研發也就成為補強關鍵問題，水工混凝土結構主要用的補強材料有：

3.3.1 聚合物水泥砂漿類材料

以少量有機材料對水泥砂漿進行改性的材料，主要有：氯丁、氯偏、丁苯、水溶性環氧等各種聚合物水泥砂漿，作為防滲、防腐、防凍材料在水工混凝土建筑物修補工程中得到廣泛的應用。

3.3.2 噴射鋼纖維混凝土或鋼纖砂漿材料

噴射鋼纖維混凝土已廣泛用于水利工程洞室、閘墩、護坦及邊坡加固，以及隧道襯砌、礦山基道、裂損橋墩等加固。

3.3.3 水泥滲透結晶防水材料

水泥基滲透結晶防水材料是由帶有活性基團的化學物質與水泥、石英砂和石灰配置而成的灰色粉末狀無機材料。當結構表面裂縫寬度在0.3-0.5cm以內時，不必灌漿，只需用這種材料涂刷一層，由于活性物質滲人，再次發生水化作用，生產結晶體堵塞了裂縫，因而裂縫將逐步自動修復。

4 結束語

船閘是航道工程的重要組成部分，江蘇內河航道建有船閘一百余座。本文探討了船閘在運行中出現的主要問題以及技術改造的措施，并提出相應建議，分析了船閘混凝土結構病害的原因以及以往采用修補材料及方案存在的問題。本文的研究結果多工程技術人員有一定參考價值。

參考文獻

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[2]馮乃謙.高性能混凝土結構，機械工業出版社，2004

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