引言：水工结构在长期运行过程中，由于受到多种复杂因素的综合作用，如水流冲刷、水压波动、温度变化、地基变形等，极易产生裂缝。尤其是在动水压环境下，裂缝的存在不仅会降低水工结构的承载能力，还可能导致渗漏问题，严重威胁水工结构的安全稳定运行。因此，开展有效的水工裂缝修复技术研究具有重要的现实意义。

1、ECC材料特性

ECC材料以水泥、矿物掺合料（粉煤灰、硅灰等）、纤维（聚乙烯醇/聚丙烯纤维等）为核心组分，微观上纤维三维乱向分散于基体，与基体紧密结合形成增强体系。力学性能方面，其极限拉应变达3%-5%（远高于普通混凝土＜0.1%），兼具应变硬化与多缝开裂特性；抗压强度与普通混凝土相当但延性更优，破坏过程缓慢；与老混凝土粘结强度满足水工修复需求，可保障修复层与基体协同受力。耐久性能突出，抗渗等级达P20以上，细裂缝结构有效阻截水分与有害介质；抗冻融循环能力强，纤维抑制裂缝扩展且微裂缝可自愈合；对硫酸盐、氯离子等侵蚀介质抵抗性好，致密微观结构与纤维增强共同保障结构完整性。

2、动水压环境下水工裂缝ECC修复试验研究

2.1试验设计

2.1.1试件制备

为模拟实际水工结构裂缝特征，采用C30混凝土浇筑标准试件，试件尺寸为150mm×150mm×550mm，预制裂缝宽度为0.2mm-1.0mm，深度为试件厚度的1/3-2/3。采用不同配合比的ECC材料对试件裂缝进行修复，其中纤维掺量分别为1.5%、2.0%、2.5%（体积分数），同时设置普通混凝土修复试件作为对比。

2.1.2动水压加载系统

结合泵闸工程中流道、胸墙等核心结构的实际工况，重点模拟涨落潮引发的动水压力变化——此类结构在潮汐作用下，水头差变化通常不超过6m，对应动水压力幅值范围为0-0.06MPa，且压力变化周期与潮汐周期一致（约12.4h）。基于此，设计并搭建了动水压循环加载系统：核心由可调速高压水泵（最大输出压力0.1MPa，满足水头差6m的压力需求）、潮汐压力模拟控制器（可预设12.4h周期的压力变化曲线，模拟涨潮时压力从0线性升至0.06MPa、落潮时从0.06MPa线性降至0的动态过程）、密封压力仓及数据采集模块组成。加载过程中通过闭环控制确保实际压力与潮汐模拟曲线的偏差不超过5%，精准复现泵闸结构在涨落潮环境下的真实动水压力作用。

2.1.3测试内容与方法

在修复后的试件上安装位移计、应变片等传感器，用于测量试件在动水压作用下的变形和应力响应。试验过程中，定期对试件进行外观检查，记录裂缝的开展情况。试验结束后，对试件进行剖切，观察ECC修复层与老混凝土基体的粘结界面，并通过扫描电镜（SEM）分析微观结构特征。同时，结合涨落潮水头的实际工况，调整力学性能测试的加载强度：抗压试验加载速率按0.3MPa/s控制，三点弯曲试验跨中荷载按实际流道结构的弯矩等效值设定，确保测试结果能直接反映ECC修复层在泵闸涨落潮环境下的工作性能。

2.2试验结果与分析

2.2.1裂缝修复效果

在模拟涨落潮的动水压循环作用下，普通混凝土修复试件5个周期后裂缝扩展明显，10个周期后初始0.5mm裂缝扩至1.2mm，渗流量达0.8mL/h；ECC修复试件优势显著，纤维掺量2.0%的试件30个周期后裂缝仅0.18mm、渗流量＜0.1mL/h，2.5%掺量试件50个周期后裂缝仍＜0.1mm且无明显渗漏，可满足水头差6m内抗渗需求。

