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水工混凝土裂缝修补技术应用范文

时间:2022-03-17 11:09:24

水工混凝土裂缝修补技术应用

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

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1065.65m³/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。

参考文献

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作者:汪魁峰 单位:辽宁省水利水电科学研究院

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