淺析混凝土壩裂縫成因及修補方法

蔡生臣

（中國水利水電第四工程局有限公司，青海西寧 810007）

淺析混凝土壩裂縫成因及修補方法

蔡生臣

（中國水利水電第四工程局有限公司，青海西寧 810007）

裂縫是混凝土壩工程中最普遍、最常見的缺陷問題之一，是該工程技術領域長期關心和不斷進行研究的重要課題，也是混凝土壩工程安全運行的重要影響因素，是關系到整個水利水電工程質(zhì)量好壞的關鍵控制點。文章就混凝土壩受主要影響因素導致出現(xiàn)裂縫的成因根據(jù)施工經(jīng)驗進行了淺顯的分析，并介紹了常用的修補方法，旨在為出現(xiàn)類似問題的混凝土壩工程提供參考、借鑒，為提高混凝土壩施工質(zhì)量及安全可靠性打好基礎。

混凝土壩 裂縫 成因分析 修補方法

混凝土，簡稱為“砼”，是由膠凝材料將集料膠結(jié)成整體的工程復合材料的統(tǒng)稱。混凝土一般是指用水泥作膠凝材料，砂、石作集料，與水（可含外加劑和摻合料）按一定配比，經(jīng)攪拌而成的水泥混凝土，它廣泛應用于各類工程。混凝土在水利水電工程尤其是大壩工程中應用十分普遍，并發(fā)揮著關鍵作用，因水利水電工程的自身特點，通常采用的混凝土為“水工混凝土”。

水工混凝土是一種非勻質(zhì)脆性材料，在硬化過程中會受不同原因而導致產(chǎn)生裂縫，不僅影響外觀，還給工程質(zhì)量埋下隱患，施工中必須采取合理的技術手段及方法，嚴格控制并減少混凝土裂縫的數(shù)量和寬度，保證工程質(zhì)量及工程運行的安全可靠性。

1 水工混凝土裂縫分類及成因

混凝土裂縫按深度可分為表層裂縫、深層裂縫和貫穿裂縫；按裂縫開度變化可分為死縫、活縫和增長縫；按裂縫成因可分為溫度裂縫、干縮裂縫、鋼筋銹蝕裂縫、荷載裂縫、沉陷裂縫、凍脹裂縫、堿骨料反應裂縫等。水工混凝土以干縮裂縫、荷載裂縫、沉降裂縫、溫度裂縫、堿骨料反應裂縫等最為常見。

1.1 干縮裂縫

混凝土因處于未飽和空氣中時，會因水分散失而導致其體積縮小、變形，出現(xiàn)干縮。干縮現(xiàn)象僅是混凝土收縮情形中的一種，干縮擴散的速度要比溫度擴散的速度慢一千倍。因干縮擴散速度緩慢，出現(xiàn)混凝土表面已干縮，但其內(nèi)部并無收縮，導致表面混凝土干縮受內(nèi)部混凝土約束，致使混凝土表面產(chǎn)生干縮應力，當混凝土抗拉強度小于混凝土干縮應力時，混凝土則會出現(xiàn)干縮裂縫。

1.2 荷載裂縫

圖1 裂縫粘貼修補圖（單位:mm）

混凝土結(jié)構在荷載作用下，由于混凝土截面的拉應力變大，多是大于混凝土極限拉伸值，所以構件在使用時總是帶縫工作。這類裂縫總是與主拉應力方向大致垂直，且最先在荷載效應最大處產(chǎn)生。如果荷載效應相同，裂縫首先在混凝土抗拉能力最薄弱處產(chǎn)生。

