严寒地区水工混凝土裂缝修补技术应用浅析

摘要：辽宁东部严寒地区某水库溢流堰面混凝土出现裂缝，采用裂缝内部化学灌浆封堵、表面封闭的处理措施。裂缝内部灌浆材料采用遇水膨胀的聚氨酯类柔性灌浆料，裂缝表面封闭材料采用手刮聚脲弹性体，修补效果良好。实践证明，该工法适宜在寒冷与严寒地区推广应用。

关键词：严寒地区；水工混凝土裂缝；裂缝修补技术；化学灌浆；表面封闭；手刮聚脲弹性体 文献标识码：A

中图分类号：TV431 文章编号：1009-2374（2016）08-0041-02 DOI：10.13535/j.cnki.11-4406/n.2016.08.022

1 工程概况

该水库于1970年动工兴建，1972年主体完工并开始蓄水。坝体主要水工建筑物为Ⅲ级。水库设计洪水标准为100年一遇，校核洪水标准为500年一遇，是一座以灌溉为主，兼顾防洪、发电、养鱼等综合利用的中型水库。

水库挡水结构为混凝土重力坝，溢洪道为实用堰结构，全长40.20m，净宽35.40m，加固后堰型采用克-奥Ⅱ型曲线，消能方式为平滑鼻坎自由挑流式消能，最大下泄流量增加到1065.65m?/s。经过多年运行，发现除温度缝外，混凝土表面有裂缝分布，且裂缝表面混凝土出现不同程度的冻融侵蚀和冲蚀等损伤。

2 溢流堰面温度缝、裂缝普查结果

溢流堰面共设有温度缝7条，其中横向方向5条、纵向方向2条。这7条温度缝开口处混凝土均有不同程度的表面破损。

随着水库的运行，2007年10月15日，坝体首次发现有明显裂缝。随后，裂缝继续扩展，裂缝数量逐年增多。2011年4～5月根据相关规程对该水库拦河坝裂缝进行调查与检测，发现溢洪道堰面混凝土分布有10条不规则裂缝，裂缝最大宽度为0.24～0.41mm。为深入了解裂缝的性质及其随时间和温度的变化情况，结合实际情况，对该拦河坝挡水坝段背水侧出现较早的3条裂缝宽度变化进行跟踪观测和分析。观测结果显示，混凝土裂缝宽度随温度变化比较明显，总体趋势为冬季裂缝宽度变大、夏季裂缝宽度变窄，符合混凝土裂缝随季节温差变化的规律。

3 裂缝成因及危害

裂缝是混凝土结构中普遍存在的一种缺陷，其产生的原因很多，有内在原因，如原材料质量、混凝土配合比的合理性等；外在原因也很多，如施工质量、施工时间、施工工艺、养护措施、保温措施以及运行过程中的工况、管护等。该工程地处北方严寒地区，季节温度差也是导致裂缝产生的主要因素。

裂缝的产生破坏了混凝土结构的整体性和完整性，使得内部钢筋裸露，同时雨水沿缝入渗会加速腐蚀混凝土和内部钢筋。冬季雪水入渗，冻融侵害将逐渐加重等。这些现象继续发展将加速混凝土碳化，从而降低混凝土的耐久性。混凝土裂缝开口处现状已经有所表现，加之运行期间的冲、磨蚀等工况，更会加重病害发展，因此及时采取合理有效的修补防护措施，对阻止和延缓裂缝等缺陷继续发展，保证建筑物和构件的安全性和稳定性很有必要。

4 温度缝、裂缝处理原则及方案选择

4.1 处理原则

考虑到辽东地区地处严寒，冻融侵害严重等外界因素影响较大，确定裂缝及缺陷的处理主要遵循以下原则：（1）按活缝进行处理；（2）施工期的选择，在满足施工和外界温度条件允许的情况下，尽量选择气温较低的时间，定为10月；（3）由于裂缝与温度缝交错发展，且缝开口处混凝土也发生损伤，因此要一并处理；（4）内部灌浆材料要选取遇水膨胀型的柔性化学灌浆材料，要适应活缝宽度随季节温差反复变化的特点；（5）表面封闭材料要具有抗冲磨性能，在低温下要有足够的延展性和耐久性，能够适应辽东地区冷热温度变化，适应冻融环境。

4.2 修补方案选择

混凝土裂缝从动态发展而言，可分为静止裂缝、活动裂缝和在发展裂缝。对于裂缝处理的方法，应根据结构物运行工况及裂缝的特点采用不同的修补方法和材料。通过对本工程挡水坝段的3条典型裂缝宽度随外界温度变化趋势分析，裂缝性质为活缝。裂缝修补除以恢复混凝土的防水耐久性为主要目的外，也要从结构和美观角度出发进行修补，同时兼顾经济因素。目前国内常用的混凝土裂缝修补方法很多，常见的有表面修补法，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。

