水利工程中混凝土裂縫修復方法和預防措施探析

【摘要】水利工程中混凝土的裂紋修復一直是水利工程界所關注的重要議題，本文對混凝土裂縫的成因及修復方式進行了分析論述。

【關鍵詞】混凝土；裂紋；修復方法

1、水利工程混凝土裂縫修復現狀

據中國建筑業(yè)協(xié)會混凝土分會統(tǒng)計，我國年澆筑混凝土10億立方左右，耗資數千億投資，因耐久性失效年投入資金約占當年投資額的3～5%，其中裂縫修復約占1/5。長期以來我國基本建設重投資、輕運營，重新建、輕管護，我國土木工程報廢周期約30年，與發(fā)達國家的超過百年形成鮮明對比，包括裂縫在內的混凝土的耐久性日益成為人們關注的話題，裂縫的成因及修補已成為工程界的重要問題。

2、水利工程中裂紋產生的因素

2.1 重力塌落裂紋

在混凝土澆灌過程及澆注成型后的塑性階段內，在自重和外力作用下（外力包括振動棒擊震），混凝土拌合物有向下“沉淀”的趨勢，塑形的拌合物在下降過程中遇到鋼筋阻攔，在鋼筋兩側及下端會出現微小的裂隙、空囊，同時發(fā)生泌水集聚現象，粗集料的存在加速了裂隙的生成。

2.2 自收縮裂紋

澆筑成型的混凝土是由水泥漿和骨料組成的，水泥加水后，熟料中的硅酸鹽組分（C3S、C2S、C3A、C4AF）與水發(fā)生反應，在完全水化且單組份存在的條件下（此時用水量很小），C3A的體積收縮為24%，C4AF為11%，C3S 為6%， C2S為5%，以每方混凝土用水泥300kg考慮，一方混凝土可產生化學收縮（21～27）103cm3。因實際施工時加水量遠超過理論用水量，實際數值遠小于上述數值，化學因素導致的標準收縮試驗一般是0.01%數量級。

2.3 干縮收縮裂紋

混凝土澆筑完畢至硬化，如果是在空氣中養(yǎng)護，隨著水份由表及里的逐漸蒸發(fā)、毛細水的逐漸散失，整個水泥漿體會產生一定的收縮，干縮成因復雜，可變因素較多，收縮率因外界因素而變。干縮與化學收縮是混凝土收縮的兩大主因，導致的收縮值也基本在相同數量級上。

2.4 溫差裂紋

混凝土壩在澆灌、凝固過程中，水泥會放出大量水化熱，水化熱使基體的混凝土溫度升高，體積膨脹，當溫度升高抵達頂峰后，混凝土開始冷卻，體積在冷卻進程中收縮，由于混凝土微觀構成的非各向同向性，隨著收縮的發(fā)展，導致在內、外部薄弱處超出極限拉應力而出現裂縫，混凝土開裂，這種裂紋稱之為水化熱裂紋。

3、水利工程中混凝土修復的方法

3.1 表層封閉法

該法施工簡單，但涂料不能深入到裂紋深部，適應于深度小于等于2mm的微細裂紋修復。這種修復方法，應選用極限延伸率大、粘結力度較高、抗腐蝕特性較好的合成樹脂或有機膠凝材質；如果裂縫是活動性的，最好選用柔性材質外貼高強纖維布。

3.2 注漿法

這種方法要考慮時機，一般是在裂縫發(fā)展基本穩(wěn)定后，通過專用注射器將多種防水劑或粘度較小的膠粘劑注到裂紋的深部，實現補強加固和防滲堵漏的目標。注漿材料的選用按照修復目標的不同而有差別，注重防水性時，建議選用水溶性聚氨酯、改性丙烯酸酯等抗?jié)B特性良好和延伸率大的材料，裂紋展開到一定寬度后也可采取無機漿料和有機漿料混合修補。

3.3 粘鋼加固法

構件外粘鋼材后，鋼材與原構件共同受力，以防止裂紋繼續(xù)增加，達到提高構件承載力的目的。此法適應于處理一般情況下的受彎、受拉及中、輕級塔吊梁等形成的裂紋。加固時，一定選用粘結力強、耐腐蝕的膠，而且要重視粘結施工品質。

選用良好的膠粘劑非常重要，粘接劑的化學性質應該穩(wěn)定，有較長的使用期限，且耐介質腐蝕特性優(yōu)良，應當有50年的運用壽命，除粘結力外，穩(wěn)定性至關重要。應充分了解被粘物的性質，要充分考慮新材質和舊材質的融合，從而能經受環(huán)境和時間等多種效果的考驗，運行環(huán)境也需充分考慮。

4、預防措施

4.1 良好的設計。

首先，混凝土結構應采用成熟的設計理論方法，在滿足使用功能的前提下應避免選用大跨度、高強度、大厚度、大尺寸、大高度的混凝土構件，避免出現應力集中情況；在設計時構件排布應盡量對稱、規(guī)整；構件配筋除按受力計算外還要按構造要求進行校核，要特別注意構造要求的設計；近十年來國內外出現的內摻纖維方法實踐證明在消除、抑制裂縫上是有效的。

4.2 優(yōu)選原材料。

施工時應采購符合標準、規(guī)范的原材料，避免混凝土性能的劣化。在沒有進度、冬施要求等情況下，水泥應避免使用快硬、早強型水泥，這類水泥鋁的含量高，而鋁酸三鈣的收縮在熟料中是最大的。砂石應盡量減少含泥量和泥塊含量，減少混凝土的裂隙存在的幾率；外加劑的不正確運用也是出現裂縫的原因之一，一般來說除減水劑和緩凝劑外其它類型應按“必須、最少”原則使用，減水劑可大幅度減少用水量，緩凝劑能延遲水化熱的出現，對減少裂縫有好處。無論使用什么材料都應按規(guī)定頻率送試驗室試驗合格，嚴禁使用不合格材料。

4.3 良好的施工。

應盡量減小拌合物塌落度，塌落度越大用水量越大，而水是混凝土收縮的主要原因之一。攪拌最好采用集中式攪拌站，并用攪拌輸送車運送，以改善混凝土拌合物質量。應采用機械振搗，避免漏震、欠震。盡量避免在高溫、大風天氣、雨天、來寒流天氣等氣候變化時間澆筑混凝土，減少溫差裂縫和干縮裂縫。

4.4 良好的管護

以往人們對建筑物的管護環(huán)節(jié)不重視，認為只是物業(yè)單位的修修補補，沒有提高到延長結構使用壽命的高度上上，實踐表明良好的管護對工程的有效使用壽命非常重要，比如限制過度裝修引起的載荷增大、控制管道的跑冒滴漏造成的銹蝕、對失效構件及時修補甚至局部更換等等，都會避免裂縫的出現，從而延長建筑物的壽命。

5、結語

裂縫問題成因復雜，涉及設計、環(huán)境、材料、施工、管護等多個方面，工程界廣大科技人員應積極探索、認真總結，讓科學技術為保證水利工程質量服務。

作者簡介：黃飛燕，男，（1982.06—），四川西充人，畢業(yè)于新疆農業(yè)大學水利與土木工程學院，本科，工程師，研究方向：水利工程建設與運行管理。