混凝土裂縫修補措施及評價

毛海濱，張保利

（中交一航局第三工程有限公司，遼寧 大連 116001）

0 引言

裂縫是混凝土建筑物常見的缺陷之一。裂縫對混凝土建筑物的危害程度不一，輕則影響建筑物的外觀，降低其耐久性，重則危及建筑物的運行安全，甚至釀成事故。另外，裂縫往往會引起其他病害的發(fā)生與發(fā)展，如滲漏溶蝕、環(huán)境水侵蝕、凍融破壞及鋼筋銹蝕等。這些病害與裂縫形成惡性循環(huán)，會對混凝土建筑物的耐久性產(chǎn)生很大危害。因此，混凝土建筑物在建設期就應貫徹“預防為主”的方針，力爭減少和避免裂縫的發(fā)生，一旦出現(xiàn)了裂縫則要認真修補。修補工作的前提是對裂縫進行必要的調查，查明發(fā)生的原因，并對裂縫進行分類，以便“對癥下藥”。本文以某工程為依托，經(jīng)過多次生產(chǎn)性試驗，以及對裂縫修補材料的比較，逐漸摸索出合適的混凝土裂縫修補施工技術。

1 工程概況

本工程位于我國西南內陸地區(qū)，屬亞熱帶季風氣候。工程區(qū)夏熱多雨，冬季溫暖干燥，多年平均氣溫為18.2℃，最高氣溫45℃，每年5—10月是高溫和高輻射熱季節(jié)。

工程主體混凝土總量約為62萬m3，為多級配半干硬性混凝土，其較常態(tài)混凝土更易受到高溫、日曬、蒸發(fā)、相對濕度、刮風等因素的影響[1]。由于工期緊，工程必須進行全年施工方能實現(xiàn)進度目標。本工程混凝土澆筑倉面數(shù)量2 164個，在16個倉面出現(xiàn)裂縫，部分代表性倉面裂縫描述見表1。

2 裂縫的調查、檢測

在決定是否進行裂縫修補之前，首先對裂縫進行調查。調查分初步調查及詳細調查。

表1 混凝土裂縫記錄Table 1 Record of concrete cracks

2.1 初步調查

初步調查項目包括縫寬（表面縫寬）、縫長、裂縫位置與分布特征、裂縫的方向與形狀等，并作詳細描述和圖示。在裂縫處做好標記，使用裂縫觀測儀（精度為0.05 mm）定期進行裂縫寬度的讀測。對細裂縫可先灑水，在風吹干或曬干后再檢查。

2.2 詳細調查

詳細調查主要是進一步擴大調查深度和廣度。

2.2.1裂 縫寬度變化情況調查

一種是使用貼片法，在裂縫處使用環(huán)氧粘貼玻璃片，通過玻璃片是否斷裂可以直觀反映裂縫寬度的變化。另一種方法是采用金屬標點法，即在裂縫的兩側混凝土表面各埋設一個金屬標點，用游標卡尺測定兩金屬標點間距的變化值，即為裂縫寬度的變化值（精度可達0.1 mm）。

2.2.2 裂縫深度調查

本工程先后選用了5種方法，經(jīng)過現(xiàn)場生產(chǎn)性試驗，最終選定鉆孔壓水法進行本工程裂縫深度的檢測。常用裂縫深度檢查方法、使用范圍及優(yōu)缺點見表2。

3 裂縫分類評判及修補標準

裂縫分類評判標準的主要依據(jù)是裂縫的表面縫寬、裂縫深度，并按混凝土所產(chǎn)生的裂縫性質及對結構應力和安全影響程度進行分類評判。目前世界各國的規(guī)定不完全一致。如從結構耐久性要求、承載力要求及正常使用要求，歐洲規(guī)定容許裂縫寬度為0.1 mm。我國一般沿用原蘇聯(lián)鋼筋混凝土規(guī)范中裂縫寬度小于0.2 mm的規(guī)定。根據(jù)本工程的質量要求，經(jīng)專題會研究，最終確定了本工程混凝土裂縫分類評判及修補標準見表3。

