淺談水工混凝土裂縫處理

            

混凝土是一種由砂石骨料、水泥、水及其他外加材料混合而成的非均質(zhì)脆性材料。由于由于混凝土施工、本身變形和約束等一系列問題，使混凝土裂縫成了土木、水利、橋梁、隧道等工程中最常見的工程病害。硬化成型的混凝土中存在著眾多的微孔隙、氣穴和微裂縫，正是由于這些初混凝土建筑和構(gòu)件通常都是帶縫工作的，由于裂縫的存在和發(fā)展通常會使內(nèi)部的鋼筋等材料產(chǎn)生腐蝕，降低鋼筋混凝土材料的承載能力、耐久性及抗?jié)B能力，影響建筑物的外觀、使用壽命，嚴重的將威脅到人民的生命、財產(chǎn)。　

一、水工建筑物產(chǎn)生裂縫因素 

　　混凝土裂縫產(chǎn)生的原因很多，水工建筑物產(chǎn)生裂縫主要有以下幾種：

   （1）混凝土在硬化的過程中，由于干縮引起的體積變形受到約束時產(chǎn)生的裂縫，這種裂縫的寬度有時會很大，甚至?xí)�貫穿整個構(gòu)件。

   （2）大體積混凝土水化時產(chǎn)生的大量水化熱得不到散發(fā)，導(dǎo)致混凝土內(nèi)外溫差較大，使混凝土的形變超過極限引起裂縫。

   （3）在厚度較大的構(gòu)件中，由于混凝土的塑性塌落引起的裂縫。

   （4）當有約束時，混凝土熱漲冷縮所產(chǎn)生的體積漲縮，因為受約束力的限制，在內(nèi)部產(chǎn)生了溫度應(yīng)力，由于混凝土抗拉強度低，容易被溫度引起的拉應(yīng)力拉裂，從而產(chǎn)生溫度裂縫。由于太陽暴曬產(chǎn)生裂縫也是工程中最常見的現(xiàn)象。

   （5）混凝土加水拌和后，水泥中的堿性物質(zhì)與活性骨料中活性氧化硅等起反應(yīng)，析出的膠狀堿——硅膠從周圍介質(zhì)中吸水膨漲，體積增大三倍，從而使混凝土漲裂產(chǎn)生裂縫。

   （6）在炎熱的大風(fēng)天氣，混凝土表面蒸發(fā)較過快，造成混凝土內(nèi)部水化熱過高，在混凝土澆筑數(shù)小時仍處于塑性狀態(tài)，易產(chǎn)生塑性收縮裂縫。

   （7）構(gòu)件超載產(chǎn)生的裂縫，例如：構(gòu)件在超出設(shè)計的均布荷載或集中荷載作用下產(chǎn)生內(nèi)力彎矩，出現(xiàn)垂直于構(gòu)件縱軸的裂縫，構(gòu)件在較大剪力作用下，產(chǎn)生斜裂縫，并向上、下延伸。

   （8）當結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)出現(xiàn)不均勻沉陷，就有可能會產(chǎn)生裂縫，隨著沉陷的進一步發(fā)展，裂縫會進一步擴大。

   （9）當鋼筋混凝土處于不利環(huán)境中，例如：侵蝕性水，由于混凝土保護層厚度有限，特別是當混凝土密實性不良，環(huán)境中的氯離子等和溶于水中的氧會使混凝土中的鋼筋生銹，生成氧化鐵，氧化鐵的體積比原來金屬的體積大的多，鐵銹體積膨脹，對周圍混凝土擠壓，使混凝土脹裂。

