水工建筑物混凝土裂缝缺陷问题及修补工艺

水工建筑物混凝土裂缝缺陷问题及修补工艺
◎ 邓葳 中交四航局第三工程有限公司
摘 要：在水工混凝土建筑结构中，裂缝是个普遍存在却又十分棘手的问题。

本文阐述了水工混凝土裂缝的种类和成因，以及裂缝的修复方法、修复工艺和工艺要求，最后，以实际工程为例，讨论了裂缝修复技术在实际应用中存在的问题。

关键词：水工建筑物；混凝土；裂缝；修补；处理
裂缝是一种常见的水工建筑物结构病害。

几乎所有的混凝土建筑物都有裂纹，而且毫无例外。

裂缝的出现会加快混凝土的老化速度，加速钢筋腐蚀，使结构的刚度、完整性下降，使其使用寿命缩短。

目前，有关水工建筑物结构开裂、产生原因及治理技术等方面的研究已引起了世界各国学者的高度重视。

本文根据实际工程，对水工建筑物结构混凝土裂缝的类型、常见裂缝的处理、修复技术和使用中存在的问题作了简要分析和论述。

1.工程概况
中船广西船舶及海洋工程有限公司钦州基地2#、5#码头工程的滑道出口处，由两个沉箱并列布置，形成了一种新的结构形式。

各沉箱长度为19.95m，净宽度为9.6m，高度为13.55m，前脚掌为1.0m，后脚掌为0.5m。

沉箱底板、前、后壁和侧壁各0.4m，隔板厚度0.25m。

滑道出口部分为2×2排，每节之间缝隙50 m m，沉箱之间空腔内回填料分两种：前沿部分回填粒径>80mm的碎石；后方回填混合倒滤层。

在沉箱中用10～100kg块石进行回填。

沉箱下部为抛石基床基础，其基础位于强风
化或中风化岩表面，需要进行分层压
实。

沉箱后方采用块石棱体、二片石
垫层、碎石倒滤层以及土工布铺设等
措施。

沉箱上部是现浇的钢筋混凝
土滑道。

滑道板尺寸20m*40m，厚
2.5m。

2.混凝土裂缝的种类和原因分析
2.1裂缝种类
混凝土是由砂石、骨料、水泥、水
和其他添加剂组成的一种不均匀、多
成分的复合型脆性物质，如果其拉伸
应力比拉伸强度大，或者其拉伸变形
比极限拉伸变形大，就会出现裂缝。

裂缝根据其产生的深度可分为
表层型、深层型和贯通型；根据其活
动特征，可将其划分为静态缝（不变
宽、不变长）、活缝（其宽度随着外
部环境及载荷的变化而发生周期变
化）、增长缝（其长、宽随着外部因素
而增大）；根据产生原因将裂缝划分
为温度裂缝、碱骨料反应裂缝、锈胀
裂缝、干燥收缩裂缝、超载裂缝以及
不均匀沉降裂缝等；根据裂缝的张开
程度，裂缝可以划分为微观裂缝和宏
观裂缝（即裂缝宽度＞0.05mm，直
观可见）。

2.2分析裂缝成因
1）通过调查发现，为减少裂缝，
该施工按两层浇筑，下层高度2.1m，
上层高度0.4m，上、下两层的浇筑周
期最短为7d，最长15d，存在浇筑时
间间隔差异大、先浇筑下层混凝土对
上层混凝土形成约束，从而导致上部
走廊混凝土出现裂缝[1]。

2）混凝土是从金鼓江预制场搅
拌站运到工地的，全程25k m，长达
50多分钟，坍落度大。

同时，为了满
足现场地面泵注施工需要，混凝土的
坍落度一般都保持在20cm以内，这
会对混凝土强度产生一定的影响，导
致混凝土早期强度不够高，混凝土内
部约束应力无法得到有效抑制，从而
出现开裂。

3）养护方法不当，不能对混凝土
起到很好的隔热作用，尤其是在低温
和大风天气，采用喷洒水养护的方法，
会导致混凝土内外温差过大，从而导
致混凝土的收缩导致开裂。

4）因材料问题而产生的裂纹。

工程施工中所用到的混凝土，通常都
是从拌和站里运输出来的，由于运输
距离、运输方法、配合比、水泥水化
热等因素，都会对混凝土产生不同程
度的影响。

同时，水泥种类、掺合料
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的加入与用量、水泥强度及混凝土强度、骨料粒径及片状颗粒的含量等因素，不仅使混凝土自身具有了某些材料性质，而且其原材料的配比也是引起混凝土开裂的主要因素。