本工程地处我国北方严寒地区，一年中环境温度随季节变化较大，裂缝具有明显的活缝性质，裂缝最大宽度大，构件表面受高速水流冲刷等诸多因素影响，故选择混凝土裂缝内部采用柔性材料进行封堵，表面开口采用柔性、抗冲磨、耐老化材料进行封闭的综合方法进行处理。通过对表面混凝土强度、损伤深度、碳化深度等指标的检测，具备该综合修补方法的实施条件。

5 修补材料选择及工艺流程

5.1 裂缝内部灌浆材料

5.1.1 化学灌浆材料选择。常用的主要有聚氨酯类、水玻璃系列、环氧树脂类、甲凝、丙凝、丙烯酸盐类、木质素类等。针对工程实际，结合经济造价，首选LW、HW水溶性聚氨酯。

5.1.2 主要技术参数确定。布孔方式为裂缝双侧错孔布置，特殊位置单侧双排，外侧为深孔。孔径为14mm，孔深为30～50cm，孔倾角为30°～45°，孔距为20～60cm（根据注水效果可调）。灌浆压力为0.3～0.5MPa，稳压时间不少于10min（特殊部位不少于30min）。

5.1.3 工艺流程。施工准备→查缝定位、布孔→钻孔及孔内清理→安装检查嘴→压水、压气检查→安装灌浆嘴→裂缝表面临时性封堵→灌注浆液→质量检查（压水或取芯检测）→封孔→表面清理。

5.2 裂缝表面封闭材料

5.2.1 封闭材料选择。常用的主要有聚脲类（单、双组分）、聚氨酯类、环氧树脂类、合成橡胶类、水泥基类、丙烯酸酯类、硅烷、橡胶沥青等。

考虑到本工程裂缝为活缝，有耐低温、抗老化、耐冲磨等具体要求，因此针对工程实际，结合经济造价，首选手刮聚脲材料。

5.2.2 主要技术参数确定。手刮聚脲涂膜平均厚度不小于2mm（缝开口部位3～4mm），分层涂刮，每层厚度约0.5mm，涂刮后要晾晒至面干再进行下一层涂刮。涂刮宽度不小于400mm（即裂缝两侧分别为200mm宽）。裂缝表面封闭处理长度要顺延裂缝发展方向，在缝端外延50mm以上的富裕长度。

5.2.3 工艺流程。施工准备→混凝土表面清理（如有附着物要清除或打磨至新鲜混凝土面后，用高压水冲洗）→晾晒处理（表面干燥无渗水）→刷涂界面剂→底层刮涂SK手刮聚脲→中间厚度布置胎基布→表层刮涂SK手刮聚脲至设计厚度。

5.3 温度缝处理

考虑到裂缝与温度缝交错发展，处理过程中将温度表一并进行内部灌浆封堵和表面进行封闭处理，所选材料与裂缝修补材料相同，工艺相近，不再进行赘述。

6 修补处理效果评价

为了保证修补后整体效果，进行材料调色，使封闭材料颜色接近新混凝土浇筑色，表面缝处理前要进行划线、定位处理，保证封闭材料边界顺直。修补质量按以下两个方面进行检查：

6.1 灌浆效果评价

现场采用骑缝钻取混凝土芯样检查灌浆效果，通过芯样内端可以明显发现灌浆材料已密实填充了整条裂缝内部。灌浆效果明显，满足工程修补设计要求。

6.2 表面封闭质量评价

6.2.1 外观检查：现场通过目视、橡皮锤锤击试验等检查，证明修补表面封闭材料与混凝土结合紧密，无空鼓等缺陷。

6.2.2 涂层正拉黏接强度试验结果表明，涂层黏接强度在2.5MPa以上，涂层与混凝土基体黏接良好。

7 结语

（1）根据质量检测数据，该水库修补处理措施得当、工艺合理，总体修补质量达到了预期的设计要求；（2）经过生产性试验、实践摸索和经验总结，“延长浆材操作时间、低压低速慢灌、排气排水排浆、自下向上升层、持压屏浆结束”的灌浆工艺，对裂缝的充分充填是行之有效的；（3）经过3个年度的跟踪观测和应用效果证明，该修补工法适宜在东北等寒冷与严寒地区推广应用。

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基金项目：辽宁省水利科技计划项目“辽宁省水工混凝土结构质量控制与耐久性提升技术研究”（项目编号：20150200）。

作者简介：汪魁峰（1976-），男，辽宁丹东人，辽宁省水利水电科学研究院高级工程师，研究方向：水利水电工程科研、材料试验、水工建筑物质量检测及修补技术。

（责任编辑：蒋建华）