二、水工混凝土工程的常見缺陷修補 

    國內(nèi)外修補裂縫的方法很多，歸納起來主要有以下三大類

   （1）開槽法修補裂縫:　該法適合于修補較寬裂縫大于0.5mm，采用環(huán)氧樹脂：10，聚硫橡膠：3，水泥：12.5，砂：28。首先用人工將曬干篩后的砂、水泥按比例配好攪拌均勻后，將環(huán)氧樹脂聚硫橡膠也按配比拌勻。然后摻入已拌好的砂、水泥當中，再用人工繼續(xù)攪拌。最后用少量的丙酮將已拌好的砂漿稀釋到適中稠度（約0.4斤丙酮就可以了）。及時將已拌好的改性環(huán)氧樹脂砂漿用橡膠桶裝到已鑿好洗凈吹干后的混凝土鑿槽內(nèi)進行嵌入。從砂漿開始拌和到嵌入混凝土縫內(nèi)，一組砂漿的整個施工過程需要30分鐘左右完成。嵌入后的砂漿養(yǎng)護即砂漿嵌入縫槽內(nèi)處理好后兩小時以內(nèi)及時用毛氈、麻袋將聚硫橡膠改性環(huán)氧樹脂砂漿進行覆蓋，待完全初凝后，開始用水養(yǎng)護。

   （2）低壓注漿法修補裂縫:低壓注漿法適用于裂縫寬度為0.2mm~0.3mm的混凝土裂縫修補。修補工序如下：裂縫清理—試漏—配制注漿液—壓力注漿—二次注漿—清理表面。當裂縫數(shù)量較多時，先要在裂縫位置上貼醫(yī)用白膠布，再用窄毛刷沾漿沿裂縫來回涂刷封縫，使裂縫封閉，大約10分鐘后，揭去膠布條，露出小縫，粘貼注漿嘴用鍵包嚴。固化后周邊可能有裂口，必須反復(fù)用漿補上，以避免注漿漏漿。注漿操作一般在粘嘴的第二天進行，若氣溫高的話，半天就可注漿。操作時先用補縫器吸取注漿液，插入注漿嘴，用手推動補縫器活塞，使?jié){液通過注漿嘴壓入裂縫，當相鄰的嘴中流出漿液時，就可拔出補縫器，堵上鋁鉚釘。一般由上往下注漿，水平縫一般從一端到另一端逐個注漿。為了保證漿液充滿，在注漿后約半小時可以對每個注漿嘴再次補漿。

   （3）表面覆蓋法修補裂縫:這是一種在微細裂縫（一般寬度小于0.2mm）的表面上涂膜，以達到修補混凝土微細裂縫的目的。分涂覆裂縫部分及全部涂覆兩種方法，這種方法的缺點是修補工作無法深入到裂縫內(nèi)部，對延伸裂縫難以追蹤其變化。表面覆蓋法所用材料視修補目的及建筑物所處環(huán)境不同而異，通常采用彈性涂膜防水材料，聚合物水泥膏、聚合物薄膜（粘貼）等。施工時，首先用鋼絲刷子將混凝土表面打毛，清除表面附著物，用水沖洗干凈后充分干燥，然后用樹脂充填混凝土表面的氣孔，再用修補材料涂覆表面。

三、工程實例 

    在實際工程中要區(qū)別對待各種裂縫，根據(jù)實際情況解決問題�，F(xiàn)結(jié)合工程實例，討論一下自己工程中遇到的裂縫形式、成因、最終處理方法及效果。

    重慶市渝北區(qū)六一水庫溢洪道控制段凈寬2（孔）×12.0m，最大下泄流量123 m3/s，溢洪道控制段右邊墻與土壩銜接，左邊墻與岸邊公路銜接，左右邊墻均為C20混凝土結(jié)構(gòu)，控制段公路橋與寬4.0m壩頂連接。溢洪道進口段左、右岸邊墻均為C20混凝土結(jié)構(gòu)，溢流堰為C25鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)。溢流堰高5m、頂寬0.6m、底寬5.0m，長25m，上游為直立面，下游邊坡為1:0.66m，從堰頂面至下游堰底布設(shè)φ12@250縱、橫向鋼筋。溢洪道進口段的溢流堰和左右岸擋墻已施工完畢。2004年12月5日（施工完畢后4天）現(xiàn)場溢流堰養(yǎng)護工人發(fā)現(xiàn)溢流堰離左岸4.4m～4.9m的位置出現(xiàn)一條垂直于壩軸線方向的裂縫，裂縫呈上寬下窄的趨勢，上寬1mm、下寬0.3mm，裂縫從溢流堰上游迎水面底部到頂面，再沿溢流堰頂面至下游堰底呈貫通狀（詳見附圖一）。

