黑龙江省宝清县灌区水利工程混凝土裂缝成因及修补

中国市场调查网时间：06/17/2010 10:20:19 来源：《水利科技与经济》2009年1月作者：张林钊关朝辉姚念光

　　[摘要] 对灌区内一部分混凝土建筑物进行了调查、检测,分析了这些混凝土建筑物在运行中产生裂缝的原因,提出了处理混凝裂缝的修补方案。

　　[关键词] 混凝土;裂缝;修补

　　[中图分类号] TV52　[文献标识码] B　[文章编号] 1006 - 7175(2009) 01 - 0089 - 02

　　宝清县位于E131°12′～E133°30′,N45°45′～N46°55′,距双鸭山市东南100 km处。面积13 443 km2 。2004 年总人口42 万人。地势由西南向东北逐渐倾斜,东西南三面环山,北部为平原区,地势平坦。属中温带大陆性季风气候,年平均气温312 ℃,年平均降水量574 mm。万金山水利站位于宝清县城东部,距县城6 km ,辖区总面积1168 ×104 hm2 ,全乡总户数为4 100 户,18 000多人。

　　近年来由于工程的需要和水田的大力发展,新建、改建和扩建了大量的水闸、跌水、渡槽、涵洞及干支渠上的护砌等。但通过几年的使用,这些建筑物混凝土部分发生了表面裂缝,针对这些出现的裂缝,查阅了大量的专业书籍和相关的资料,并进行了分析整理,总结如下:

　　1　混凝土裂缝的种类

　　混凝土是一种由砂石骨料、水泥、水及其它外加材料混合而成的非均质脆性材料。由于混凝土施工、本身变形和约束等一系列问题,使混凝土裂缝成了水利工程中最常见的工程病害[1] 。轻者使内部的钢筋等材料产生腐蚀,降低钢筋混凝土材料的承载能力、耐久性等,严重的将导致整个水工建筑物丧失功用。从微观构造以及所受外界影响的不同,混凝土裂缝产生的原因也有很多种: ①大体积混凝土水化时产生的大量水化热得不到散发,导致混凝土内外温差较大,使混凝土的形变超过极限而引起的裂缝; ②混凝土在硬化的过程中由于干缩引起的体积变形受到约束时产生的裂缝,这种裂缝的宽度有时会很大,甚至会贯穿整个构件; ③在大厚度的构件中,由于混凝土的塑性塌落受到模板或顶部钢筋的抑制,在浇捣后数小时会发生由于混凝土塑性塌落引起的裂缝; ④当有约束时,混凝土热胀冷缩所产生的体积胀缩因为受到约束力的限制,在内部产生了温度应力,由于混凝土抗拉强度较低,容易被温度引起的拉应力拉裂从而产生温度裂缝(由于太阳曝晒产生裂缝是工程中最常见的现象) ;⑤混凝土加水拌和后,水泥中的碱与活性骨料中的活性氧化硅起反应,析出的胶状碱—硅胶从周围介质中吸水膨胀,体积增大到3 倍,从而使混凝土胀裂产生裂缝; ⑥在炎热或大风天气,混凝土表面水分蒸发过快以及混凝土水化热高等,在混凝土浇筑后数小时仍处于塑性状态时易产生塑性收缩裂缝; ⑦构件承受荷载所产生的裂缝:如、构件在均布荷载或集中荷载作用下产生内力弯矩,出现垂直于构件纵轴的裂缝;构件在较大剪力作用下,产生斜裂缝,并向上、下延伸; ⑧当结构的基础出现不均匀沉降时,结构构件受到强迫变形,而使结构构件开裂,随着不均匀沉陷的进一步发展,裂缝会进一步扩大; ⑨当钢筋混凝土构件处于不利的环境中,如水位经常变化区时,由于混凝土保护层厚度过薄,特别是混凝土的密实性不良,环境中的氯离子和溶于水中的氧会使混凝土中的钢筋锈蚀生成氧化铁。氧化铁的体积比原来金属的体积大得多,铁锈体积膨胀,对周围混凝土挤压,使混凝土胀裂。

