3-1 混凝土结构裂缝.ppt

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1、.,混凝土结构裂缝,一、混凝土结构微裂缝理论,1、混凝土内部形成微裂缝的机理 结构混凝土内部的微裂缝是混凝土在未受荷载之前出现的裂缝。 裂缝形成的机理可从混凝土本身的材料组成及其约束作用两个方面解释。,组成材料：为石、砂粗细骨料、水泥和水；经搅拌，砂、石表面均包裹有水泥胶凝体。经振捣，粗骨料(石)之间的孔隙为细骨料(砂)所填充。经养护，水泥水化软质的胶凝体随混凝土龄期增长逐渐向硬质品格转化，多余部分的水分蒸发，在混凝土中出现气孔； 混凝土成型后就是一种固相、液相、气相三相并存的非匀质、非连续、多孔的与时间因素(混凝土龄期)有关的弹塑性材料，这种材料为其内部出现微裂缝提供了必要的和充分的条件；,

2、.,约束作用：在水泥水化过程中水泥石随龄期增长出软质的胶凝体逐渐向硬质的品格转化，由于骨料的收缩变形极小，而软质的胶凝体收缩变形较大，为满足变形一致的需要，两者必然相互约束。 其结果是骨料承受压应力而胶凝体(水泥石)承受约束拉应力。一旦约束拉应力超过水泥石的抗拉强度，即会引起骨料之间的水泥石开裂，这就是混凝土内部在结硬后，混凝土末受荷之前出现微裂缝的机理,.,2、根据微裂缝出现部位，可分为三种类型： 1骨料之间水泥石裂缝 当骨料约束水泥石收缩引起的拉应力，大于水泥石的抗拉强度时出现这种水泥石裂缝(图a) ； 2骨科与水泥石的界面微裂缝 当骨科表面状况可佳，如含泥量过高，以至水泥石与骨料界面粘结

3、强度较低，当水泥石在结硬过程个收缩时，水泥石与骨料之间的约束拉应力大于界面的粘结强度时，出现这种界面微裂缝(图b)； 3骨料微裂缝 当水泥石与骨料界面的粘结强度较高，而骨料抗拉强度较低时包裹骨料两对边的水泥石收缩时将产生这种骨料微裂缝(图c)。,.,3、微裂缝对混凝土结构的不利影响 微裂缝的出现使混凝土内部形成薄弱环节，降低混凝土的抗裂性能，促使宏观裂缝早现； 微裂缝的开展，使混凝土徐变增加，刚度减小，降低混凝土抵抗变形的能； 在高应力持续作用下，微裂导致的非线性徐变，降低混凝土的持久强度，亦即使混凝土提前丧失承载力； 对预应力混凝土结构，增加由于徐变引起的预应力损失。,.,4、微裂缝对混凝土

4、受荷性能的影响,（1）曲线的OA段,混凝土处于弹性工作阶段，A点应力为峰值应力的0.30.5； （2）曲线的AB段,混凝土处于弹塑性工作阶段，B点应力为峰值应力的0.70.9； （3）曲线的BC段,混凝土内部裂缝不断开展，在水泥石中出现新裂缝，宏观裂缝开展； （4）曲线的CD段,宏观裂缝上下贯通，混凝土立即被压碎，试件完全破坏；,5、控制微裂缝的方法和措施 控制微裂缝的关键，一个是尽可能减少混凝土中多余的水分，减少水分蒸发后遗留的气泡； 另一个是尽可能使混凝土密实，减少混凝土中的孔隙。 采取如下控制微裂缝的措施： 在混凝土施工过程中严格控制水灰比、砂石含泥量、粗、细骨料级配优良和振捣密实等，尽