1.3 沉降裂縫

沉降裂縫是由于結(jié)構地基材料不勻、松軟或回填材料不實或長期浸水而導致不均勻沉降，或因模板剛度不足，模板支撐間距過大或支撐底部松動等導致，特別是在冬季，模板支撐在凍土上，凍土化凍后產(chǎn)生不均勻沉降，致使混凝土結(jié)構產(chǎn)生裂縫。此類裂縫多為深進或貫穿性裂縫，裂縫呈梭形，其走向與沉陷情況有關，一般沿與地面垂直或呈30度～45度角方向發(fā)展，較大的沉降裂縫，往往有一定的錯位，裂縫寬度往往與沉降量成正比關系。裂縫寬度寬度0.3 mm～0.4mm，受溫度變化的影響較小。地基變形穩(wěn)定之后，沉降裂縫也基本趨于穩(wěn)定。

1.4 溫度裂縫

水工大體積混凝土澆筑完成后，由于水泥水化熱使內(nèi)部混凝土溫度急劇升高。當水化熱溫升至高峰后，由于環(huán)境溫度較低，混凝土溫度開始下降。降溫過程中，混凝土將發(fā)生收縮，在約束條件下，當溫降收縮變形大于混凝土極限拉伸變形時，導致混凝土易出現(xiàn)溫度裂縫。此外，溫度裂縫還會受混凝土內(nèi)外溫差大所致，如混凝土遭受寒潮侵襲或夏天混凝土經(jīng)陽光曝曬后突然下雨，或混凝土處于高寒高海拔施工區(qū)域，都會導致混凝土內(nèi)部與表層產(chǎn)生較大溫差，混凝土表層溫度下降，而內(nèi)部降溫緩慢，易導致發(fā)生溫度裂縫。

1.5 堿骨料反應裂縫

圖2 裂縫充填修補圖（單位:mm）

堿骨料反應是由于混凝土中的堿性物質(zhì)與骨料中的活性成分共同產(chǎn)生化學反應，導致混凝土內(nèi)部出現(xiàn)自膨脹應力而開裂的現(xiàn)象。堿骨料反應時間緩慢，從幾年到幾十年才能被發(fā)現(xiàn)。堿骨料反應的結(jié)果是在混凝土中產(chǎn)生膨脹應力，導致一定程度后，將引起混凝土開裂或混凝土自身結(jié)構嚴重破壞。

2 混凝土裂縫的常用修補方法

混凝土裂縫修補以恢復防水性和耐久性為主要目的，裂縫修補主要采用噴涂、粘貼、充填和灌漿等方法。

2.1 噴涂法

2.1.1 施工要求

（1）該法適用于修補裂縫寬度＜0.3mm的表層裂縫。

（2）表層裂縫處理具體可選用聚酯樹脂類、改性瀝青類、聚氨酯類、環(huán)氧樹脂類等噴涂材料。

2.1.2 施工工藝

（1）首先，需要用鋼絲刷或風砂槍清除裂縫表面附著物及污垢，并進行鑿毛后沖洗干凈；

（2）混凝土表面存在的氣孔可充填樹脂類材料，如遇凹處，則需先涂刷一層樹脂基液，然后采用樹脂砂漿抹平；

（3）涂刷或噴涂3遍，第1遍噴涂采用稀釋涂料，涂膜總厚度應保證＞1mm。

2.2 粘貼法

2.2.1 施工要求

（1）粘貼法分為兩種，一種為表面粘貼法，另一種為開槽粘貼法。表面粘貼法適用于修補表層裂縫寬度＜0.3mm的裂縫，開槽粘貼法適用于修補表層裂縫寬度＞0.3mm的裂縫。

