嚴寒地區(qū)水工混凝土裂縫修補技術(shù)應(yīng)用淺析

摘要：遼寧東部嚴寒地區(qū)某水庫溢流堰面混凝土出現(xiàn)裂縫，采用裂縫內(nèi)部化學(xué)灌漿封堵、表面封閉的處理措施。裂縫內(nèi)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(qū)推廣應(yīng)用。

關(guān)鍵詞：嚴寒地區(qū)；水工混凝土裂縫；裂縫修補技術(shù)；化學(xué)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(shè)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(fā)電、養(yǎng)魚等綜合利用的中型水庫。

水庫擋水結(jié)構(gòu)為混凝土重力壩，溢洪道為實用堰結(jié)構(gòu)，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(jīng)過多年運行，發(fā)現(xiàn)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(xiàn)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(jié)果

溢流堰面共設(shè)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(fā)現(xiàn)有明顯裂縫。隨后，裂縫繼續(xù)擴展，裂縫數(shù)量逐年增多。2011年4～5月根據(jù)相關(guān)規(guī)程對該水庫攔河壩裂縫進行調(diào)查與檢測，發(fā)現(xiàn)溢洪道堰面混凝土分布有10條不規(guī)則裂縫，裂縫最大寬度為0.24～0.41mm。為深入了解裂縫的性質(zhì)及其隨時間和溫度的變化情況，結(jié)合實際情況，對該攔河壩擋水壩段背水側(cè)出現(xiàn)較早的3條裂縫寬度變化進行跟蹤觀測和分析。觀測結(jié)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(jié)溫差變化的規(guī)律。

3 裂縫成因及危害

裂縫是混凝土結(jié)構(gòu)中普遍存在的一種缺陷，其產(chǎn)生的原因很多，有內(nèi)在原因，如原材料質(zhì)量、混凝土配合比的合理性等；外在原因也很多，如施工質(zhì)量、施工時間、施工工藝、養(yǎng)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(qū)，季節(jié)溫度差也是導(dǎo)致裂縫產(chǎn)生的主要因素。

裂縫的產(chǎn)生破壞了混凝土結(jié)構(gòu)的整體性和完整性，使得內(nèi)部鋼筋裸露，同時雨水沿縫入滲會加速腐蝕混凝土和內(nèi)部鋼筋。冬季雪水入滲，凍融侵害將逐漸加重等。這些現(xiàn)象繼續(xù)發(fā)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(xiàn)狀已經(jīng)有所表現(xiàn)，加之運行期間的沖、磨蝕等工況，更會加重病害發(fā)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(xù)發(fā)展，保證建筑物和構(gòu)件的安全性和穩(wěn)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(qū)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(fā)展，且縫開口處混凝土也發(fā)生損傷，因此要一并處理；（4）內(nèi)部灌漿材料要選取遇水膨脹型的柔性化學(xué)灌漿材料，要適應(yīng)活縫寬度隨季節(jié)溫差反復(fù)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(yīng)遼東地區(qū)冷熱溫度變化，適應(yīng)凍融環(huán)境。

4.2 修補方案選擇

混凝土裂縫從動態(tài)發(fā)展而言，可分為靜止裂縫、活動裂縫和在發(fā)展裂縫。對于裂縫處理的方法，應(yīng)根據(jù)結(jié)構(gòu)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(zhì)為活縫。裂縫修補除以恢復(fù)混凝土的防水耐久性為主要目的外，也要從結(jié)構(gòu)和美觀角度出發(fā)進行修補，同時兼顧經(jīng)濟因素。目前國內(nèi)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(jié)構(gòu)加固法、混凝土置換法、電化學(xué)防護法、仿生自愈合法等。

本工程地處我國北方嚴寒地區(qū)，一年中環(huán)境溫度隨季節(jié)變化較大，裂縫具有明顯的活縫性質(zhì)，裂縫最大寬度大，構(gòu)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(nèi)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(nèi)部灌漿材料

5.1.1 化學(xué)灌漿材料選擇。常用的主要有聚氨酯類、水玻璃系列、環(huán)氧樹脂類、甲凝、丙凝、丙烯酸鹽類、木質(zhì)素類等。針對工程實際，結(jié)合經(jīng)濟造價，首選LW、HW水溶性聚氨酯。

5.1.2 主要技術(shù)參數(shù)確定。布孔方式為裂縫雙側(cè)錯孔布置，特殊位置單側(cè)雙排，外側(cè)為深孔?？讖綖?4mm，孔深為30～50cm，孔傾角為30°～45°，孔距為20～60cm（根據(jù)注水效果可調(diào)）。灌漿壓力為0.3～0.5MPa，穩(wěn)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(nèi)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(zhì)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(huán)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(jié)合經(jīng)濟造價，首選手刮聚脲材料。

5.2.2 主要技術(shù)參數(shù)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(cè)分別為200mm寬）。裂縫表面封閉處理長度要順延裂縫發(fā)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(shè)計厚度。

5.3 溫度縫處理

考慮到裂縫與溫度縫交錯發(fā)展，處理過程中將溫度表一并進行內(nèi)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(diào)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(zhì)量按以下兩個方面進行檢查：

6.1 灌漿效果評價

現(xiàn)場采用騎縫鉆取混凝土芯樣檢查灌漿效果，通過芯樣內(nèi)端可以明顯發(fā)現(xiàn)灌漿材料已密實填充了整條裂縫內(nèi)部。灌漿效果明顯，滿足工程修補設(shè)計要求。

6.2 表面封閉質(zhì)量評價

6.2.1 外觀檢查：現(xiàn)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(jié)合緊密，無空鼓等缺陷。

6.2.2 涂層正拉黏接強度試驗結(jié)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(jié)語

（1）根據(jù)質(zhì)量檢測數(shù)據(jù)，該水庫修補處理措施得當、工藝合理，總體修補質(zhì)量達到了預(yù)期的設(shè)計要求；（2）經(jīng)過生產(chǎn)性試驗、實踐摸索和經(jīng)驗總結(jié)，“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(jié)束”的灌漿工藝，對裂縫的充分充填是行之有效的；（3）經(jīng)過3個年度的跟蹤觀測和應(yīng)用效果證明，該修補工法適宜在東北等寒冷與嚴寒地區(qū)推廣應(yīng)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(jié)構(gòu)質(zhì)量控制與耐久性提升技術(shù)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(xué)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(zhì)量檢測及修補技術(shù)。

（責任編輯：蔣建華）