淺析混凝土壩裂縫成因及修補(bǔ)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(bǔ)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(shù)領(lǐng)域長(zhǎng)期關(guān)心和不斷進(jìn)行研究的重要課題，也是混凝土壩工程安全運(yùn)行的重要影響因素，是關(guān)系到整個(gè)水利水電工程質(zhì)量好壞的關(guān)鍵控制點(diǎn)。文章就混凝土壩受主要影響因素導(dǎo)致出現(xiàn)裂縫的成因根據(jù)施工經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行了淺顯的分析，并介紹了常用的修補(bǔ)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(chǔ)。

混凝土壩 裂縫 成因分析 修補(bǔ)方法

混凝土，簡(jiǎn)稱為“砼”，是由膠凝材料將集料膠結(jié)成整體的工程復(fù)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(yīng)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(yīng)用十分普遍，并發(fā)揮著關(guān)鍵作用，因水利水電工程的自身特點(diǎn)，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(huì)受不同原因而導(dǎo)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(shù)手段及方法，嚴(yán)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(yùn)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(zhǎng)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(yīng)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(yīng)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(shí)，會(huì)因水分散失而導(dǎo)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(kuò)散的速度要比溫度擴(kuò)散的速度慢一千倍。因干縮擴(kuò)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(dǎo)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(yīng)力，當(dāng)混凝土抗拉強(qiáng)度小于混凝土干縮應(yīng)力時(shí)，混凝土則會(huì)出現(xiàn)干縮裂縫。

1.2 荷載裂縫

圖1 裂縫粘貼修補(bǔ)圖（單位:mm）

混凝土結(jié)構(gòu)在荷載作用下，由于混凝土截面的拉應(yīng)力變大，多是大于混凝土極限拉伸值，所以構(gòu)件在使用時(shí)總是帶縫工作。這類裂縫總是與主拉應(yīng)力方向大致垂直，且最先在荷載效應(yīng)最大處產(chǎn)生。如果荷載效應(yīng)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(gòu)地基材料不勻、松軟或回填材料不實(shí)或長(zhǎng)期浸水而導(dǎo)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(dòng)等導(dǎo)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(gòu)產(chǎn)生裂縫。此類裂縫多為深進(jìn)或貫穿性裂縫，裂縫呈梭形，其走向與沉陷情況有關(guān)，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(cuò)位，裂縫寬度往往與沉降量成正比關(guān)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(dāng)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(dāng)溫降收縮變形大于混凝土極限拉伸變形時(shí)，導(dǎo)致混凝土易出現(xiàn)溫度裂縫。此外，溫度裂縫還會(huì)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(huì)導(dǎo)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(dǎo)致發(fā)生溫度裂縫。

1.5 堿骨料反應(yīng)裂縫

圖2 裂縫充填修補(bǔ)圖（單位:mm）

堿骨料反應(yīng)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(xué)反應(yīng)，導(dǎo)致混凝土內(nèi)部出現(xiàn)自膨脹應(yīng)力而開裂的現(xiàn)象。堿骨料反應(yīng)時(shí)間緩慢，從幾年到幾十年才能被發(fā)現(xiàn)。堿骨料反應(yīng)的結(jié)果是在混凝土中產(chǎn)生膨脹應(yīng)力，導(dǎo)致一定程度后，將引起混凝土開裂或混凝土自身結(jié)構(gòu)嚴(yán)重破壞。

2 混凝土裂縫的常用修補(bǔ)方法

混凝土裂縫修補(bǔ)以恢復(fù)防水性和耐久性為主要目的，裂縫修補(bǔ)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(bǔ)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(fēng)砂槍清除裂縫表面附著物及污垢，并進(jìn)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(yīng)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(bǔ)表層裂縫寬度＜0.3mm的裂縫，開槽粘貼法適用于修補(bǔ)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(yīng)保證基面干燥，涂刷一層膠粘劑，對(duì)粘貼刷有膠粘劑的片材進(jìn)行加壓。

開槽粘貼法：

（1）沿裂縫鑿槽，寬18cm～20cm、深2cm～4cm、長(zhǎng)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(shè)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(shí)；

（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(shí)抹光，應(yīng)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(bǔ)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(zhǔn)備好的充填材料填入需要修補(bǔ)的槽內(nèi)，后壓實(shí)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(shè)隔離膜；

（3）在槽側(cè)面涂刷膠粘劑，后嵌填彈性嵌縫修補(bǔ)材料，用力壓實(shí)；

（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(bǔ)貫穿裂縫及深層裂縫。

（2）死縫應(yīng)用高強(qiáng)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(yīng)用彈性聚氨酯漿材等灌注材料。

2.4.2 施工工藝

（1）首先應(yīng)按設(shè)計(jì)要求進(jìn)行灌漿孔布置；

（2）再按先鉆孔、后洗孔、再埋灌漿管的步驟進(jìn)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(jìn)行嵌填封堵；

（4）壓水檢查，應(yīng)控制孔口壓力在50%～80%的設(shè)計(jì)灌漿壓力，以0.2MPa～0.4MPa為宜；

（5）對(duì)于垂直裂縫和傾斜裂縫，灌漿應(yīng)以從深到淺、自下而上的原則進(jìn)行；當(dāng)接近水平狀裂縫時(shí)，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(dāng)進(jìn)漿順利時(shí)，應(yīng)降低灌漿壓力；

（6）灌漿結(jié)束至封孔時(shí)的吸漿量應(yīng)＜0.02L/5min；

（7）當(dāng)漿材固化強(qiáng)度達(dá)到設(shè)計(jì)要求后，應(yīng)開鉆檢查孔并進(jìn)行壓水試驗(yàn)，檢查孔單孔吸水量應(yīng)＜0.01L/min，如出現(xiàn)不合格的孔時(shí)，必須進(jìn)行補(bǔ)灌；

（8）灌漿應(yīng)安排在低溫季節(jié)或裂縫開度較大時(shí)進(jìn)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(huì)降低混凝土壩體的抗?jié)B能力，影響其的使用功能，導(dǎo)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(duì)水工混凝土裂縫進(jìn)行深入細(xì)致的調(diào)查研究，區(qū)別對(duì)待，在施工中采取各種有效的技術(shù)措施，減少結(jié)構(gòu)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(bǔ)［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(hù)修理規(guī)程，1999.