5、量减少混凝土结硬收缩微裂； 在设计中注意控制轴压比，使混凝土避免长期处于高压应力状态。在施工中严格控制构件底模的拆除时间。,二、混凝土结构中的裂缝类型,1、根据裂缝的成因和特点，将裂缝分为三种： 一是施工期间产生的裂缝，包括塑性混凝土裂缝、温度裂缝、约束收缩裂缝、施工质量问题裂缝、早期冻融裂缝； 二是耐久性裂缝，包括钢筋锈蚀引起的纵向裂缝、温度变化和收缩作用引起的裂缝、地基不均匀沉降引起的裂缝以及冻融循环作用、混凝土中碱骨料反应、盐类和酸类物质侵蚀等引起的混凝土结构构件裂缝； 三是荷载作用引起的裂缝。,2、几种常见裂缝介绍： （1）收缩裂缝 混凝土凝结时，水和水泥颗粒结合发生水化反应使体积减小

6、称为凝缩，同时由于一部分水蒸发也使体积减小称为干缩，凝缩和干缩合称为收缩； 干缩裂缝表现为表面性，宽度较细，其走向纵横交错，没有规律。举例：较薄的梁、板类构件（或桁架杆件），多沿短向分布；整体性结构多发生在结构变截面处；平面裂缝多延伸到变截面部位或块体边缘，大体积混凝土在平面部位较为多见，但侧面也常出现，并随湿度和温度变化而逐渐发展；,.,干缩裂缝形成机理为： 混凝土凝结时水分蒸发从表面扩展到内部，这样便在混凝土结构中由外到内出现含水梯度，表面收缩较大而内部收缩较小，从而出现收缩差，混凝土表面受到拉力作用、内部受到压力作用，当表面混凝土的拉力超过混凝土允许抗拉强度时，便产生收缩裂缝。 容易产生

7、收缩裂缝的情况： 如果周围空气干燥、采用不合理的养护方法、混凝土的水灰比过大等均容易诱导或加剧收缩裂缝的产生。,（2）. 温度裂缝 混凝土凝结过程中产生水化热、太阳光长时间照射、空气湿度及周围温度变化等因素影响出现冷热变化，将引起温度应力，当温度应力超过混凝土抗拉强度时，便产生温度裂缝； 温度裂缝表现为：其走向无一定规律性；举例：梁板式或长度尺寸较大的结构，裂缝多平行于短边；大面积结构裂缝常纵横交错。深进的和贯穿的温度裂缝，一般与短边方向平行或接近于平行，裂缝沿全长分段出现，中间较密。,温度裂缝形成机理为： 混凝土温差过大，特别是大体积混凝土基础浇筑后，在硬化期间放出大量水化热，内部温度不断上

8、升，使混凝土表面和内部温差很大。当温度产生非均匀的降温时，将导致混凝土表面急剧的温度变化而产生较大的降温收缩，此时表面受到内部混凝土的约束，将产生很大的拉应力，而混凝土早期抗拉强度和弹性模量很低，因而出现裂缝。但这种温差仅在表面处较大，离开表面就很快减弱。因此，裂缝只在接近表面较浅的范围出现，表面层以下结构仍保持完整。,容易产生温度裂缝的情况： 大体积混凝土，凝结时水泥的水化热过大，使结构内部温度升高，如果采取不当的散热措施，内外温差过大而引起混凝土开裂； 冬季施工及养护措施不当、混凝土剧冷剧热、内外温差过大不均引起混凝土开裂； 构件较长而且两端具有约束，由于周围环境温度变化产生的附加温度应力

9、引起混凝土开裂； 新旧混凝土接缝处，沿接缝面中部的方向，由于新混凝土凝结产生的水化热与已经凝结、冷却的旧混凝土之间温差引起混凝土开裂； 混凝土结构中预埋件焊接措施不当，使钢筋和混凝土温差过大而引起混凝土开裂。,（3）. 不均匀沉降裂缝 不均匀沉陷裂缝多属贯穿性裂缝，其走向与沉陷情况有关，有的在上部，有的在下部，一般与地面垂直或呈3045角度发展。 较大的不均匀沉陷裂缝，往往上下或左右有一定的差距，裂缝宽度受温度变化影响较小，因荷载大小而异，且与不均匀沉降值成比例。 对于不均匀沉降裂缝应以预防为主，在没有地质勘查资料时不得进行施工图设计，严格按照图纸施工，不得擅自更改、任意处理。 治理的原则是根