表2 常用裂縫深度檢查方法Table2 Common inspection method of crack depth

表3 裂縫分類評判及修補標準一覽表Table3 The crack classified evaluation and repairing standard

4 裂縫修補施工技術

4.1 修補時段

對基本穩(wěn)定不再發(fā)展的裂縫，應及時進行修補。對無法判斷是否繼續(xù)發(fā)展的裂縫，宜在低溫季節(jié)、裂縫開度較大的時候修補。

4.2 修補方法

4.2.1 噴涂法

對裂縫寬度δ＜0.1 mm的表層裂縫采用噴涂法。沿縫20 cm范圍用鋼絲刷刷毛（應超過裂縫兩端40 cm），并用丙酮清洗干凈。縫面干燥后選用環(huán)氧樹脂進行噴涂，一般噴涂2～3遍，第1遍噴涂采用經(jīng)稀釋的材料，涂膜厚度不小于1 mm。

4.2.2 縫口鑿槽嵌縫法

對裂縫寬度0.1 mm≤δ＜0.2 mm的表層裂縫采用縫口鑿槽嵌縫法進行處理。人工用手釬沿縫左右鑿出三角形槽，鑿成形后采用風或水對整個面進行清洗，清洗干凈后，再采用高強微膨脹水泥砂漿進行填補[2]，填補前須先對縫面灑水潤濕，嵌縫處理見圖1。

圖1 縫口鑿槽嵌縫法Fig.1 Gouging-caulking method in craks

4.2.3 騎縫筋限裂法

對于澆筑中倉面發(fā)生的δ＜0.2 mm的表層裂縫，為防止其向上發(fā)展，常鋪設騎（跨）縫鋼筋進行限裂處理。

4.2.4 鉆孔灌漿法

此法應用范圍廣，從細微裂縫到大裂縫均可適用，處理效果好。

其工藝處理流程如下：裂縫清理→鉆孔→清孔→安裝注漿嘴及封縫→壓風測孔→注漿→表面修飾→工程驗收。

1） 裂縫清理

順裂縫鑿出寬10 cm，深3 cm的“U”形槽，完成后用清水、風槍對裂縫進行洗縫，吹干凈裂縫中的雜物，保證縫口張開，內無雜物、粉塵和其它影響封縫粘接的污物，并布置孔位。

2）鉆孔

對于裂縫平直、規(guī)則、縫深h≤100 cm的裂縫，一般僅布置騎縫孔（淺層化灌），鉆孔直徑不小于φ25 mm，孔深30～50 mm，孔距30～50 cm。對縫深h＞100 cm的深層裂縫，除布置騎縫孔外，還需增加布置灌漿斜孔[3]。斜孔一般采用風鉆鉆孔，孔徑不小于φ25 mm，鉆孔的孔排距、孔深等參數(shù)與漿液有效擴散半徑有關，對重點部位，應通過現(xiàn)場試驗確定。本工程漿液有效擴散半徑按0.6～0.7 m考慮，孔距取整為1.2 m；排距，取整為1.0 m；孔深，取整為1.0 m。其中：R為漿液有效擴散半徑，m；α為灌漿鉆孔傾角，一般為45°。梅花型布置，第一排孔的孔位距裂縫開口線的距離為0.5 m，孔深為1 m；斜孔終孔點應超過縫面0.3 m以上，孔越深，超過縫面值越大，見圖2。

圖2 灌漿斜孔示意圖Fig.2 Sketch of grouting inclined-holes

3） 清孔

鉆孔終孔后應立即用潔凈的壓縮空氣或壓力水將鉆孔內粉末、碎屑沖洗干凈，并檢查、記錄孔徑、孔向、傾角和孔深。

4）安裝注漿嘴及封縫

安裝及固定注漿嘴：環(huán)壓膨脹部分用橡膠套管，塞入注漿孔上，擰緊環(huán)壓螺栓，壓縮橡膠套管，使注漿嘴固定在注漿孔內。再用環(huán)氧膠泥對邊縫進行封堵處理。

5）編號及壓風測孔

封縫完成后按照灌漿順序給每個孔口編號。封縫及編號完成12 h后進行壓風檢查；測孔采用風檢、風檢壓力不能超過灌漿壓力的50%，即0.3 MPa。檢查1號孔時，將2號孔軟管的另一端插入肥皂水中，其它孔封閉。當對1號孔壓風，插入2號孔軟管的水中出現(xiàn)氣泡時，表示1號孔是貫通的。按此方法檢查每一個孔的貫通情況，做好詳細記錄。