3.施工方法及步骤
3.1处理原则
按裂缝的破坏形式和破坏程度，可将其划分为两类：
1）对于裂纹宽度在0.2mm内的非贯穿裂纹，只要修补，就不会对结构产生实质性的影响。

2）对于裂缝宽度在0.2mm以上的非贯通裂缝，需要采用化学注浆加固，以确保结构的强度和使用功能。

3.2裂缝修复方法
1）表层处理法：对混凝土部件中细小（0.3mm以下）的裂缝，可用刷子或钢丝刷等进行清理，并将裂缝附近容易脱落的表皮、空鼓的抹灰等清理掉，用棉签蘸酒精在裂缝的两边20-30mm处擦拭，使其保持干燥。

对出现蜂窝麻面和露筋的部位，用高分子砂浆进行修补（也可以用YJ快干密封胶进行表面修补）。

2）凿槽法：针对混凝土构件中宽度较大的（0.3～5mm）裂缝，利用钢钎或风镐沿着裂纹方向开“V”型槽，可根据裂纹的深度及便于封缝的情况，确定沟槽宽度和深度，施工结束后，用钢丝刷、压缩空气等清理混凝土碎片和灰尘。

3）钻孔法：对于深度大于0.5mm
的混凝土构件，可以在比其方向更大
的裂缝中钻孔。

在骑缝钻孔之外，还
需要增加斜孔以拓宽注浆通道，钻进
孔的深度要根据缝宽（200～700）来
确定，一般缝越宽，注浆的压力就越
大。

这样，小孔间距就可以延长一些。

穿透裂纹的修复方法和小型裂纹一
样，但要用塞子堵住，以免泄漏过多的
封堵介质。

4）注浆加固法：对于未贯通的
裂缝且裂缝宽度在0.2mm以上的裂
缝进行注浆加固，并用“壁可”方法
对裂缝进行化学注浆补强。

本文介绍
了一种新型的具有高强度、高伸长率
和良好防水性能的水溶性聚氨酯注
浆材料，由于其渗透性强，容易充填
到混凝土的裂缝中，所以经常被用来
迅速修复混凝土的裂缝，也可以用来
对混凝土进行加固[2]。

3.3施工工艺
3.3.1灌浆物料和设备
1）注浆材料选择了水溶性聚氨
酯，在对裂缝进行治理时，不需要配
制和调整，只需用注入器将水溶性聚
氨酯原浆注入。

2）物料、设备清单见表1。

3.3.2灌浆加固法
施工流程：标记裂缝→打磨→填
缝→钻孔→埋入注浆喷嘴→注浆→
拆卸注料座→填平注料座→清除表
面→成品防护。

1）通过对裂缝的勘察，确定了
宽度为d＞0.2mm的裂缝，并在其两
端做好标记。

2）为避免在修复过程中污染未
修复的混凝土，应使用一层塑胶膜将
其覆盖。

3）所有的缝隙都要磨平，然后用
棉花擦净。

再用吹风机吹除缝隙中的
灰尘。

4）封缝是用小铲刀在缝隙处
刮涂封缝胶，厚度为1m m，宽为
20～30m m，抹胶时要避免出现小
孔或气泡，要把缝隙刮平，确保封口
的密封性。

5）根据裂纹长度，在其上面按
30～50cm（取决于裂纹的宽度）布
置一种水溶性聚氨酯填充板。

6）配制一种水溶性聚氨酯，装
入注射器，由上向下，通过注浆座
向裂缝中注入，注浆时压强约为0.4
M Pa，注浆时先从裂缝一端沿注浆
座逐孔注浆，再逆序逐孔注浆，并逐
一封孔。

7）当所注的水溶性聚氨酯凝固
后，将注料座移除。

8）采用聚合物树脂粘合剂封闭注
位，填充注料座，再用砂纸打磨平。

9）对裂缝及周边的水泥表面进
行清洁，以保证其表面的整洁和光
滑。

将包装上的保鲜膜取下。

10）成品防护：注浆完毕24h
之图1 表面抹涂示意图（单位：cm）图2 注浆孔布置示意图
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珠江水运
2024年02月
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内不许扰动注料座，3～5d后拆下。