分析裂縫產(chǎn)生的原因分析：根據(jù)施工單位、監(jiān)理單位對溢流堰混凝土施工過程中的施工方法、施工工序、混凝土后期養(yǎng)護情況介紹，分析歸納影響因素主要是溢流堰體內(nèi)外溫差、混凝土的干縮、自生體積變形和外部約束作用等幾方面，其中主導(dǎo)因素是外部約束作用—施工單位將25m長的溢流堰和兩端的邊墻的混凝土合倉澆筑所致。合倉澆筑的后果是兩端大、重的擋墻和中間相對小、輕的溢流堰形成了一個整體的混凝土塊體。兩端大重混凝土塊體約束了整個塊體的自由收縮度，致使中間相對薄弱部位被拉裂。正常澆筑應(yīng)該是兩岸邊墻和溢流堰分倉分段澆筑。

裂縫安全影響分析：溢流堰屬重力壩型式，主要靠溢流堰自重滿足結(jié)構(gòu)穩(wěn)定安全要求。由于裂縫是沿溢流堰橫剖面方向展沿，裂縫的產(chǎn)生對溢流堰的結(jié)構(gòu)安全不構(gòu)成威脅，但水庫蓄水后，將沿裂縫產(chǎn)生滲漏，影響水庫正常蓄水和非洪水期的美觀，如長期滲水將影響壩體結(jié)構(gòu)安全。

    經(jīng)分析裂縫處理適合選用開槽法修補裂縫，具體處理方法如下：

       1、迎水面裂縫處理：迎水面裂縫范圍內(nèi)開槽，槽尺寸為1000mm×150mm（位置詳見附圖二）。即沿縫隙鑿深150mm并向兩側(cè)各擴大約500mm形成一個矩形槽。人工開槽，當遇已澆鋼筋混凝土內(nèi)鋼筋時應(yīng)保留鋼筋完整性，并進行適當處理；開槽的中間布置“651”型橡膠止水帶，“651”型橡膠止水厚8mm，寬280mm。橡膠止水帶中間縫寬10mm，縫內(nèi)采用瀝青油氈（4氈5油）。新澆鋼筋混凝土?xí)r布設(shè)鋼筋應(yīng)繞開橡膠止水，橡膠止水深入基礎(chǔ)300mm；新澆鋼筋混凝土迎水面保護層為50mm，①號鋼筋深入已澆混凝土內(nèi)100mm（澆筑前先鉆孔）。Φ12錨筋錨深300mm～500mm，錨筋深度不超過下游溢流堰面；Φ12錨筋間距為500mm。            　　

      2、下游背水堰面裂縫處理:溢流面裂縫為一貫穿性裂縫，因裂縫位于溢流面，溢流面有防滲、抗沖、耐磨要求，故對溢流面下游裂縫應(yīng)進行表面處理。（但暫不考慮對裂縫內(nèi)部進行灌漿處理，水庫先蓄水、運行，同時監(jiān)測、記錄其運行情況，再進一步確定是否對裂縫內(nèi)部進行灌漿處理。）

       裂縫表面處理：在溢流面的下游面沿裂縫（以裂縫為中心）鑿一條寬80mm，深40mm,的“V”型槽（詳見附圖三），并清洗干凈，刷去松動顆粒，回填彈性環(huán)氧砂漿。彈性環(huán)氧砂漿配方見下表。

