水工建筑物混凝土病害及修补技术

水工建筑物混凝土病害及修补技术

【摘要】本文分析船闸混凝土病害的原因，阐述船闸混凝土病害的危害、混凝土裂缝的成因、修补方法和采用材料，并对已采取的修补技术方案的问题进行了探讨。

【关键词】船闸混凝土；病害；裂缝；修补

水工混凝土各种病害、缺陷主要有裂缝、破损、腐蚀、渗漏、钢筋锈蚀以及结构外观变形等，而裂缝则是混凝土建筑物最常见的病害之一，另外结构物破坏常常是裂缝开始的，所以人们常常把裂缝的存在视作结构物濒临破坏的危险征兆。因此。在研究混凝土病害及修补技术时，应对裂缝危害及形成原因有充分的认识，并采取措施减少裂缝的开展，这对减轻混凝土病害，具有十分重要的意义。

1 混凝土裂缝对水工构筑物的危害

1.1 混凝土裂缝将使建筑物产生渗漏

渗漏的结果，一方面在水压力作用下使裂缝逐步扩宽和发展；另一方面当水渗人混凝土内部后将一部分水泥的某些水化产物溶解

并流失。水泥水化产物中最容易溶解的Ca（OH）2，它的溶蚀会促使水泥水化物的水解。首先引起水解破坏的是水化硅酸三钙和水化硅酸二钙的多碱性化合物，然后是低碱性的水化产物的破坏，由此可能导致混凝土结构物的破坏。这种危害主要出现在水下建筑物、地下洞室、和建筑物外墙等。

1.2 加速混凝土碳化

混凝土裂缝的存在，使空气中二氧化碳极易渗透到混凝土内部与水泥的某些水化物相互作用形成碳酸钙，这就是混凝土的碳化。碳酸钙中和水泥的基本碱性，使混凝土的碱度降低，使钢筋纯化膜遭受破坏，当水和空气同时渗人时，钢筋就会产生锈蚀，同时加剧混凝土收缩开裂，导致混凝土结构物破坏。通常在空气中二氧化碳的浓度很低时，混凝土碳化速度非常缓慢，当混凝土不密实或布满裂缝时，则可能在1-2年内就使混凝土钢筋保护层完成碳化。

1.3 降低混凝土抵抗各种侵蚀性介质的耐腐蚀性能力

混凝土腐蚀有三种类型：

1.3.1 溶蚀型混凝土腐蚀。即当水通过裂缝内部或是软水与水泥石作用时，将一部分水泥的水化产物溶解并流失，引起混凝土破坏。

1.3.2 酸盐腐蚀和镁盐腐蚀。这类腐蚀的主要生成物是不具有胶凝性，且易被水溶解的松软物质。这类物质能被通过裂缝或空隙渗透人混凝土内部的水所溶蚀，使混凝土中的水泥石遭受破坏。

1.3.3 晶膨胀型腐蚀。它是混凝土受硫酸盐作用，在裂缝和混凝土空隙中形成低溶解度的新生物，逐步积累后将产生巨大的应力使混凝土遭受破坏。

1.4 影响混凝土结构物的结构强度和稳定性

混凝土裂缝直接影响混凝土结构强度和整体稳定性。轻则会影响结构物的外观、正常使用和耐久性，严重的贯穿性裂缝可能使结构完全破坏。

2 混凝土裂缝的成因

工程实践中混凝土及其结构物裂缝成因复杂而繁多，但归纳起来，一般为：荷载裂缝，由施工和运行阶段的静荷载和动荷载所引起的裂缝；变形裂缝，由温度和湿度变形及不均匀沉降等所引起的裂缝；施工裂缝，由于施工操作引起的裂缝；碱骨料反应裂缝，由于混凝土骨料中某些矿物与混凝土微孔中的碱性溶液间.的化学反应引起的体积膨胀而导致的裂缝。

