混凝土裂縫修補技術

混凝土是水利工程建設中的重要材料,在施工全過程中對混凝土加強質量控制,對保證工程質量、防患于未然、避免不必要的時間和資金浪費等有著重要的意義。混凝土是由水泥、細骨料、粗骨料、水和外加劑按照一定比例拌和而成的非勻質脆性材料,為工程中**的建筑材料。混凝土硬化過程中產生的裂縫不僅影響了美觀,還給工程質量留下隱患,施工中必須采取合理的工程技術措施,控制和減少混凝土中裂縫的數量和寬度。

1裂縫的種類

混凝土裂縫按深度不同分為表層裂縫、深層裂縫和貫穿裂縫;按裂縫開度變化可分為死縫、活縫和增長縫;按產生原因分為溫度裂縫、干縮裂縫、鋼筋銹蝕裂縫、載裂縫、堿骨料反應裂縫、地基不均勻沉陷裂縫等[1]。

1.1溫度裂縫

大體積混凝土澆筑后,由于水泥水化熱使內部混凝土溫度升高。當水化熱溫升**峰后,由于環境溫度較低,因此混凝土溫度開始下降。降溫過程中混凝土發生收縮,在約束條件下,當溫降收縮變形大于混凝土拉伸變形時,混凝土容易發生裂縫,這種裂縫通常稱為溫度裂縫。還有一種溫度裂縫是由于混凝土內外溫差引起的,例如混凝土遭受寒潮侵襲或夏天混凝土經陽光曝曬后突然下雨,都會使混凝土內部與表層產生很大溫差,混凝土表層溫度下降,而內部溫度基本不降,這樣內部混凝土對表層混凝土起約束作用,同樣會導致溫度裂縫。

1.2干縮裂縫

置于未飽和空氣中的混凝土因水分散失而引起的體積縮小變形,稱為干縮。干縮僅是混凝土收縮的一種,干縮擴散的速度比溫度的擴散速度要慢1 000倍。正因為干縮擴散速度小,混凝土表面已干縮,而其內部不縮,這樣內部混凝土對表面混凝土干縮起約束作用,使混凝土表面產生干縮應力,當混凝土干縮應力大于混凝土抗拉強度時,混凝土就會產生裂縫,稱為干縮裂縫。

1.3鋼筋銹蝕裂縫

混凝土中鋼筋發生銹蝕后,其銹蝕產生的體積比原來增長2~4倍,從而對周圍混凝土產生膨脹應力,當膨脹應力大于混凝土抗拉強度時,混凝土就會產生裂縫,稱為鋼筋銹蝕裂縫。鋼筋銹蝕裂縫一般都為沿鋼筋長度方向發展的順筋裂縫。

1.4堿骨料反應裂縫

堿骨料反應主要有堿―硅酸反應和堿―碳酸鹽反應,它們都是水泥中的堿和骨料中的某些活性物質如活性SiO2以及變形石英等發生反應而生成吸水性較強的凝膠物質,當反應物增加到一定數量,且有充足水時,就會在混凝土中產生較大的膨脹作用,導致混凝土產生裂縫,稱為堿骨料反應裂縫。此裂縫不同于較常見的混凝土干縮裂縫和荷載引起的載裂縫,這種裂縫形狀及分布與鋼筋限制有關,當限制力很小時,常出現地圖狀裂縫,并在縫中伴有白色浸出物;當限制力強時則出現順筋裂縫。

1.5載裂縫

當建筑物遭受載作用時,其結構構件產生的裂縫稱為載裂縫。

此外,常見的混凝土裂縫還有地基不均勻沉陷裂縫、地基凍脹裂縫等。

2裂縫形成的原因分析

混凝土裂縫形成的原因非常復雜,往往是多種不利因素綜合作用的結果。據有關統計,施工不規范造成的混凝土裂縫占80%左右,材料質量差或配合比不合理產生的裂縫占15%左右,設計不當引起的裂縫可能占5%。

2.1設計粗糙,建設、監理單位工作隨意性大

由于多方面的原因,勘察設計單位無法深入地開展地質勘探工作,隧道圍巖類別評價及支護結構設計缺乏科學依據,帶有一定的盲目性。個別建設單位限于自身管理和技術水平的欠缺,任意變更原設計。少數工程由業主的內部人員組成監理機構,監理工作失去獨立性。

2.2施工工藝或現場操作不規范

(1)混凝土生產時原材料計量誤差大,尤其外加劑的摻加隨意性大,沒有根據砂、石料的實際含水率及時調整施工用水量,造成混凝土水灰比增大。此外,在混凝土運輸及泵送過程中加水的現象也比較普遍。 h

(2)采用整體式鋼模板臺車施工,混凝土澆筑時不振搗或漏振,混凝土均質性差。

(3)夏季施工時砂、石料露天堆放,無切實有效的降溫措施,混凝土入模溫度高。冬季施工時采取的防寒保溫措施不力。

2.3原材料質量差,配合比設計不合理

水泥品種選擇不當,安定性不良,不同批次的水泥混用。碎石、砂級配差,含泥量標,碎石中石粉含量大,針、片狀物過多,影響了水泥與骨料的膠結。

進行配合比設計時,忽視水泥用量增多對混凝土品質的影響,錯誤認為水泥用量越多,混凝土強度越高。對摻合料和外加劑的選用缺乏技術人員的指導,往往達不到預期效果。

3裂縫常見修補方法

裂縫修補除了以恢復防水性和耐久性為主要目的外,也可從結構安全及美觀角度出發而進行修補。在滿足修補目的的前提下,還必須考慮經濟性、明確修補范圍及修補規模等。混凝土裂縫的修補方法很多,歸納起來主要有三大類。

3.1充填法

此法適合于修補較寬的裂縫(裂縫寬度大于0.5 mm)。具體做法是沿裂縫處鑿U形或V形槽,槽**寬約10 cm,在槽中充填密封材料。充填材料可用水泥砂漿、環氧砂漿、彈性環氧砂漿、聚合物水泥砂漿等[2]。如果鋼筋混凝土結構中鋼筋已經銹蝕,則將混凝土鑿除到能夠充分處理已經生銹的鋼筋部分,將鋼筋除銹。然后進行防銹處理,再在槽中充填聚合物水泥砂漿或環氧樹脂砂漿等材料。對于活縫,沿裂縫走向開一個U形槽,槽底墊一層與混凝土不粘的材料,再填充彈性嵌縫材料,使其與槽兩側粘結。這樣嵌縫材料沿槽的整個寬度可自由變形,裂縫發生張拉變形時,不會把嵌縫材料拉開。

3.2注入法

注入法分為壓力注入法與真空吸入法2種[3]。壓力灌漿法適用于較深較細的裂縫,而真空注入法是利用真空泵使縫內形成真空,將漿材吸入縫內,該法適用于各種表面裂縫的修補。灌漿材料有水泥漿材、普通環氧漿材、彈性環氧漿材等。

3.3表面覆蓋法

這是一種在微細裂縫(一般寬度小于0.2 mm)的表面上涂膜,以提高其防水性及耐久性為目的的修補方法,分為涂覆裂縫部分及全部涂覆2種方法。這種方法的缺點是修補工作無法深入到裂縫內部,對延伸裂縫難以控制其變化。表面覆蓋法所用材料視修補目的及其建筑物所處環境不同而異,通常采用彈性涂膜防水材料、聚合物水泥膏、聚合物薄膜等。施工時,首先用鋼絲刷子將混凝土表面打毛、清除表面附著物,用水沖洗干凈后充分干燥,然后用樹脂充填混凝土表面的氣孔,再用修補材料涂覆表面。