彈性環(huán)氧砂漿配（重量比）

下游背水面裂縫寬0.3mm或更細，故采用化學(xué)灌漿方法處理內(nèi)部裂縫。施工工序：鉆孔→壓氣（或壓水）檢測→止?jié){→試漏→灌漿→封孔→檢查

施工技術(shù)要求：（1）鉆孔　布孔方式：裂縫較深，縫的走向不規(guī)則，布孔采用騎縫孔和斜孔，騎縫孔采用灌漿嘴施灌，斜孔采用埋設(shè)灌漿管施灌。            　　孔距和孔徑：孔距、排距應(yīng)視裂縫的寬度和通暢情況、漿液粘獨及允許灌漿壓力而定，孔距、排距初定為0.5m；鉆孔采用風(fēng)鉆孔，為減少孔內(nèi)漿量，孔徑宜采用30mm～36mm。

    （2）壓氣檢測:環(huán)氧樹脂（化學(xué)灌漿材料）屬于憎水性材料，采用壓氣檢測檢驗的方法。壓氣時在縫外面刷上肥皂水，以檢查鉆孔與縫面暢通情況；并用耗氣量來檢查堰內(nèi)部是否有缺陷，以推估吸漿量。氣壓宜大于灌漿壓力。

    （3）縫面止?jié){:化學(xué)灌漿材料的滲透性能較好，造價高，為保證灌漿質(zhì)量，節(jié)省漿液，要求對縫面進行嚴格而又細致的止?jié){。止?jié){方法是沿縫鑿槽，洗刷干凈后再嵌填環(huán)氧砂漿或其它速凝早強的砂漿，并將表面壓實抹光。

（4）試漏:目的檢查止?jié){效果，以選擇主灌漿孔。灌漿材料采用環(huán)氧樹脂，則采用壓氣檢測，壓力大于灌漿壓力，當發(fā)現(xiàn)止?jié){有缺陷時，應(yīng)在灌漿前進行修補。

①灌漿:灌漿材料：灌漿材料采用環(huán)氧樹脂。因環(huán)氧樹脂適用較干燥裂縫或經(jīng)處理后已無滲水裂縫的補強，能灌0.3mm左右的細裂縫。環(huán)氧樹脂粘度高較，在潮濕或水中粘合強度不高，故選在裂縫較干燥或經(jīng)處理后裂縫已無滲水時施工。

    灌漿壓力：灌漿壓力初選（4～5）Kg/cm2，灌漿壓力由低到高，當壓力驟升而停止吸漿時，即可停止灌漿。

    灌漿方法：灌漿前，應(yīng)將灌漿孔（嘴）上的閥們?nèi)�部打開，用壓縮空氣將孔內(nèi)、縫內(nèi)的積水盡量吹擠干凈，并爭取達到處于無水狀態(tài)，然后準備灌漿。

    根據(jù)裂縫情況選擇灌漿方法，對細微裂縫，需用較長凝結(jié)時間的漿液，采用單液法灌漿；對于較寬的裂縫，需用較短的凝結(jié)時間的漿液，采用雙液法灌漿�！‘斠粭l裂縫上布有幾個灌漿孔（嘴）時，可按由深至淺，由下而上的順序灌漿。灌漿的結(jié)束標準是以不吸漿為原則。如吸漿率小于0.01L/min，并延長適當時間，亦可作為結(jié)束標準，停止灌漿。

    ②封孔:對于固化后強度達到或超過混凝土強度的灌漿材料，灌漿后孔內(nèi)的固結(jié)物不必清除。

    注意兩點：一是灌漿材料—環(huán)氧樹脂有毒，配料和施工時注意防護；二是選擇裂縫灌漿最佳時間。對混凝土構(gòu)件來說，選擇最低氣溫時進行灌漿比較適宜。因為此時裂縫開度最大，漿液易于灌入，且其固結(jié)體在裂縫內(nèi)也不會因混凝土收縮而重新被拉開，只能出現(xiàn)混凝土因氣溫升高而膨脹使固結(jié)體受壓的情況。