　　这种裂缝一般沿钢筋方向,比较容易识别。顺钢筋方向的裂缝发生后,更加速了钢筋锈蚀过程,最后导致保护层成片剥落, 这种顺筋裂缝对混凝土耐久性的影响较大[2 - 5] 。

　　2　出现混凝土裂缝的原因

　　由于万金山水利站位于宝清县城东部,年平均气温低,仅为3.2 ℃,而且年内零下10 ℃以下的气温天气长达180 d之久,而水利工程的施工期往往在每年秋季农田收割之后,最早也在9 月下旬开始,而混凝土的龄期最少得21 d ,所以混凝土建筑物的施工经常是在11 月份前后,在这个时间,气温都已经达到0 ℃以下了。一些大型的水利工程,第一年没有完成的工程,在第二年的春季3 月就开始施工,混凝土浇筑时的气温也在0 ℃以下,由于气温低,为了抢工期经常需要在混凝土中加放早强剂、速凝剂等外加剂。更有些大型的水工建筑物,由于混凝土量太大,为了保证在第二年的5 月1 日前能够通水,经常搭建帐蓬,在账蓬内点燃炉具取暖进行混凝土的浇筑,而我们知道,这个取暖的条件往往达不到混凝土要求的温度,同时取暖蓬内的温度也不均匀。此外混凝土浇筑后也并不能按要求进行养护。一般来说混凝土洒水养护须7～14 d ,最少为7 d ,在混凝土终凝后2 d即可开始浇水养护,而混凝土的膨胀值一般要14 d才基本稳定。通过对本灌区水利工程的分析了解,可以看出,这些裂缝是混凝土裂缝种类中的第②种、第④种、第⑦种、第⑧种和第⑨。

　　3　混凝土裂缝的修补方法

　　随着多年来工程的管理和运行及施工经验的积累,现在混凝土裂缝修补的方法有很多:如表面修补法、灌浆嵌缝封堵法、结构加固法、混凝土置换法、电化学防护法、仿生自愈合法等等,其中灌浆嵌缝封堵法又可分为压力注浆法、开槽填补法和涂膜封闭法3 种。

　　(1) 压力注浆法适用于宽度为0.2～0.3 mm的混凝土裂缝修补。修补工序如下:裂缝清理→粘贴注浆咀和封闭裂缝→试漏→配制注浆液→压力注浆→二次注浆→清理表面。

　　当裂缝数量较多时,先要在预计要贴的裂缝位置贴上医用白胶布,再用窄毛刷将封缝用浆沿裂缝来回涂刷。使裂缝封闭,大约10 min后,揭去胶布条,露出小缝,粘贴注浆咀用浆包严。固化后周边可能有裂口,必须反复用浆补上,以避免注浆时漏浆。注浆操作一般在粘咀的第二天进行,若气温高的话半天就可注浆。操作时先用补缝器吸取注浆液,插入注浆咀,用手推动补缝器活塞,使浆液通过注浆咀压入裂缝,当相邻的咀中流出浆液时,就可以拔出补缝器,堵上铝铆钉。一般由上往下注浆,水平缝一般从一端向另一端逐个注浆。为了保证浆液充满,在注浆后约30 min可以对每个注浆咀再次补浆。

　　(2) 涂膜封闭法适用于缝宽< 0.2 mm的微细裂缝的修补,也可用于混凝土外表面的装饰和防水处理,以及防止混凝土保护层的炭化和有害离子对混凝土的腐蚀。工序为:清扫→刮腻子→涂刷底层涂料→涂刷主层涂料→涂罩面层。