2.2.2力学性能变化

50个潮汐周期后，普通混凝土修复试件抗压、抗折强度保留率仅65.6%、62.2%；ECC修复试件衰减减缓，2.0%纤维掺量试件抗压、抗折强度保留率达88.5%、84.4%，2.5%掺量试件进一步提升至90.3%、87.2%，其应变硬化与微裂缝自愈合特性可适配泵闸潮汐工况长期受力需求。

2.2.3粘结界面性能

普通混凝土修复层20个周期后与基体出现0.2mm脱粘并伴水流侵蚀；ECC修复层50个周期后界面仍紧密，SEM显示纤维嵌入基体0.5-1mm，界面生成30-50μm致密粘结层，劈裂抗拉强度仍＞2.5MPa（普通混凝土仅1.0MPa），抗潮汐侵蚀能力突出。

3、动水压环境下水工裂缝ECC修复技术关键参数

3.1 ECC材料配合比优化

3.1.1纤维掺量

纤维掺量是影响ECC材料性能的关键因素之一。通过试验研究和数值模拟分析，确定在动水压环境下水工裂缝修复中，纤维掺量以2.0%-2.5%为宜。在此范围内，ECC材料能够充分发挥纤维的增强和增韧作用，有效控制裂缝开展，提高修复结构的力学性能和耐久性能。

3.1.2矿物掺合料种类与掺量

矿物掺合料的种类和掺量对ECC材料的工作性能、力学性能和耐久性能也有重要影响。在动水压环境下，为了提高ECC材料的抗渗性和抗侵蚀性，宜选用粉煤灰和硅灰复掺的方式。粉煤灰的掺量一般控制在30%-50%，硅灰的掺量为5%-10%。这样既能保证材料的强度，又能改善材料的微观结构，提高材料的耐久性能。

3.2修复层厚度

修复层厚度需结合裂缝参数（宽度、深度）、修复方式及动水压工况综合确定，其中注浆修复作为ECC材料填充细缝的核心方式，其修复层厚度设计需重点关注“注浆扩散半径”与“裂缝填充密实性”的匹配关系：

细缝：采用0.2MPa-0.3MPa低压注浆，修复层厚度15mm-20mm，分2-3次注浆，确保0.06MPa压力下无渗漏；

中深缝：“开槽+注浆”复合工艺，V型槽配合分层注浆，修复层厚度25mm-30mm，50个潮汐周期后裂缝扩展量＜0.05mm；

适配性结论：修复层厚度最优区间15mm-30mm，与裂缝深度保持1:1.2-1:1.5比例，厚度＜15mm易开裂，＞30mm经济性不佳，此区间可兼顾抗渗性与经济性。

3.3浇筑与养护

根据修复方式差异，ECC材料的浇筑与养护需针对性调整，确保适配不同工况需求：

水下注浆：针对水下裂缝，用3mm-5mm注浆管以0.2MPa-0.3MPa低压注浆（自密实无需振捣），依托涨落潮水自然养护，周期≥14d，注浆后24h控潮汐流速≤0.5m/s防材料流失；

表面涂刷：针对＜0.3m表层裂缝，手工涂刷ECC，养护先覆聚乙烯薄膜，7d后拆除薄膜，改用喷洒养护剂，总养护周期不少于21d，确保在干燥环境下ECC材料充分水化。

结论

本文通过对动水压环境下水工裂缝ECC修复技术的系统研究可知，ECC材料凭借其高韧性、多缝开裂特性以及优异的抗渗、抗冻融和抗侵蚀等耐久性能，在动水压环境下水工裂缝修复中展现出显著优势，有效弥补了传统修复材料的不足。试验研究证实，采用ECC修复技术并结合合理的修复层厚度及规范施工工艺，可确保修复后结构无渗漏、无新裂缝产生，显著提升水工结构的安全性和耐久性。

参考文献：

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