浅析混凝土坝裂缝成因及修补方法

材料将集料胶结成整体的工程复合材料的统称。混凝土一般是指用水泥作胶凝材料，砂、石作集料，与水（可含外加剂和掺合料）按一定配比，经搅拌而成的水泥混凝土，它广泛应用于各类工程。混凝土在水利水电工程尤其是大坝工程中应用十分普遍，并发挥着关键作用，因水利水电工程的自身特点，通常采用的混凝土为“水工混凝土”。

水工混凝土是一种非匀质脆性材料，在硬化过程中会受不同原因而导致产生裂缝，不仅影响外观，还给工程质量埋下隐患，施工中必须采取合理的技术手段及方法，严格控制并减少混凝土裂缝的数量和宽度，保证工程质量及工程运行的安全可靠性。

1水工混凝土裂缝分类及成因

混凝土裂缝按深度可分为表层裂缝、深层裂缝和贯穿裂缝；按裂缝开度变化可分为死缝、活缝和增长缝；按裂缝成因可分为温度裂缝、干缩裂缝、钢筋锈蚀裂缝、荷载裂缝、沉陷裂缝、冻胀裂缝、碱骨料反应裂缝等。水工混凝土以干缩裂缝、荷载裂缝、沉降裂缝、温度裂缝、碱骨料反应裂缝等最为常见。

1.1干缩裂缝

混凝土因处于未饱和空气中时，会因水分散失而导致其体积缩小、变形，出现干缩。干缩现象仅是混凝土收缩情形中的一种，干缩扩散的速度要比温度扩散的速度慢一千倍。因干缩扩散速度缓慢，出现混凝土表面已干缩，但其内部并无收缩，导致表面混凝土干缩受内部混凝土约束，致使混凝土表面产生干缩应力，当混凝土抗拉强度小于混凝土干缩应力时，混凝土则会出现干缩裂缝。

1.2荷载裂缝

混凝土结构在荷载作用下，由于混凝土截面的拉应力变大，多是大于混凝土极限拉伸值，所以构件在使用时总是带缝工作。这类裂缝总是与主拉应力方向大致垂直，且最先在荷载效应最大处产生。如果荷载效应相同，裂缝首先在混凝土抗拉能力最薄弱处产生。

1.3沉降裂缝

沉降裂缝是由于结构地基材料不匀、松软或回填材料不实或长期浸水而导致不均匀沉降，或因模板刚度不足，模板支撑间距过大或支撑底部松动等导致，特别是在冬季，模板支撑在冻土上，冻土化冻后产生不均匀沉降，致使混凝土结构产生裂缝。此类裂缝多为深进或贯穿性裂缝，裂缝呈梭形，其走向与沉陷情况有关，一般沿与地面垂直或呈30度～45度角方向发展，较大的沉降裂缝，往往有一定的错位，裂缝宽度往往与沉降量成正比关系。裂缝宽度宽度0.3 mm～0.4mm，受温度变化的影响较小。地基变形稳定之后，沉降裂缝也基本趋于稳定。

1.4温度裂缝

水工大体积混凝土浇筑完成后，由于水泥水化热使内部混凝土温度急剧升高。当水化热温升至高峰后，由于环境温度较低，混凝土温度开始下降。降温过程中，混凝土将发生收缩，在约束条件下，当温降收缩变形大于混凝土极限拉伸变形时，导致混凝土易出现温度裂缝。此外，温度裂缝还会受混凝土内外温差大所致，如混凝土遭受寒潮侵袭或夏天混凝土经阳光曝晒后突然下雨，或混凝土处于高寒高海拔施工区域，都会导致混凝土内部与表层产生较大温差，混凝土表层温度下降，而内部降温缓慢，易导致发生温度裂缝。

1.5碱骨料反应裂缝

碱骨料反应是由于混凝土中的碱性物质与骨料中的活性成分共同产生化学反应，导致混凝土内部出现自膨胀应力而开裂的现象。碱骨料反应时间缓慢，从几年到几十年才能被发现。碱骨料反应的结果是在混凝土中产生膨胀应力，导致一定程度后，将引起混凝土开裂或混凝土自身结构严重破坏。

2混凝土裂缝的常用修补方法

混凝土裂缝修补以恢复防水性和耐久性为主要目的，裂缝修补主要采用喷涂、粘贴、充填和灌浆等方法。

2.1喷涂法

2.1.1施工要求

（1）该法适用于修补裂缝宽度﹤0.3mm的表层裂缝。

（2）表层裂缝处理具体可选用聚酯树脂类、改性沥青类、聚氨酯类、环氧树脂类等喷涂材料。

2.1.2施工工艺

（1）首先，需要用钢丝刷或风砂枪清除裂缝表面附着物及污垢，并进行凿毛后冲洗干净；

（2）混凝土表面存在的气孔可充填树脂类材料，如遇凹处，则需先涂刷一层树脂基液，然后采用树脂砂浆抹平；

（3）涂刷或喷涂3遍，第1遍喷涂采用稀释涂料，涂膜总厚度应保证>1mm。

2.2粘贴法

2.2.1施工要求

（1）粘贴法分为两种，一种为表面粘贴法，另一种为开槽粘贴法。表面粘贴法适用于修补表层裂缝宽度﹤0.3mm的裂缝，开槽粘贴法适用于修补表层裂缝宽度>0.3mm的裂缝。