6） 注漿

注漿順序：注漿時按照從下至上，從一端向另一端的順序逐孔依次灌注。

注漿壓力：注漿起始壓力為0.2 MPa，根據(jù)進漿速度逐級緩慢提升，最大壓力不超過0.6 MPa，屏漿壓力均為0.4 MPa。

注漿材料：對干燥及潮濕裂縫采用華東院生產(chǎn)的HK-G環(huán)氧，對潮濕或者涌水情況下采用華東院生產(chǎn)的LW水溶性聚氨酯。

注漿方法：首先從起始孔進漿，其余孔口全部敞開，待相鄰孔冒原漿后同起始孔進行并聯(lián)灌注，如此類推；當灌漿中途中斷，或因其他原因未能正常結束，應進行鉆孔補充灌漿。

閉漿：當灌漿吸漿量為0 ml/min時，繼續(xù)屏灌5 min再結束灌漿，屏漿壓力0.4 MPa，達到屏漿要求后進行扎管閉漿。

7） 表面修飾

化學灌漿完成7～10 d后，清除嵌縫材料，進行表面修飾。

8） 質量評價

灌后質量評價應在灌漿結束7 d后進行，包括壓水檢查及鉆孔取芯檢查。一般對于防滲堵漏目的的裂縫灌后檢查可僅采取壓水檢查。

檢查孔的布置及數(shù)量：檢查孔應結合裂縫描述資料、施工記錄、灌漿成果資料分析等確定部位。每條裂縫檢查孔數(shù)量不少于2個。

壓水檢查：現(xiàn)場布設斜孔，采用單點法壓水[4]。檢查壓力為灌漿壓的50%（0.3 MPa），壓水檢測合格標準為透水率Lu≤0.1。

鉆孔取芯：灌漿結束28 d后進行取芯檢查，取芯直徑不小于89 mm，繪制鉆孔柱狀圖。必要時進行聲波檢測或巖芯物理力學試驗。

本工程主要采取了鉆孔取芯和巖芯物理力學試驗，試驗段為船閘與安裝間結合段5號-12-B，從取芯情況看，漿液飽滿，充填整個裂隙；劈裂強度在 1.73～1.78 MPa。

5 體會

5.1 建議棄除沿縫鑿槽法

使用小型取芯機鉆孔取芯法進行表面淺層裂縫檢查。本工程最初使用的是沿縫鑿槽法進行裂縫檢查，鑿槽深約5 cm，使用風、水沖洗后，目測未發(fā)現(xiàn)裂縫。但經(jīng)使用小型鉆孔取芯機取芯驗證（最大取芯深度40 cm），裂縫貫穿整個芯樣。經(jīng)過分析，出現(xiàn)上述原因主要是由于鑿槽后棄渣中的粉狀物將裂縫封堵造成的。

5.2 裂縫修補時機

一般講，裂縫的灌漿時間若選在冬季氣溫最低、裂縫開度最大的時段進行，其可灌性好，容易保證漿液飽滿密實，不留隱患。但是對于大體積混凝土的溫度應力裂縫——“活縫”，就不宜在開度最大時進行灌漿，因為當裂縫因升溫開始閉合時，縫中漿材將處于逐漸增大的受壓狀態(tài)，對于那些抗壓強度較低的漿材是不利的，而對于抗壓強度較高的漿材又會對裂縫尖端產(chǎn)生劈裂作用，惡化裂縫原有形態(tài)和性質。裂縫開度小時灌漿，不容易灌進，且當開度變大時漿體又承受過大拉力。所以對于“活縫”需要進行理論計算得出結構的應力狀態(tài)，再結合選用漿材的性能和特點確定最適宜的灌漿時間。

對于基本穩(wěn)定不再發(fā)展的裂縫，即“死縫”，一般按工程要求及時灌漿，但不宜在高溫天氣條件下露天作業(yè)。

對于無法判斷是否繼續(xù)發(fā)展的裂縫，裂縫修補的最佳時間應當選擇在裂縫開度中等偏大的時候為宜，即每年3—4月或11月為佳（南方地區(qū)）。

5.3 對淺層化灌可采用貼嘴灌漿法

顧名思義，貼嘴即粘貼注漿嘴，也稱無損貼嘴。此工藝無須打灌漿孔，只須在裂縫表面貼灌漿嘴即可，既不損傷混凝土，又減少了孔容占漿，更避免了打孔產(chǎn)生粉塵堵塞縫面。目前，國內注漿嘴尚無統(tǒng)一標準和形式，可根據(jù)要求制作。