2.1 荷载裂缝

荷载裂缝有两种：外荷直接应力裂缝，荷载及结构次应力裂缝。外荷直接应力裂缝：由外荷载引起的直接应力在结构体内超过一定数值后在相应部分产生的裂缝。荷载及结构次应力裂缝：在外荷载作用下，由于结构物实际工作状态同计算模型有出人，从而在某些部位引起次应力导致裂缝。

2.2 变形裂缝

温度变形裂缝：当水工建筑物为大体积混凝土基础浇筑在岩石地基上时，因结构整体性要求，没有或不能采取隔离层等放松约束的措施，混凝土在人仓温度及水化热温升的作用下，混凝土内部温升很大，当混凝土因降温的收缩变形受约束时，将会在混凝土内部出现很大的拉应力而产生裂缝。

寒潮引起的混凝土裂缝：混凝土浇筑初期，水泥释放大量的水化热，如突遇寒潮使混凝土表面温度骤降而产生很大的温降收缩，因此表面因受内部混凝土的约束产生很大的拉应力引起裂缝。

干缩裂缝：在混凝土中其表面层水分散失，随着温度降低其

表层产生体积收缩导致干缩裂缝。

塑性裂缝：混凝土浇筑后硬化初期尚处于一定的塑性状态时，因骨料自重下沉导致塑性变形及因风吹日晒等原因引起混凝土表面

早期失水干燥而产生的裂缝。

沉陷裂缝：沉陷裂缝是由基础产生不均匀沉陷而产生的裂缝。

混凝土结构各部分荷载悬殊，而基础又未作必要的加固处理，在混凝土浇筑后因地基受力不均，产生不均匀沉陷，造成结构应力集中也会导致裂缝。

2.3 施工裂缝

在混凝土结构浇筑，构件制作、起模、运输、堆放、拼装及

吊装过程中，由于各种原因而产生的裂缝。裂缝出现的部位和走向、裂缝宽度、长度和深度都因产生的原因而异。在水工混凝土施工中比较常见的有：混凝土振捣不密实，出现蜂窝，形成各种荷载作用裂缝的起点；混凝土浇筑过快，容易在浇筑1-2h后在板与墙或梁与柱等交接处发生纵向裂缝；混凝土搅拌、运输时间过长，使水分蒸发过多，引起混凝土塌落度过低，使得在混凝土体积上出现不规则的网状裂缝；混凝土初期养护时急骤干燥，使混凝土与大气接触的表面上出现不规则的裂缝；用泵送混凝土施工时，为了保证流动性，增加水和水泥用量，因其它原因加大了水灰比，导致混凝土凝结硬化时收缩量增加，使得混凝土体积上出现了不规则的裂缝。

2.4 碱骨料反应裂缝

混凝土骨料中某些矿物与混凝土孔隙中的碱性溶液间的化学

反应称作碱骨料反应。这种反应生成物吸水膨胀，使混凝土产生内应力，导致混凝土开裂和强河度降低。

3 船闸混凝土病害防治措施

3.1 碱骨料反应的预防措施

采用低碱水泥；掺用粉煤灰等掺合料降低混凝土的碱性；尽

量不用可能引起碱骨反应的骨料；改善混凝土结构的施工及使用条件，保证混凝土施工质量，防治蜂窝麻面、裂缝等质量事故，以防治外界水分侵人混凝土，这样对制止碱骨料反应也可起到重要作用。在使用条件方面，应尽使混凝土结构处于干燥状态，特别是防止经常受到干湿交替作用，也能防治碱骨料反应引起的损坏。

3.2 混凝土裂缝的修补方法

为了提高建筑物的安全度，延长结构使用寿命，对混凝土的

各种裂缝都应及时进行修补处理。裂缝修补方法很多，主要依据建筑物的结构型式、裂缝出现的部位、裂缝发生的原因、裂缝的性质及裂缝的宽度、深度的不同，以及结构受力特点和使用条件等，合理的选择修补方法。

3.3 水工混凝土结构的修补新材料

对旧混凝土的补强，已成为水工混凝土修补中日益突出的问题，而新型加固材料的研发也就成为补强关键问题，水工混凝土结构主要用的补强材料有：

3.3.1 聚合物水泥砂浆类材料