【摘 要】本文分析船閘混凝土病害的原因，闡述船閘混凝土病害的危害、混凝土裂縫的成因、修補(bǔ)方法和采用材料，并對(duì)已采取的修補(bǔ)技術(shù)方案的問題進(jìn)行了探討。
【關(guān)鍵詞】船閘混凝土；病害；裂縫；修補(bǔ)
水工混凝土各種病害、缺陷主要有裂縫、破損、腐蝕、滲漏、鋼筋銹蝕以及結(jié)構(gòu)外觀變形等，而裂縫則是混凝土建筑物最常見的病害之一，另外結(jié)構(gòu)物破壞常常是裂縫開始的，所以人們常常把裂縫的存在視作結(jié)構(gòu)物瀕臨破壞的危險(xiǎn)征兆。因此。在研究混凝土病害及修補(bǔ)技術(shù)時(shí)，應(yīng)對(duì)裂縫危害及形成原因有充分的認(rèn)識(shí)，并采取措施減少裂縫的開展，這對(duì)減輕混凝土病害，具有十分重要的意義。
1 混凝土裂縫對(duì)水工構(gòu)筑物的危害
1.1 混凝土裂縫將使建筑物產(chǎn)生滲漏
滲漏的結(jié)果，一方面在水壓力作用下使裂縫逐步擴(kuò)寬和發(fā)展；另一方面當(dāng)水滲人混凝土內(nèi)部后將一部分水泥的某些水化產(chǎn)物溶解并流失。水泥水化產(chǎn)物中最容易溶解的Ca（OH）2，它的溶蝕會(huì)促使水泥水化物的水解。首先引起水解破壞的是水化硅酸三鈣和水化硅酸二鈣的多堿性化合物，然后是低堿性的水化產(chǎn)物的破壞，由此可能導(dǎo)致混凝土結(jié)構(gòu)物的破壞。這種危害主要出現(xiàn)在水下建筑物、地下洞室、和建筑物外墻等。
1.2 加速混凝土碳化
混凝土裂縫的存在，使空氣中二氧化碳極易滲透到混凝土內(nèi)部與水泥的某些水化物相互作用形成碳酸鈣，這就是混凝土的碳化。碳酸鈣中和水泥的基本堿性，使混凝土的堿度降低，使鋼筋純化膜遭受破壞，當(dāng)水和空氣同時(shí)滲人時(shí)，鋼筋就會(huì)產(chǎn)生銹蝕，同時(shí)加劇混凝土收縮開裂，導(dǎo)致混凝土結(jié)構(gòu)物破壞。通常在空氣中二氧化碳的濃度很低時(shí)，混凝土碳化速度非常緩慢，當(dāng)混凝土不密實(shí)或布滿裂縫時(shí)，則可能在1-2年內(nèi)就使混凝土鋼筋保護(hù)層完成碳化。
1.3 降低混凝土抵抗各種侵蝕性介質(zhì)的耐腐蝕性能力
混凝土腐蝕有三種類型：
1.3.1 溶蝕型混凝土腐蝕。即當(dāng)水通過裂縫內(nèi)部或是軟水與水泥石作用時(shí)，將一部分水泥的水化產(chǎn)物溶解并流失，引起混凝土破壞。
1.3.2 酸鹽腐蝕和鎂鹽腐蝕。這類腐蝕的主要生成物是不具有膠凝性，且易被水溶解的松軟物質(zhì)。這類物質(zhì)能被通過裂縫或空隙滲透人混凝土內(nèi)部的水所溶蝕，使混凝土中的水泥石遭受破壞。
1.3.3 晶膨脹型腐蝕。它是混凝土受硫酸鹽作用，在裂縫和混凝土空隙中形成低溶解度的新生物，逐步積累后將產(chǎn)生巨大的應(yīng)力使混凝土遭受破壞。
1.4 影響混凝土結(jié)構(gòu)物的結(jié)構(gòu)強(qiáng)度和穩(wěn)定性
混凝土裂縫直接影響混凝土結(jié)構(gòu)強(qiáng)度和整體穩(wěn)定性。輕則會(huì)影響結(jié)構(gòu)物的外觀、正常使用和耐久性，嚴(yán)重的貫穿性裂縫可能使結(jié)構(gòu)完全破壞。
2 混凝土裂縫的成因