10、据裂缝发展速度、部位、程度，决定采取上部加固还是地基基础加固处理。,原因： 由于基础沉降，水平方向位移等变形引起的裂缝 1）地质勘察精度不够，试验资料不准。 2）结构荷载差异太大。 3）结构基础类型判别大，同一联桥梁中，混合使用不同基础如扩大基础和桩基础，或同时采用桩基础但柱径或桩长差别大时，或同时采用扩大基础但基底标高差异大时，也可能引起地基不均匀沉降。 4）分期建造的基础。如分期修建的高速公路左右半幅桥梁，新建桥梁荷载或基础处理时引起地基土重新固结，可能对原有桥梁基础造成较大沉降。 5）地基冻张。地基的冰冻或融化均可造成不均匀沉降。,（4）建筑物结构应力裂缝: 随着构件或结构所受荷载的应力

11、性质和受力大小不同,裂缝具不同的形态特征。 一般有两种主要特征:一是裂缝走向与主筋方向接近垂直;二是裂缝宽度一般较宽,且沿着长度与深度方向有明显的变化。,原因: 断面突变,构件开洞等引起应力集中,构造处理不当等引起应力变化导致产生的裂缝; 结构在静力或动力荷载作用下在受拉区、受剪区或振动严重的部位产生的裂缝; 结构接近极限承载力时,在受压区钢筋混凝土有明显竖向裂缝； 由于地基不均匀沉降,在结构或构件内出现了附加应力,而导致钢筋混凝土开裂。,不同受力性能下的裂缝形式 受弯构件常见的垂直裂缝和斜裂缝两类:垂直裂缝多出现在梁、板构件弯矩最大的截面上或断面突然削弱处;斜裂缝一般发生在支座等剪力最大的部

12、分,裂缝由下部分开始,沿着45度向构件跨中上方伸展,随着荷载增加,裂缝不断扩展,数量增加。 轴心受压构件一旦发现受压区混凝土压裂,可能预示结构开始破坏。 小偏心受压构件和受拉区配筋较多的大偏心受压构件,裂缝与破坏情况,基本上与轴心受压构件相似。 大偏心受压且受拉区配筋不多的构件,基本上类似受弯构件。,.,（5）施工裂缝: 原因： 配合比中水灰比控制差、随意提高混凝土强度,而使单位水泥用量加大等; 钢筋保护层厚度,特别是现浇板的负弯矩筋保护层厚度达不到设计要求;模板支撑不合理、刚度不足、地基下沉,以及过早拆模; 对于现浇板,特别是过早、过集中的承担施工荷载,对板面的冲击等因素都可能造成混凝土开裂

13、。,.,(6)荷载裂缝的出现主要是由于设计不合理及施工误差等原因造成的。 1）设计结构中的断面突变而产生的应力集中所产生的构件裂缝。 2）设计中构件施加预应力不当，造成构件的裂缝。 3）设计中构造钢筋配置过少或过粗等引起的构件裂缝。 4）设计中未充分考虑混凝土构件的收缩变形，设计中采用的混凝土等级过高，造成用灰量过大，收缩不利，构件局部出现收缩裂缝。 5）施工过程中钢筋骨架的焊接，拼装，绑扎不规范使构件整体受力不均，在构件局部出晒挝大的集中应力，产生裂缝。,P240 混凝土裂缝形式及产生原因简表： P244 裂缝原因分析方法：,.,三、裂缝的控制措施,(1)现多采用商品混凝土,经常监控商砼原材