 附環(huán)氧樹脂性能及配方：

   （一）環(huán)氧樹脂漿液的組成

    環(huán)氧樹脂灌漿：環(huán)氧樹脂漿液是環(huán)氧樹脂為主體，加入一定比例的固化劑，稀釋劑，增韌劑等混合而成。硬化后，粘結(jié)力強，收縮性小，強度高，穩(wěn)定性好，在抗?jié)B、抗沖、抗氣蝕方面，亦有良好能。環(huán)氧樹脂因有毒性，故在配方漿液和施工中應(yīng)注意防護。

    主劑：環(huán)氧樹脂是含有環(huán)氧基的線型高分子聚合物，目前廣泛使用的是雙酚A型環(huán)氧樹脂，它是環(huán)氧氯丙烷與二酚基丙烷在苛性鈉溶液中縮聚而成的。

    固化劑：灌漿對固化劑的要求是粘度低并能在低溫和潮濕狀態(tài)下固化，固化劑的摻量須適宜，如固化不全，則強度降低。常用的固化劑有乙二胺、二乙烯三胺、多烯多胺等。

    稀釋劑：摻用稀釋劑目的是降低環(huán)氧樹脂漿液的粘度，增強其流動性。稀釋劑有活性和非活性之分。非活性稀釋劑僅起稀釋作用，不參加化學(xué)反應(yīng)，如丙酮、甲苯、乙醇等�；钚韵♂寗┎粌H起稀釋作用，還參加化學(xué)反應(yīng)，如690＃環(huán)氧丙烷苯基醚、501＃環(huán)氧丙烷苯丁基醚、662＃甘油環(huán)氧樹脂、糠醛-丙酮等。

    增韌劑：其作用是改善漿液固化后的脆性。常用的增韌劑有650＃聚酰胺樹脂、651＃聚酰胺樹脂、304＃聚酯樹脂、鄰苯二甲酸二丁脂等。

    促進劑：其作用是縮短固化時間，常用是促進劑是苯酚。

   （二）環(huán)氧樹脂漿液的基本配方

根據(jù)一些單位的試驗成果，經(jīng)綜合分析和選擇，得出環(huán)氧樹脂漿液的基本配方，見下表，可作參考。

環(huán)氧樹脂漿液的基本配方（重量比）

該工程溢流堰裂縫處理為2004年12月中旬，距今該溢流堰經(jīng)歷兩次洪水期的考驗，裂縫未發(fā)展，并且?guī)靸?nèi)蓄水期未發(fā)生滲漏。證明處理措施是合理、有效的，達到防漏和控制裂縫的效果。

四、結(jié)論 

裂縫是混凝土結(jié)構(gòu)中普遍存在的一種現(xiàn)象，它的出現(xiàn)不僅會降低建筑物的抗?jié)B能力，影響建筑物的使用功能，而且會引起鋼筋的銹蝕，混凝土的碳化，降低材料的耐久性，影響建筑物的承載能力，因此嚴格按規(guī)程、規(guī)范要求施工，嚴把質(zhì)量關(guān)，防患于未來，盡可能地降低混凝土裂縫的出現(xiàn)；對混凝土裂縫進行認真研究、區(qū)別對待，采用合理的方法進行處理，并在施工中采取各種有效的預(yù)防措施來預(yù)防裂縫的出現(xiàn)和發(fā)展，保證建筑物和構(gòu)件安全、穩(wěn)定地工作。

 

  參考文獻：

1. 鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范.中國建筑工業(yè)出版社，1999.2. 

     2. 鞠麗艷. 混凝土裂縫抑制措施的研究進展.混凝土，2002. 5. 

     3. 黃國興陳改新.水工混凝土建筑物修補技術(shù)及應(yīng)用，1999.3

     4. 水利水電工程質(zhì)量監(jiān)控與通病防治，1999.8