工程實(shí)踐中混凝土及其結(jié)構(gòu)物裂縫成因復(fù)雜而繁多，但歸納起來，一般為：荷載裂縫，由施工和運(yùn)行階段的靜荷載和動(dòng)荷載所引起的裂縫；變形裂縫，由溫度和濕度變形及不均勻沉降等所引起的裂縫；施工裂縫，由于施工操作引起的裂縫；堿骨料反應(yīng)裂縫，由于混凝土骨料中某些礦物與混凝土微孔中的堿性溶液間.的化學(xué)反應(yīng)引起的體積膨脹而導(dǎo)致的裂縫。
2.1 荷載裂縫
荷載裂縫有兩種：外荷直接應(yīng)力裂縫，荷載及結(jié)構(gòu)次應(yīng)力裂縫。外荷直接應(yīng)力裂縫：由外荷載引起的直接應(yīng)力在結(jié)構(gòu)體內(nèi)超過一定數(shù)值后在相應(yīng)部分產(chǎn)生的裂縫。荷載及結(jié)構(gòu)次應(yīng)力裂縫：在外荷載作用下，由于結(jié)構(gòu)物實(shí)際工作狀態(tài)同計(jì)算模型有出人，從而在某些部位引起次應(yīng)力導(dǎo)致裂縫。
2.2 變形裂縫
溫度變形裂縫：當(dāng)水工建筑物為大體積混凝土基礎(chǔ)澆筑在巖石地基上時(shí)，因結(jié)構(gòu)整體性要求，沒有或不能采取隔離層等放松約束的措施，混凝土在人倉溫度及水化熱溫升的作用下，混凝土內(nèi)部溫升很大，當(dāng)混凝土因降溫的收縮變形受約束時(shí)，將會(huì)在混凝土內(nèi)部出現(xiàn)很大的拉應(yīng)力而產(chǎn)生裂縫。
寒潮引起的混凝土裂縫：混凝土澆筑初期，水泥釋放大量的水化熱，如突遇寒潮使混凝土表面溫度驟降而產(chǎn)生很大的溫降收縮，因此表面因受內(nèi)部混凝土的約束產(chǎn)生很大的拉應(yīng)力引起裂縫。
干縮裂縫：在混凝土中其表面層水分散失，隨著溫度降低其表層產(chǎn)生體積收縮導(dǎo)致干縮裂縫。
塑性裂縫：混凝土澆筑后硬化初期尚處于一定的塑性狀態(tài)時(shí)，因骨料自重下沉導(dǎo)致塑性變形及因風(fēng)吹日曬等原因引起混凝土表面早期失水干燥而產(chǎn)生的裂縫。
沉陷裂縫：沉陷裂縫是由基礎(chǔ)產(chǎn)生不均勻沉陷而產(chǎn)生的裂縫。
混凝土結(jié)構(gòu)各部分荷載懸殊，而基礎(chǔ)又未作必要的加固處理，在混凝土澆筑后因地基受力不均，產(chǎn)生不均勻沉陷，造成結(jié)構(gòu)應(yīng)力集中也會(huì)導(dǎo)致裂縫。
2.3 施工裂縫
在混凝土結(jié)構(gòu)澆筑，構(gòu)件制作、起模、運(yùn)輸、堆放、拼裝及吊裝過程中，由于各種原因而產(chǎn)生的裂縫。裂縫出現(xiàn)的部位和走向、裂縫寬度、長(zhǎng)度和深度都因產(chǎn)生的原因而異。在水工混凝土施工中比較常見的有：混凝土振搗不密實(shí)，出現(xiàn)蜂窩，形成各種荷載作用裂縫的起點(diǎn)；混凝土澆筑過快，容易在澆筑1-2h后在板與墻或梁與柱等交接處發(fā)生縱向裂縫；混凝土攪拌、運(yùn)輸時(shí)間過長(zhǎng)，使水分蒸發(fā)過多，引起混凝土塌落度過低，使得在混凝土體積上出現(xiàn)不規(guī)則的網(wǎng)狀裂縫；混凝土初期養(yǎng)護(hù)時(shí)急驟干燥，使混凝土與大氣接觸的表面上出現(xiàn)不規(guī)則的裂縫；用泵送混凝土施工時(shí)，為了保證流動(dòng)性，增加水和水泥用量，因其它原因加大了水灰比，導(dǎo)致混凝土凝結(jié)硬化時(shí)收縮量增加，使得混凝土體積上出現(xiàn)了不規(guī)則的裂縫。
2.4 堿骨料反應(yīng)裂縫
