水利工程大體積混凝土裂縫成因及修補技術

黃武敏 黃祖同

(中國水利水電第十六工程局有限公司海外事業部，福建 福州 350003)

0 引言

水利施工中產生的混凝土裂縫嚴重影響著混凝土結構物的安全，破壞建筑物的整體性能，降低結構物的耐久性能，從而影響結構物的正常使用;嚴重的時候還會危及到結構物的安全等。分析混凝土裂縫的形成原因以及裂縫的有效修補技術，對于有效控制裂縫的產生，正確治理已產生裂縫，確保構筑物安全具有重要的現實意義。

1 水利工程中混凝土結構裂縫的成因及分類

混凝土裂縫是水利工程結構物最常見的病害之一，對水工結構物的安全和耐久性造成很大的隱患，造成裂縫的原因有自身因素，也有外部因素。因此，根據裂縫生成的原因，可以將裂縫分為兩大類。

1.1 混凝土自身因素引起的裂縫

1)沉縮裂縫。沉縮裂縫的產生主要原因是在混凝土配制過程中，配合比設計不合理，粗細骨料級配差，或者是用水量過大，構件厚度大并且振搗不均勻。因為上述原因使混凝土凝結過程緩慢，從而使比重大的粗骨料下沉，而比重小的水泥漿上浮。粗骨料在下沉的過程中被鋼筋阻隔從而產生不均勻下沉，并最終使被阻隔部位出現裂縫。同時，水泥漿在上浮過程中，導致混凝土的收縮率增大，最終導致混凝土表面出現裂縫。這些裂縫一般產生在混凝土初凝后、終凝前，沉縮量一般為構件厚度的1%左右[1]。2)收縮裂縫?；炷猎诳諝庵杏不瘯r常常會由于水分蒸發造成混凝土的收縮變形，從而產生收縮性裂縫，嚴重時會導致貫穿裂縫。故在配筋率較高的構件中，常常容易引起構件局部裂縫。另外新老混凝土的界面也容易產生收縮裂縫。3)混凝土塑性坍落引起的裂縫。混凝土塑性坍落發生在混凝土澆筑后的前幾個小時內，在這段時間內，混凝土還處于塑性狀態，當混凝土出現滲水現象時，混合料中的固體顆粒在重力作用下就有向下沉移并向水浮動的傾向。這種移動在受到鋼筋骨架或者模板約束時，就容易在上部形成沿鋼筋長度方向的裂縫。4)堿骨料反應引起的裂縫堿骨料反應主要有堿—硅酸反應和堿—碳酸鹽反應，當發生反應而生成吸水性較強的凝膠物質，反應物增加到一定數量，且有充足的水時，就會在混凝土中產生較大的膨脹作用，導致混凝土產生裂縫。這種裂縫形狀及分布與鋼筋限制有關，當限制力很小時，常出現地圖狀裂縫，并在縫中伴有白色浸出物;當限制力強時則出現順筋裂縫。

1.2 外界因素引起的混凝土裂縫

1.2.1 溫度變化引起的裂縫

大體積混凝土在硬化過程中，由于水化會產生大量的水化熱，這些水化熱如果不能及時散發，混凝土內部溫度就會很快上升，使混凝土內外溫差過大，從而產生溫度應力，使混凝土產生形變，而混凝土在硬化初期，只有很低的抗拉強度，故當混凝土的形變超過極限時就會產生裂縫。另外鋼筋混凝土在受到外部因素影響比如陽光照射，大氣溫度變化等冷熱變化較大的時候，也會因為產生溫度應力而發生形變，一旦這種形變達到極限就會馬上產生裂縫。此外，混凝土在冬季施工或者蒸汽養護時，如防護措施不當，驟冷驟熱，也會因為內外溫度不均而產生溫度裂縫。

1.2.2 沉陷裂縫

沉陷裂縫的產生主要是由于工程結構地基土質較差，比如土質不均勻或者土質松軟，以及在回填土時沒有壓實，或是施工過程中浸水等原因，而使混凝土結構發生不均勻沉降而產生的。其次，在模板剛度不足，模板支撐的間距過大或者支撐底部松動的情況下，也會因為產生不均勻沉降而導致混凝土結構產生沉陷裂縫，特別是在冬季，模板是支撐在凍土上的，當凍土凍化后更容易產生不均勻沉降從而形成裂縫。近年來，沉陷裂縫在多個凍區地區出現，通常與地面垂直或呈30°～45°方向，甚至建筑物錯位[4]。

1.2.3 不利環境下鋼筋銹蝕導致的裂縫

水利工程中的鋼筋混凝土常常處于不利環境中，當混凝土密實性不夠加之保護層厚度不足時，一旦環境中有氯化物浸入，氯化物中游離出來的氯離子就會和溶于水中的氧離子發生反應，并進一步導致鋼筋氧化，隨著鋼筋氧化物的堆積增厚，使得混凝土因氧化物的這種膨脹應力、擠壓周邊的混凝土，最終形成裂縫。

1.2.4 預應力張拉引起的裂縫

預應力構件常在上表面或端頭出現裂縫，板面裂縫多為橫向，在板角部分呈45°角;端橫肋靠近縱肋部位的裂縫，基本平行于肋高;縱肋端頭裂縫呈斜向。構件的端頭錨固區，常出現沿預應力筋方向的縱向裂縫。