14、料、严格控制进场商砼的质量,控制混凝土塌落度。 (2)建筑与结构构造的合理性:设计上控制,注意断面突变、构件开洞等的应力集中部位,注意加强配筋处理,变形缝设置在受力较小地方。满足建筑与结构构造规定和要求。 (3)减少地基变形:软土地基的不均匀沉降,是造成建筑物裂缝损坏或倾斜等工程事故的重要原因。,(4)管理施工规范:科学合理安排施工工序,掌握好技术间隙时间,控制好混凝土在初期强度增长期的质量控制及混凝土二次抹面时间。 (5)减少温度裂缝:在厚大体积混凝土施工中,采取养护措施,监测控制混凝土内外温差不能超过25度;避免混凝土养护不周,时干时湿,造成混凝土产生裂缝。,控制温度的措施如下： 1）采用

15、改善骨料级配，用于硬性混凝土，掺混合料，加引气剂或塑化剂等措施以减少混凝土中的水泥用量。 2）拌合混凝土时加水或用水将碎石冷却以降低混凝土的浇筑温度。 3）热天浇筑混凝土时减少浇筑厚度，利用浇筑层面散热。 4）在混凝土中埋设水管，通入冷水降温。 5）规定合理的拆模时间，气温骤降时进行表面保温，以免混凝土表面发生急剧的温度梯度。 6）施工中长期暴露的混凝土浇筑块表面或薄壁结构，在寒冷季节采取保温措施。,改善约束条件的措施 1）合理地分缝分块。 2）避免基础过大起伏 3）合理的安排施工，避免过大的高差和侧面长期暴露，此外，改善混凝土的性能，提高抗裂能力，强度养护、防止表面干缩，特别是保证混凝土的质

16、量对防止裂缝是十分重要的，应特别注意避免产生贯穿裂缝，出现后要恢复其结构的整体性是十分困难的，因此施工中应以预防贯穿性裂缝的发生为主。,设计方面。 1）设计中，设计人员应灵活地运用“抗放”结合，或以“抗”为主，或以“放”为主的设计原则，来选择结构方案和使用的材料。所谓“抗”就是处于约束状态下的结构，没有足够的变形的余地时，为防止裂缝所采取的有力措施，而所谓“放”就是结构完全处于自由变形无约束状态下，有足够变形余地时所采取的措施。 2）设计中应尽量避免结构断面突变带来的应力集中。 3）在结构设计中，设计人员应重视对构造钢筋的配置，特别是楼面、墙板等薄壁构件更应注意构造钢筋的直径和数量的选择。 4

17、）材料选择和混凝土配合比设计要符合规范要求。,现场施工方面。 1）热天浇筑混凝土时减少浇筑厚度，利用浇筑层面散热，对于在体积的混凝土建议采用在混凝土中埋设水管，通入冷水降温。 2）规定合理的折模时间，由于新浇筑在早期，表面引起很大的应力，易出现“温度冲击”现象，此时拆除模板，必然引起温度梯度，从而在表面附加一拉应力，与水化热应力迭加，再加上混凝土干缩，表面的拉应力达到很大的数值，就有导致裂缝的危险。 3）在混凝土裂缝的防治工作中，对新浇混凝土的早期养护工作尤为重要，以保证混凝土在早期尽可能少产生收缩，主要是控制好构件的湿润养护，对于大体积混凝土，有条件时宜采用蓄水或流水养护，养护时间为1428

18、 天。,4）对于在施工中长期暴露的混凝土浇筑块表面或薄壁结构，在寒冷季节采取保温措施。 5）在施工中，改善混凝土约束条件：合理地分缝分块，避免基础过大起伏，合理的安扫滋工工序，避免过大的高差和狈腼长期暴露。 6）在施工中，正确使用外加剂也是减少开裂的措施之一，因为许多外加剂都有缓凝、增加和易性、改善塑性的功能。,四、裂缝修补措施(P250),1 .表面处理 适用于钢筋未腐蚀，裂缝浅而细，条数多但宽度小。 (1)涂覆法 适用于混凝土表面出现数量较多且较为密集的裂缝表面,涂覆一般采用人工或机械喷涂的方法将修补材料涂覆于混凝土表面形成封闭层, 一般涂覆厚度在0.32.5mm范围内,厚度越大其覆盖能力