（2）粘貼法可選用聚氯乙烯片材、橡膠片材等材料。

2.2.2 施工工藝

表面粘貼法：

（1）第一步方法與上述2.1.2中的（1）方法相同；

（2）在粘貼片材前，應保證基面干燥，涂刷一層膠粘劑，對粘貼刷有膠粘劑的片材進行加壓。

開槽粘貼法：

（1）沿裂縫鑿槽，寬18cm～20cm、深2cm～4cm、長需超過縫端15cm，后清洗干凈；

（2）在槽面先涂刷一層樹脂基液，后用樹脂基砂漿找平；

（3）沿縫鋪設寬為5cm～6cm的隔離膜，后將膠粘劑涂刷在隔離膜兩側(cè)的干燥基面上，并粘貼刷有膠粘劑的片材，后用力壓實；

（4）在開槽兩側(cè)面涂刷一層膠粘劑，回填彈性樹脂砂漿，并壓實抹光，應保證表面與原混凝土面齊平，詳見圖1。

2.3 充填法

2.3.1 施工要求

（1）充填法適用于修補表層縫寬＞0.3mm的裂縫。

（2）死縫充填材料可選用樹脂砂漿、水泥砂漿、聚合物砂漿等；活縫充填材料可選用彈性嵌縫材料及彈性樹脂砂漿等。

2.3.2 施工工藝

死縫充填法：

（1）沿裂縫鑿出V形槽，槽寬及槽深控制在5cm～6cm，后清洗干凈；

（2）在干燥的槽面涂刷樹脂基液，在潮濕的槽面涂刷聚合物砂漿；

（3）將準備好的充填材料填入需要修補的槽內(nèi)，后壓實抹光。活縫充填法：

（1）沿裂縫鑿出U形槽，槽寬及槽深控制在5cm～6cm，后清洗干凈；

（2）用砂漿找平槽底面，并在找平面鋪設隔離膜；

（3）在槽側(cè)面涂刷膠粘劑，后嵌填彈性嵌縫修補材料，用力壓實；

（4）保證原混凝土面與回填的砂漿齊平，詳見圖2。

2.4 灌漿法

2.4.1 施工要求

（1）灌漿法適用于修補貫穿裂縫及深層裂縫。

（2）死縫應用高強水溶性聚氨酯漿材、水泥漿材、環(huán)氧漿材等灌注材料；活縫應用彈性聚氨酯漿材等灌注材料。

2.4.2 施工工藝

（1）首先應按設計要求進行灌漿孔布置；

（2）再按先鉆孔、后洗孔、再埋灌漿管的步驟進行；

（3）沿裂縫方向鑿出寬、深控制在5cm～6cm的V形槽，后清洗干凈，并將基波涂刷在槽內(nèi)，后采用砂漿進行嵌填封堵；

（4）壓水檢查，應控制孔口壓力在50%～80%的設計灌漿壓力，以0.2MPa～0.4MPa為宜；

（5）對于垂直裂縫和傾斜裂縫，灌漿應以從深到淺、自下而上的原則進行；當接近水平狀裂縫時，則灌漿可從低端或吸漿量大的孔開始；灌漿壓力控制在0.2MPa～0.5MPa為宜，當進漿順利時，應降低灌漿壓力；

（6）灌漿結(jié)束至封孔時的吸漿量應＜0.02L/5min；

（7）當漿材固化強度達到設計要求后，應開鉆檢查孔并進行壓水試驗，檢查孔單孔吸水量應＜0.01L/min，如出現(xiàn)不合格的孔時，必須進行補灌；

（8）灌漿應安排在低溫季節(jié)或裂縫開度較大時進行，保證灌漿質(zhì)量。

3 結(jié)語

裂縫是水工混凝土中普遍存在的一種現(xiàn)象，它不僅會降低混凝土壩體的抗?jié)B能力，影響其的使用功能，導致混凝土易碳化，降低混凝土的耐久性，影響水工混凝土的承載能力。因此，必須對水工混凝土裂縫進行深入細致的調(diào)查研究，區(qū)別對待，在施工中采取各種有效的技術措施，減少結(jié)構裂縫或盡量減少裂縫的數(shù)量及寬度，以保證混凝土壩體的安全性、穩(wěn)定性及耐久性。

［1］蔣媛，葛開亮.水工混凝土裂縫成因及修補［J］.大眾周刊，2013，（5）.

［2］水利部丹江口水利樞紐管理局.混凝土壩養(yǎng)護修理規(guī)程，1999.