　　混凝土表面裂缝、气孔和缺陷先用腻子(混凝土修补胶:粉料= 1 :1.8～2.0) 填充补平,待干后用砂布磨平,再进行底层涂刷(混凝土修补胶:粉料= 1 :0.7～0.8) ,涂料在使用前要通过铁窗纱过滤,除去杂质和团块。主层涂料要涂刷3 遍,每遍涂刷都要等上遍涂料干后再涂,且两次涂刷方向最好是相互垂直。

　　(3) 开槽填补法适用于结构允许开槽而宽度较大但数量不多的裂缝,如墩台或路面混凝土的裂缝。工序为:开槽→涂刷界面处理浆→压抹聚合物砂浆→养护。

　　先用凿子和扁铲沿裂缝开槽,槽深和宽约3～5 cm ,呈U 型,用刷子在槽底和两壁均匀涂刷一层界面处理浆,在界面处理浆尚未硬化之前,将拌制好的聚合物水泥砂浆用抹刀压入槽中,压实抹平。在养护时不需要浇水,在湿空气中即可,养护期间不得淋雨、日晒或风吹,最好覆盖一层塑料薄膜。

　　这3 种方法可以单独使用,也可以同时使用。本灌区通常采用的是第一种和第三种修补方法。对于墩台的粗大裂缝则采用开槽填补法为宜;为了防止钢筋锈蚀,混凝土受到有害离子的腐蚀,则可以采用涂膜防水处理。

　　一般的修补程序具体操作如下:用毛笔或小刷子在混凝土裂缝处涂刷SJ - 75 裂缝修补剂两遍,待以上涂膜干燥后,选用普通硅酸盐水泥,用SJ - 75 修补剂调成水泥净浆修补膏即可使用。(配比为:修补剂:水泥= 1 :3.5) 裂缝填补分为两次,第一次填补0.5 cm深,第二次填补浆体高出混凝土表面2～3 mm。裂缝修补后除采用薄膜覆盖,防止因雨淋等因素降低修补效果外,还要仍按原设计要求对修补处进行SJ 防水涂料施工。特别要注意的是修补剂要存放于室内,避免阳光直射和雨淋。施工温度要求在4 ℃以上,避免在阴雨天气施工。

　　4　混凝土裂缝的预防

　　虽然现在混凝土裂缝修补的方法越来多,效果也越来越好,但与其事后补过还不如事前做好预防工作。预防混凝土裂缝的主要措施有;

　　(1) 设计单位应该提出混凝土施工温度控制的具体要求和混凝土施工养护的基本要求,确定外加剂的品种和掺量,确保混凝土收缩与膨胀相抵消。

　　(2) 混凝土配合比控制要求严格,计量要准确,坍落度抽检工作要加强,不能流于形式。

　　(3) 混凝土振捣要密实,拆模后须挂草帘或麻布浇水养护保持湿润状态2 d。

　　(4) 施工过程中应经常观察模板的位移和混凝土浇捣的密实情况,不能漏振、过振,且在第一次振捣后要进行第二次振捣。

　　(5) 配置大体积混凝土宜使用低水化热水泥,如矿渣水泥,此外可掺加膨胀剂,同时要采用塑料薄膜和草袋覆盖以确保混凝土内外温差< 25 ℃。

　　(6) 对于商品混凝土,则要在满足其可泵性、和易性的前提下尽量减小出机时的塌落度、降低砂率、并严格控制骨料的含泥量等。总之只要施工人员认真负责,严格按规定要求施工,严把质量关。就能防患于未然,尽可能地减少混凝土裂缝的出现。

　　[参考文献]

　　[1]赵瑜. 水工钢筋混凝土结构[M]. 北京:中国广播电视大学出版社,2003.190 - 220.

　　[2]谢泽. 现浇混凝土楼板裂缝的产生原因与防治措施[J]. 黑龙江水专学报,2007 ,34(2) :73 - 74.

　　[3]郑炎,张锦辉. 对钢筋混凝土裂缝的探讨[J].黑龙江水专学报,2008 ,35(1) :54 - 57.