19、越强; 涂覆材料的选用应结合室内外温度变化和裂缝发展情况趋势进行选择, 一般有耐磨要求的部位采用环氧沥青涂料、聚氨酯材料等刚性材质,对于不稳定的裂缝则多采用聚氨酯弹性体、橡胶型丙烯酸酯涂料等,(2)增加整体面层 适用于混凝土表面裂缝多且分部面积广的情况, 施工工艺是采取增加一层水泥砂浆或细石混凝土整体面层, 为了保证该面层强度和其与原来混凝土结构粘接牢固而在内部配置双向钢丝网, 若条件允许应采用喷射法.进行面层施工。 (3)表面缝合 该种方法适于裂缝少而宽的情况； 该种方式是首先在裂缝两侧进行钻孔或凿槽,之后将U型钢筋或金属板置入槽孔内, 然后采用环氧树脂砂浆类无收缩型砂浆在槽孔内进行填灌以实

20、现对裂缝缝合的目的。,2.灌注法 即在裂缝中注射树脂类或水泥类材料，以提高整体性、防水性及耐久性，也可用于饰面材料起鼓部位的修补; 灌注法的主要灌浆材料是环氧树脂，并宜采用甲基丙烯酸脂类浆液或低新度的改性环氧树脂浆液用低压低速灌注; 该法易控制注入量，并能注入到裂缝深部，是一种减少因温度变化使裂缝继续开展的好办法.,该法适用于裂缝细而深，或裂缝宽度大于或等于0.2mm但小于1.5mm的独立裂缝、贯穿裂缝以及蜂窝状局部缺陷的情况。 右图：使用注入法修补的注浆口大洋,.,3.压力注浆法 压力注浆法。系指在一定时间内以较高压力(按注桨料产品而定)将灌注材料压入裂缝腔内的方法。 该法适用于处理大型结构

21、贯穿性裂缝、大体积混凝土蜂窝状严重缺陷以及深而婉蜒的裂缝。 4.充填法 是一种适合于修补裂缝比较宽(1.0mm)以上以及钢筋因碳化、氧化物而受到腐蚀的情况。,充填法具体做法是沿裂缝处治凿开混凝土，并在该处填充修补材料。当钢筋未锈蚀时，将裂缝处宽约10mm的混凝土凿成u型槽(图a)；当钢筋已锈蚀时，应将裂缝处的混凝土凿至钢筋生锈的部位，将钢筋除锈，并在混凝土中涂防锈涂料再充填聚合物水泥砂浆或环氧树脂砂浆等材料(图b),使用充填法应注意问题：,混凝土裂缝处理的13种常见方法,1. 树脂灌注法； 2. 表面封闭法； 3. 钻孔嵌塞法； 4. 柔性封闭法； 5. 表面附加钢筋法； 6. 灌浆法； 7.

22、 干嵌填法； 8. 钉合法； 9. 聚合物浸入法（重力渗入和真空渗入）； 10. 迭合面层和表面处理法等等。,树脂灌注法,环氧树脂是最常见的裂缝灌注材料。它具有较高的机械强度，并能抵抗混凝土所遇到的大多数化学侵蚀，树脂可以灌入到0.05的裂缝。除某些特殊的环氧树脂之外，当裂缝是活动的、有渗漏的、不能干透的或者裂缝数量极多时，通常不易采用树脂灌注法。自动低压灌浆技术是树脂灌注法的最佳工法之一。,聚合物浸入法,2.1重力渗入法 低粘度的液态树脂可用来密封路面、桥面的不小于0.1的裂缝。将树脂涂刷到表面上，或者在水平表面上沿裂缝构筑临时的围堤，使树脂溢于裂缝表面。 2.2 真空渗入法 更适合封闭多重