5.4 灌漿壓力的確定

對于灌漿壓力，參考相關的資料，均未具體明確，大部分工程灌漿壓力在0.6～1.0 MPa。理論上，滲入性灌漿應以不破壞結構為控制原則，因此，存在一個灌漿容許壓力，如：船閘建筑物結構的混凝土標號最小為C20，其28 d抗拉強度標準值為1.54 MPa，設計值為1.1 MPa，其最大灌漿容許壓力應為設計值1.1 MPa，但這并不意味著必須采用這個壓力進行灌漿，而應根據(jù)實際情況（考慮到安全系數(shù)、混凝土齡期等因素）采用合適的壓力灌漿，使?jié){液達到設計的擴散半徑即可。考慮到本工程一般在3～7 d出現(xiàn)裂縫，為不影響上部結構施工，必須立即進行化灌處理，此時3 d實測劈裂強度在1.0 MPa左右，考慮一定的安全系數(shù)，灌漿壓力為0.6 MPa，偏于保守。

對于灌漿壓力也可以通過試驗確定。進行灌漿試驗時，一般是逐步提高壓力（每級提升量值宜控制在0.05 MPa），求得注漿量與注漿壓力關系曲線。當注漿壓力升至某值，注漿量突然增大時的壓力，即為容許壓力，可將容許壓力的80%作為灌漿壓力。

5.5 關于鉆孔取芯進行灌后質量評價

本工程應設計的要求，采取的是鉆孔取芯進行灌后質量評價。該方法可以直觀判斷化灌的效果，同時可取部分芯樣進行物理力學試驗。但對于深層裂縫，由于裂縫的非均勻性，使得一次完整取出整個裂縫芯樣非常困難，有時需要5～6次鉆孔取芯。因此，建議對于貫穿性裂縫或重要結構的裂縫，灌后質量評價一是壓水檢查，二是取上部短芯進行物理力學試驗，應該可以作出可靠的評價。

5.6 盡可能使用彈性修補材料

對于嵌縫用水泥砂漿、灌漿用水泥及脆性普通環(huán)氧漿材，適于“死縫”修補。對于“活縫”或無法判斷是否繼續(xù)發(fā)展的裂縫，最好使用彈性材料（如環(huán)氧橡皮粉膠泥、改性環(huán)氧、彈性聚氨酯等），以適應裂縫開度的變化。

6 結語

針對工程中出現(xiàn)不同程度的裂縫，采取鉆孔取芯、鉆孔壓水、超聲波等裂縫檢查方法對混凝土裂縫進行了分類，針對不同的裂縫類型通過采用噴涂、充填和化學灌漿等方法對裂縫進行了修補，效果良好，確保了工程主體建筑物的耐久性和整體性，滿足了工程的設計要求。

[1]中國電建集團成都勘測設計研究院有限公司.重慶市嘉陵江航運開發(fā)草街航電樞紐船閘工程初步設計[R].2004.Power China Chengdu Engineering Co.,Ltd.Primary design of Caojie Pivotal Project for navigation and power generating on Jialing River in Chongqing[R].2004.

[2]水利電力部水電建設總局，水利水電工程施工組織設計手冊：第3卷[M].北京：中國水利水電出版社，2001.General Administration of Water Resources and Hydropower Development of HHPDI.Construction organization design manual of hydraulic and hydroelectric engineering:volume III[M].Beijing:China Water Power Press,2001.

[3] 張超然，周厚貴，史振寰.水利水電施工手冊：第3卷[M].北京：中國電力出版社，2002.ZHANG Chao-ran,ZHOU Hou-gui,SHI Zhen-huan.Hydraulic and hydroelectric construction manual:volume III[M].Beijing:China Electric Power Press,2002.

[4]DLT 5148—2012，水工建筑物水泥灌漿施工技術規(guī)范[S].DLT 5148—2012,Technical specification for cement grouting construction of hydraulic structures[S].