2 水利工程混凝土已有裂縫的修補措施

水利工程混凝土裂縫修補既要恢復水工混凝土的防水性和耐久性，又要考慮結構的安全性及美觀性。鑒于上述原則，當前水工混凝土的修補方法主要有以下幾種。

2.1 裂縫表面修補法

表面修補法是最直接也是最簡單的修補方法，對于處理那些對結構承載力沒有明顯影響的表面裂縫或深度裂縫。因其修補工藝的不同，分為部分涂覆法和全部涂覆法兩種。對于部分涂覆法，主要是在裂縫表面涂上一層高強度的水泥漿、環氧膠泥等膠凝材料;對于全部涂覆法，主要是在整個混凝土表面涂刷油漆、瀝青等防腐材料，也有采用811環氧封閉漆，其技術性能如表1所示。

表1 裂縫表面處理材料技術性能指標 MPa

2.2 灌漿嵌縫充填法

當混凝土裂縫對結構物的承載力和安全性存在較大影響時，或者混凝土的防滲性有較大要求時，一般采用對裂縫灌漿嵌縫充填法，具體又可分為壓力注漿法、涂膜封閉法和開槽填補法等3種。

2.2.1 壓力注漿法

壓力注漿法適用于修補寬度為0.2 mm～0.3 mm的混凝土裂縫。修補工藝如下:

首先，清理混凝土表面尤其是裂縫周邊的雜物油脂，再將注漿嘴與封閉裂縫粘貼，進行試漏檢查，再配置注漿液，然后使用壓力機進行一次和二次注漿，注漿完畢，清理混凝土表面。

當混凝土表面裂縫錯密布、數量眾多時，則要采取特殊做法，如下:先在即將需要注漿的位置貼上白膠布，再用窄的毛刷沿裂縫來回涂刷封縫，使之封閉，約10 min后揭去膠布條，露出小縫，將注漿嘴與封閉裂縫粘貼，并用布包嚴。若固化后周邊有裂縫，必須反復補漿，以防止注漿時發生漏漿。注漿時，先用補縫器吸取適量的注漿液，插入注漿嘴，然后來回反復推動補縫器的活塞，使漿液通過注漿嘴注入裂縫中，當相鄰的嘴中有漿液流出時，就可以拔出補縫器。

常用的注漿材料技術性能指標及注漿時嘴間距要求見表2，表3。

表2 注漿材料技術性能指標

表3 注漿嘴間距要求

2.2.2 涂膜封閉法

當裂縫寬度小于0.2 mm時，即為微細裂縫，也可用于裝飾混凝土外表面及其防水處理，并且能夠有效防止混凝土保護層的炭化和有害離子對混凝土的腐蝕。其主要操作如下:首先沿裂縫用鑿子和扁鏟開一個U形槽，槽深和槽寬均約30 mm～50 mm，然后用刷子在槽底和兩壁均勻涂刷一層界面處理漿，將拌制好的聚合物水泥砂漿在界面處理漿尚未硬化之前用抹刀壓入槽中，并壓實抹平。養護時，不得淋雨、日曬或風吹，以覆蓋塑料薄膜養護為佳。

2.2.3 開槽填補法

當結構物可以允許在表面開槽或者是混凝土表面裂縫寬度較大且數量不多時，可以采取開槽填補法，其主要工藝是:先開槽，再涂刷界面處理漿，然后壓抹聚合物砂漿，最后養護。

2.3 結構加固法

當混凝土裂縫影響到整個結構的性能時，就不能簡單地修補下裂縫，而應考慮對混凝土結構進行加固處理。常用的碳纖維補強加固技術就是一種比較好的方法，這種方法是利用高強高彈性模量的連續碳纖維用環氧樹脂浸漬之后形成碳纖維增強復合片材，然后將該片材用專用的環氧樹脂膠粘貼在混凝土表面裂縫處，固化后該片材就和混凝土結構成為一體，從而降低了鋼筋混凝土結構所受的應力，達到補強加固的效果。也可根據實際情況，加設鋼筋混凝土圍套、鋼套箍、增配鋼筋網片等。

2.4 混凝土置換法

當混凝土裂縫過大，受到嚴重損壞時，通常考慮采用混凝土置換法。該方法是將損壞的混凝土部分去掉，然后重新澆筑混凝土或者是其他膠結材料。

3 結語

水工建筑、構筑物中的大體積混凝土結構對于整個構筑物結構的安全和防滲起著重要的作用，因此，水工混凝土的質量至關重要，如何減少和控制水利工程中混凝土裂縫的產生和擴展，如何處理水利工程中已產生的混凝土裂縫，都是亟待解決的問題，這些問題的解決，對于提高水工混凝土質量，進而保證水工建筑物的安全具有重大的意義。

[1]蘇成才.試論水利工程中鋼筋混凝土橋梁的裂縫控制[J].科技與生活，2011(13):5-7.

[2]SL/T 191-96，水工混凝土結構設計規范[S].

[3]宋光明.混凝土裂縫防治在水利工程中的應用分析[J].城市建設理論研究(電子版)，2012(2):43-45.

[4]GB 50204-2002，混凝土結構工程施工質量驗收規范[S].

[5]水利水電防滲工程施工工藝與技術標準實用手冊[M].合肥:安徽文化音像出版社，2004:41-42.

[6]楊亞挺.水利工程混凝土裂縫防治施工技術與應用探析[J].城市建設理論研究，2012(14):22-23.

[7]盛 莉.水利工程大體積混凝土裂縫的控制措施[J].吉林水利，2006(11):49-51.