23、无规则表面裂缝。先将裂缝表面密封，抽去真空，使裂缝中和孔隙中的空气全部排除。再在大气压力下用纯环氧树脂浆料注入裂缝表面中。,钉合法,当必须恢复主裂缝断面的抗拉强度时，使用钉合法比较适宜。特别比较适宜在不会损坏周围结构的场合下用来锁闭活动裂缝。用相对薄而长的金属“缝合U型钉”跨过裂缝嵌入事先开好的槽沟中，用无收缩砂浆或者环氧树脂基粘合剂来固定。,表面封闭法,这是最简单和最普通的裂缝修补方法。用于修补对结构影响不大的静止裂缝，通过密封裂缝来防止水汽、化学物质和二氧化碳的侵入。,灌浆法,5.1普通水泥灌浆 大体积水坝、厚混凝土墙、或者水工结构的岩石基础上的裂缝，有时通过注入硅酸盐水泥砂浆来密闭。 5

24、.2聚合物灌注 基于氨基甲酸乙酯或者丙烯酰胺聚合物的灌浆料，和水反应后形成固态沉淀物或泡沫材料，起到封闭裂缝的作用。可在潮湿环境中使用。,钻孔嵌塞法,这种方法通常用来灌注墙体中的裂缝。如果要求密封防水，孔中应填入柔性沥青来代替砂浆；如果灌注栓塞的作用比较重要，孔中则要灌注环氧树脂。,柔性密封法,通常将活动裂缝转变为运动节缝是比较适宜的办法。沿裂缝边缘开一凹槽并填入适当的柔性材料。节缝底部使用隔离层。,粘贴法,当运动不止作用于一个平面时，或者过度的运动已超过一个普通尺寸的凹槽所允许的范围时，或者不可以切割出槽时可使用这个方法。用柔性的密封带盖住裂缝，仅将带的边缘部分粘住。,9.附加钢筋法,9.1

25、普通钢筋 首先将裂缝密闭，然后贯穿裂缝平面大约90的方向钻孔，将环氧树脂注入孔内，再将钢筋插入孔中使之粘合成整体。 9.2外部施加预应力 通过后张法施加应力，来加强结构件的主要部分或者封闭裂缝。,10. 干嵌填法,用手工将低水灰比的砂浆连续嵌入裂缝，形成与原有混凝土结构紧密连接的密实砂浆。先在裂缝表面开槽，大约25宽、25深，清理后涂刷界面剂、连续嵌入低水灰比的砂浆。,11. 迭合面层法,当结构表面存在大量的裂缝，而且采用其它办法单独处理各个裂缝过于昂贵时，用这个方法来密闭、覆盖（不是修复）裂缝非常有效。对于偶然出现大面积网状裂缝使用该法很有效。,12. 自闭合法,混凝土依靠自身合拢裂缝称为“自闭合”，这是在存在湿气并且没有拉应力作用时发生的一种现象。机理：由于周围空气和水中存在二氧化碳，使水泥浆中的氢氧化钙发生碳化作用，结果碳酸钙和氢氧化钙晶体在裂缝内析出并生长。晶体组合交织产生一种机械粘接作用，又被邻近晶体之间以及晶体和水泥浆及骨料表面间的化学粘接作用所增强，最后混凝土裂缝部位的抗拉强度得到一定的恢复，裂缝也被密闭了。主要用于修补潮湿环境的结构，。整个自闭合时期的水饱和必须连续保持。,13. 涂层及其它表面处理法,修复开裂的混凝土结构可以使用范围很广的表面浸渍密封剂和涂料。如果混凝土开裂已经稳定，则可通过涂料获得成功地修补。但不适合低温区域操作。,谢 谢！,