4.质量控制与验收
在裂纹处理期间，进行每一道工序施工之前，都需要提交监理验收，只有通过了监理工程师的审核，才能进行下一步施工。

在整个施工过程中，项目的质量管理工作都是由项目专职质检员、施工人员和监理工程师共同参与的。

4.1对于宽度＜0.2mm且非穿透裂缝1）修复完成后，采用肉眼检查或放大镜检查。

2）接茬周围要有明显的挤压修
复料，不能留下间隙。

4.2对于宽度＞0.2mm且非穿透裂缝
对于裂缝宽度在0.2mm以上的
非贯通裂缝，通常使用“壁可”方法
对其进行化学注浆加固，因此其质量检验主要是看其是否充填裂缝，能否达到封堵效果。

按《港口水工建筑物修补加固技术规范》（JTS 311-2011）的要求，对裂缝修复部位的质量检验应按下列步骤进行：
1）在灌浆结束一星期后，可做试
压，以检验灌浆的密实程度及灌浆效
果。

在检测之前，先在修复过的缝隙上刷一层皂液，然后装上灌浆喷嘴，压入0.4MPa的压缩空气，观察修复
部位有没有漏气，如果没有，说明灌浆修复成功。

2）通过骑缝钻取2～3个直径
10cm、高20cm的芯样，观察其内部
有无被压浆充填严密，如果没有裂隙，就说明这次灌浆是有效的。

3）如果需要的话，可以将芯样
制成标准试样，其高度和直径比为
1:2，用于测试混凝土的劈裂和拉伸强度。

按照《混凝土结构设计规范》（GB50010—2010）中表4.1.3-2的规定，C 25混凝土的抗拉强度标准值是1.78N/m m 2（1.78MPa），芯
样标准试件的劈裂抗拉强度代表值≥1.78MPa可证明本次注浆修补的
效果良好。

通过对标准芯样试件的劈裂强度代表性数值不低于1.78MPa，验证了该方法的有效性[3]。

4）如已有锈斑，应按照以下步骤
及要求予以修复：①对混凝土保护层裂缝进行凿除处理。

②对受腐蚀的钢筋，应采用手动或电动工具除锈到5t-2等级。

③采用高压清水对钢筋和
混凝土进行清洗。

④如果有大量的钢筋损耗（大于截面面积的10%），则应对其进行替换或修复。

⑤对钢筋进行
防锈处理。

⑥对修复段采用界面黏结
材料，根据《港口水工建筑物修补加固技术规范》（JT S311—2011）4.2.6
条，对其进行预处理，并进行改性。

5）用M 40水泥复合砂浆修复
钢筋保护层。

灰浆的厚度不能少于25mm，也不能超过45mm。

根据工程实践，参照《水泥复合砂浆增强混
凝土结构技术规程》中所列的外加剂，对其进行改进。

①水泥浆的水胶比不超过0.4，细矿渣、微粉煤灰的掺
入量不超过20%；硅灰的掺量不超过10%。

②灰浆中必须掺有纤维。

在掺入钢纤维的情况下，钢纤维体积率不能低于0.5%；在添加高分子纤维的
过程中，高分子纤维体积率不能低于0.16%[4]。

③用于结构加固的砂浆应
掺加膨胀剂；7d水化后，水泥砂浆的膨胀率不低于0.02%；在28d时，其
膨胀率不宜超过0.04%。

5.结语
针对水工混凝土裂纹修补，现有
的修补技术主要有混凝土置换、电化学防裂、生物自愈合等。

在实际施工中，应结合实际情况选择适当的修复
方式。

此外，在修补混凝土裂缝时，应在保证防水、耐久性及结构安全的前提下，从审美角度对其进行修补。

在保证修补目标的前提下，应根据工程的
经济性来确定修补范围与规模。

[1]孔祥松,坝体安全多层次模糊综合评价研究[J].煤炭工程,2019,51(09):158-161.
[2]郑大伟,冯业林.糯扎渡水电站泄洪隧洞防空蚀破坏设计总结[J].云南水力发电,2019，35(05):98-101+106.
[3]唐先习,刘博,张景伟.混凝土不同裂缝尺寸及部位碳化性能试验研究[J].混凝土与水泥制品,2019(10):10-13.
[4]周敏,杨根录,周建兵.向家坝水电站左岸边坡水毁原因分析及修复施工工艺[J].水电与新能源,2019,33(03):16-19.
名称单位数量用途
电钻
把
1钻孔
注射器个1注射灌浆注入座个50注射灌浆
打磨机把1裂缝表面打磨吹风机把1除尘水溶性聚氨酯桶3
注浆材料灌浆压力机台1
注射灌浆表1 物料设备清单
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