嚴寒地區水工混凝土裂縫修補技術應用淺析

摘要：遼寧東部嚴寒地區某水庫溢流堰面混凝土出現裂縫，采用裂縫內部化學灌漿封堵、表面封閉的處理措施。裂縫內部灌漿材料采用遇水膨脹的聚氨酯類柔性灌漿料，裂縫表面封閉材料采用手刮聚脲彈性體，修補效果良好。實踐證明，該工法適宜在寒冷與嚴寒地區推廣應用。

關鍵詞：嚴寒地區；水工混凝土裂縫；裂縫修補技術；化學灌漿；表面封閉；手刮聚脲彈性體 文獻標識碼：A

中圖分類號：TV431 文章編號：1009-2374（2016）08-0041-02 DOI：10.13535/j.cnki.11-4406/n.2016.08.022

1 工程概況

該水庫于1970年動工興建，1972年主體完工并開始蓄水。壩體主要水工建筑物為Ⅲ級。水庫設計洪水標準為100年一遇，校核洪水標準為500年一遇，是一座以灌溉為主，兼顧防洪、發電、養魚等綜合利用的中型水庫。

水庫擋水結構為混凝土重力壩，溢洪道為實用堰結構，全長40.20m，凈寬35.40m，加固后堰型采用克-奧Ⅱ型曲線，消能方式為平滑鼻坎自由挑流式消能，最大下泄流量增加到1065.65m?/s。經過多年運行，發現除溫度縫外，混凝土表面有裂縫分布，且裂縫表面混凝土出現不同程度的凍融侵蝕和沖蝕等損傷。

2 溢流堰面溫度縫、裂縫普查結果

溢流堰面共設有溫度縫7條，其中橫向方向5條、縱向方向2條。這7條溫度縫開口處混凝土均有不同程度的表面破損。

隨著水庫的運行，2007年10月15日，壩體首次發現有明顯裂縫。隨后，裂縫繼續擴展，裂縫數量逐年增多。2011年4～5月根據相關規程對該水庫攔河壩裂縫進行調查與檢測，發現溢洪道堰面混凝土分布有10條不規則裂縫，裂縫最大寬度為0.24～0.41mm。為深入了解裂縫的性質及其隨時間和溫度的變化情況，結合實際情況，對該攔河壩擋水壩段背水側出現較早的3條裂縫寬度變化進行跟蹤觀測和分析。觀測結果顯示，混凝土裂縫寬度隨溫度變化比較明顯，總體趨勢為冬季裂縫寬度變大、夏季裂縫寬度變窄，符合混凝土裂縫隨季節溫差變化的規律。

3 裂縫成因及危害

裂縫是混凝土結構中普遍存在的一種缺陷，其產生的原因很多，有內在原因，如原材料質量、混凝土配合比的合理性等；外在原因也很多，如施工質量、施工時間、施工工藝、養護措施、保溫措施以及運行過程中的工況、管護等。該工程地處北方嚴寒地區，季節溫度差也是導致裂縫產生的主要因素。

裂縫的產生破壞了混凝土結構的整體性和完整性，使得內部鋼筋裸露，同時雨水沿縫入滲會加速腐蝕混凝土和內部鋼筋。冬季雪水入滲，凍融侵害將逐漸加重等。這些現象繼續發展將加速混凝土碳化，從而降低混凝土的耐久性。混凝土裂縫開口處現狀已經有所表現，加之運行期間的沖、磨蝕等工況，更會加重病害發展，因此及時采取合理有效的修補防護措施，對阻止和延緩裂縫等缺陷繼續發展，保證建筑物和構件的安全性和穩定性很有必要。

4 溫度縫、裂縫處理原則及方案選擇

4.1 處理原則

考慮到遼東地區地處嚴寒，凍融侵害嚴重等外界因素影響較大，確定裂縫及缺陷的處理主要遵循以下原則：（1）按活縫進行處理；（2）施工期的選擇，在滿足施工和外界溫度條件允許的情況下，盡量選擇氣溫較低的時間，定為10月；（3）由于裂縫與溫度縫交錯發展，且縫開口處混凝土也發生損傷，因此要一并處理；（4）內部灌漿材料要選取遇水膨脹型的柔性化學灌漿材料，要適應活縫寬度隨季節溫差反復變化的特點；（5）表面封閉材料要具有抗沖磨性能，在低溫下要有足夠的延展性和耐久性，能夠適應遼東地區冷熱溫度變化，適應凍融環境。

4.2 修補方案選擇

混凝土裂縫從動態發展而言，可分為靜止裂縫、活動裂縫和在發展裂縫。對于裂縫處理的方法，應根據結構物運行工況及裂縫的特點采用不同的修補方法和材料。通過對本工程擋水壩段的3條典型裂縫寬度隨外界溫度變化趨勢分析，裂縫性質為活縫。裂縫修補除以恢復混凝土的防水耐久性為主要目的外，也要從結構和美觀角度出發進行修補，同時兼顧經濟因素。目前國內常用的混凝土裂縫修補方法很多，常見的有表面修補法，灌漿、嵌縫封堵法、結構加固法、混凝土置換法、電化學防護法、仿生自愈合法等。