（2）粘贴法可选用聚氯乙烯片材、橡胶片材等材料。

2.2.2施工工艺

表面粘贴法：

（1）第一步方法与上述2.1.2中的（1）方法相同；

（2）在粘贴片材前，应保证基面干燥，涂刷一层胶粘剂，对粘贴刷有胶粘剂的片材进行加压。

开槽粘贴法：

（1）沿裂缝凿槽，宽18cm～20cm、深2cm～4cm、长需超过缝端15cm，后清洗干净；

（2）在槽面先涂刷一层树脂基液，后用树脂基砂浆找平；

（3）沿缝铺设宽为5cm～6cm的隔离膜，后将胶粘剂涂刷在隔离膜两侧的干燥基面上，并粘贴刷有胶粘剂的片材，后用力压实；

（4）在开槽两侧面涂刷一层胶粘剂，回填弹性树脂砂浆，并压实抹光，应保证表面与原混凝土面齐平，详见图1。

2.3充填法

2.3.1施工要求

（1）充填法适用于修补表层缝宽>0.3mm的裂缝。

（2）死缝充填材料可选用树脂砂浆、水泥砂浆、聚合物砂浆等；活缝充填材料可选用弹性嵌缝材料及弹性树脂砂浆等。

2.3.2施工工艺

死缝充填法：

（1）沿裂缝凿出V形槽，槽宽及槽深控制在5cm～6cm，后清洗干净；

（2）在干燥的槽面涂刷树脂基液，在潮湿的槽面涂刷聚合物砂浆；

（3）将准备好的充填材料填入需要修补的槽内，后压实抹光。

活缝充填法：

（1）沿裂缝凿出U形槽，槽宽及槽深控制在5cm～6cm，后清洗干净；

（2）用砂浆找平槽底面，并在找平面铺设隔离膜；

（3）在槽侧面涂刷胶粘剂，后嵌填弹性嵌缝修补材料，用力压实；

（4）保证原混凝土面与回填的砂浆齐平，详见图2。

2.4灌浆法

2.4.1施工要求

（1）灌浆法适用于修补贯穿裂缝及深层裂缝。

（2）死缝应用高强水溶性聚氨酯浆材、水泥浆材、环氧浆材等灌注材料；活缝应用弹性聚氨酯浆材等灌注材料。

2.4.2施工工艺

（1）首先应按设计要求进行灌浆孔布置；

（2）再按先钻孔、后洗孔、再埋灌浆管的步骤进行；

（3）沿裂缝方向凿出宽、深控制在5cm～6cm的V形槽，后清洗干净，并将基波涂刷在槽内，后采用砂浆进行嵌填封堵；

（4）压水检查，应控制孔口压力在50%～80%的设计灌浆压力，以0.2MPa～0.4MPa为宜；

（5）对于垂直裂缝和倾斜裂缝，灌浆应以从深到浅、自下而上的原则进行；当接近水平状裂缝时，则灌浆可从低端或吸浆量大的孔开始；灌浆压力控制在0.2MPa～0.5MPa为宜，当进浆顺利时，应降低灌浆压力；

（6）灌浆结束至封孔时的吸浆量应﹤0.02L/5min；

（7）当浆材固化强度达到设计要求后，应开钻检查孔并进行压水试验，检查孔单孔吸水量应﹤0.01L/min，如出现不合格的孔时，必须进行补灌；

（8）灌浆应安排在低温季节或裂缝开度较大时进行，保证灌浆质量。

3 结语

裂缝是水工混凝土中普遍存在的一种现象，它不仅会降低混凝土坝体的抗渗能力，影响其的使用功能，导致混凝土易碳化，降低混凝土的耐久性，影响水工混凝土的承载能力。因此，必须对水工混凝土裂缝进行深入细致的调查研究，区别对待，在施工中采取各种有效的技术措施，减少结构裂缝或尽量减少裂缝的数量及宽度，以保证混凝土坝体的安全性、稳定性及耐久性。

参考文献：

[1]蒋媛，葛开亮.水工混凝土裂缝成因及修补[J].大众周刊，2013，（5）.

[2]水利部丹江口水利枢纽管理局.混凝土坝养护修理规程，1999.

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