混凝土骨料中某些礦物與混凝土孔隙中的堿性溶液間的化學(xué)反應(yīng)稱作堿骨料反應(yīng)。這種反應(yīng)生成物吸水膨脹，使混凝土產(chǎn)生內(nèi)應(yīng)力，導(dǎo)致混凝土開裂和強(qiáng)河度降低。
3 船閘混凝土病害防治措施
3.1 堿骨料反應(yīng)的預(yù)防措施
采用低堿水泥；摻用粉煤灰等摻合料降低混凝土的堿性；盡量不用可能引起堿骨反應(yīng)的骨料；改善混凝土結(jié)構(gòu)的施工及使用條件，保證混凝土施工質(zhì)量，防治蜂窩麻面、裂縫等質(zhì)量事故，以防治外界水分侵人混凝土，這樣對(duì)制止堿骨料反應(yīng)也可起到重要作用。在使用條件方面，應(yīng)盡使混凝土結(jié)構(gòu)處于干燥狀態(tài)，特別是防止經(jīng)常受到干濕交替作用，也能防治堿骨料反應(yīng)引起的損壞。
3.2 混凝土裂縫的修補(bǔ)方法
為了提高建筑物的安全度，延長(zhǎng)結(jié)構(gòu)使用壽命，對(duì)混凝土的各種裂縫都應(yīng)及時(shí)進(jìn)行修補(bǔ)處理。裂縫修補(bǔ)方法很多，主要依據(jù)建筑物的結(jié)構(gòu)型式、裂縫出現(xiàn)的部位、裂縫發(fā)生的原因、裂縫的性質(zhì)及裂縫的寬度、深度的不同，以及結(jié)構(gòu)受力特點(diǎn)和使用條件等，合理的選擇修補(bǔ)方法。
3.3 水工混凝土結(jié)構(gòu)的修補(bǔ)新材料
對(duì)舊混凝土的補(bǔ)強(qiáng)，已成為水工混凝土修補(bǔ)中日益突出的問題，而新型加固材料的研發(fā)也就成為補(bǔ)強(qiáng)關(guān)鍵問題，水工混凝土結(jié)構(gòu)主要用的補(bǔ)強(qiáng)材料有：
3.3.1 聚合物水泥砂漿類材料
以少量有機(jī)材料對(duì)水泥砂漿進(jìn)行改性的材料，主要有：氯丁、氯偏、丁苯、水溶性環(huán)氧等各種聚合物水泥砂漿，作為防滲、防腐、防凍材料在水工混凝土建筑物修補(bǔ)工程中得到廣泛的應(yīng)用。
3.3.2 噴射鋼纖維混凝土或鋼纖砂漿材料
噴射鋼纖維混凝土已廣泛用于水利工程洞室、閘墩、護(hù)坦及邊坡加固，以及隧道襯砌、礦山基道、裂損橋墩等加固。
3.3.3 水泥滲透結(jié)晶防水材料
水泥基滲透結(jié)晶防水材料是由帶有活性基團(tuán)的化學(xué)物質(zhì)與水泥、石英砂和石灰配置而成的灰色粉末狀無機(jī)材料。當(dāng)結(jié)構(gòu)表面裂縫寬度在0.3-0.5cm以內(nèi)時(shí)，不必灌漿，只需用這種材料涂刷一層，由于活性物質(zhì)滲人，再次發(fā)生水化作用，生產(chǎn)結(jié)晶體堵塞了裂縫，因而裂縫將逐步自動(dòng)修復(fù)。
4 結(jié)束語
船閘是航道工程的重要組成部分，江蘇內(nèi)河航道建有船閘一百余座。本文探討了船閘在運(yùn)行中出現(xiàn)的主要問題以及技術(shù)改造的措施，并提出相應(yīng)建議，分析了船閘混凝土結(jié)構(gòu)病害的原因以及以往采用修補(bǔ)材料及方案存在的問題。本文的研究結(jié)果多工程技術(shù)人員有一定參考價(jià)值。
參考文獻(xiàn)
[1]魯一暉、孫志恒.水工混凝土建筑物病害評(píng)估與修補(bǔ)文集，中國水利水電出版社，2001
[2]馮乃謙.高性能混凝土結(jié)構(gòu)，機(jī)械工業(yè)出版社，2004
[3]儲(chǔ)傳英.三峽工程混凝土材料研究，中國水利水電出版社，1999