本工程地處我國北方嚴寒地區，一年中環境溫度隨季節變化較大，裂縫具有明顯的活縫性質，裂縫最大寬度大，構件表面受高速水流沖刷等諸多因素影響，故選擇混凝土裂縫內部采用柔性材料進行封堵，表面開口采用柔性、抗沖磨、耐老化材料進行封閉的綜合方法進行處理。通過對表面混凝土強度、損傷深度、碳化深度等指標的檢測，具備該綜合修補方法的實施條件。

5 修補材料選擇及工藝流程

5.1 裂縫內部灌漿材料

5.1.1 化學灌漿材料選擇。常用的主要有聚氨酯類、水玻璃系列、環氧樹脂類、甲凝、丙凝、丙烯酸鹽類、木質素類等。針對工程實際，結合經濟造價，首選LW、HW水溶性聚氨酯。

5.1.2 主要技術參數確定。布孔方式為裂縫雙側錯孔布置，特殊位置單側雙排，外側為深孔。孔徑為14mm，孔深為30～50cm，孔傾角為30°～45°，孔距為20～60cm（根據注水效果可調）。灌漿壓力為0.3～0.5MPa，穩壓時間不少于10min（特殊部位不少于30min）。

5.1.3 工藝流程。施工準備→查縫定位、布孔→鉆孔及孔內清理→安裝檢查嘴→壓水、壓氣檢查→安裝灌漿嘴→裂縫表面臨時性封堵→灌注漿液→質量檢查（壓水或取芯檢測）→封孔→表面清理。

5.2 裂縫表面封閉材料

5.2.1 封閉材料選擇。常用的主要有聚脲類（單、雙組分）、聚氨酯類、環氧樹脂類、合成橡膠類、水泥基類、丙烯酸酯類、硅烷、橡膠瀝青等。

考慮到本工程裂縫為活縫，有耐低溫、抗老化、耐沖磨等具體要求，因此針對工程實際，結合經濟造價，首選手刮聚脲材料。

5.2.2 主要技術參數確定。手刮聚脲涂膜平均厚度不小于2mm（縫開口部位3～4mm），分層涂刮，每層厚度約0.5mm，涂刮后要晾曬至面干再進行下一層涂刮。涂刮寬度不小于400mm（即裂縫兩側分別為200mm寬）。裂縫表面封閉處理長度要順延裂縫發展方向，在縫端外延50mm以上的富裕長度。

5.2.3 工藝流程。施工準備→混凝土表面清理（如有附著物要清除或打磨至新鮮混凝土面后，用高壓水沖洗）→晾曬處理（表面干燥無滲水）→刷涂界面劑→底層刮涂SK手刮聚脲→中間厚度布置胎基布→表層刮涂SK手刮聚脲至設計厚度。

5.3 溫度縫處理

考慮到裂縫與溫度縫交錯發展，處理過程中將溫度表一并進行內部灌漿封堵和表面進行封閉處理，所選材料與裂縫修補材料相同，工藝相近，不再進行贅述。

6 修補處理效果評價

為了保證修補后整體效果，進行材料調色，使封閉材料顏色接近新混凝土澆筑色，表面縫處理前要進行劃線、定位處理，保證封閉材料邊界順直。修補質量按以下兩個方面進行檢查：

6.1 灌漿效果評價

現場采用騎縫鉆取混凝土芯樣檢查灌漿效果，通過芯樣內端可以明顯發現灌漿材料已密實填充了整條裂縫內部。灌漿效果明顯，滿足工程修補設計要求。

6.2 表面封閉質量評價

6.2.1 外觀檢查：現場通過目視、橡皮錘錘擊試驗等檢查，證明修補表面封閉材料與混凝土結合緊密，無空鼓等缺陷。

6.2.2 涂層正拉黏接強度試驗結果表明，涂層黏接強度在2.5MPa以上，涂層與混凝土基體黏接良好。

7 結語

（1）根據質量檢測數據，該水庫修補處理措施得當、工藝合理，總體修補質量達到了預期的設計要求；（2）經過生產性試驗、實踐摸索和經驗總結，“延長漿材操作時間、低壓低速慢灌、排氣排水排漿、自下向上升層、持壓屏漿結束”的灌漿工藝，對裂縫的充分充填是行之有效的；（3）經過3個年度的跟蹤觀測和應用效果證明，該修補工法適宜在東北等寒冷與嚴寒地區推廣應用。

參考文獻

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基金項目：遼寧省水利科技計劃項目“遼寧省水工混凝土結構質量控制與耐久性提升技術研究”（項目編號：20150200）。

作者簡介：汪魁峰（1976-），男，遼寧丹東人，遼寧省水利水電科學研究院高級工程師，研究方向：水利水電工程科研、材料試驗、水工建筑物質量檢測及修補技術。

（責任編輯：蔣建華）