普通混凝土裂縫產(chǎn)生的原因
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荷載裂縫特征依荷載不同而異呈現(xiàn)不同的特點(diǎn)。這類裂縫多出現(xiàn)在受拉區(qū)、受剪區(qū)或振動嚴(yán)重部位。但必須指出,如果受壓區(qū)出現(xiàn)起皮或有沿受壓方向的短裂縫,往往是結(jié)構(gòu)達(dá)到承載力極限的標(biāo)志,是結(jié)構(gòu)破壞的前兆,其原因往往是截面尺寸偏小。
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混凝土具有熱脹冷縮性質(zhì),當(dāng)外部環(huán)境或結(jié)構(gòu)內(nèi)部溫度發(fā)生變化,混凝土將發(fā)生變形,若變形遭到約束,則在結(jié)構(gòu)內(nèi)將產(chǎn)生應(yīng)力,當(dāng)應(yīng)力超過混凝土抗拉強(qiáng)度時即產(chǎn)生溫度裂縫。在某些大跨徑橋梁中,溫度應(yīng)力可以達(dá)到甚至超出活載應(yīng)力。溫度裂縫區(qū)別其它裂縫最主要特征是將隨溫度變化而擴(kuò)張或合攏。
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在實(shí)際工程中,混凝土因收縮所引起的裂縫是最常見的。在混凝土收縮種類中,塑性收縮和縮水收縮(干縮)是發(fā)生混凝土體積變形的主要原因,另外還有自生收縮和炭化收縮。
塑性收縮,發(fā)生在施工過程中、混凝土澆筑后4~5小時左右,此時水泥水化反應(yīng)激烈,分子鏈逐漸形成,出現(xiàn)泌水和水分急劇蒸發(fā),混凝土失水收縮,同時骨料因自重下沉,因此時混凝土尚未硬化,稱為塑性收縮。塑性收縮所產(chǎn)生量級很大,可達(dá)1%左右。在骨料下沉過程中若受到鋼筋阻擋,便形成沿鋼筋方向的裂縫。在構(gòu)件豎向變截面處如T梁、箱梁腹板與頂?shù)装褰唤犹?,因硬化前沉?shí)不均勻?qū)l(fā)生表面的順腹板方向裂縫。為減小混凝土塑性收縮,施工時應(yīng)控制水灰比,避免過長時間的攪拌,下料不宜太快,振搗要密實(shí),豎向變截面處宜分層澆筑。
縮水收縮(干縮),混凝土結(jié)硬以后,隨著表層水分逐步蒸發(fā),濕度逐步降低,混凝土體積減小,稱為縮水收縮(干縮)。因混凝土表層水分損失快,內(nèi)部損失慢,因此產(chǎn)生表面收縮大、內(nèi)部收縮小的不均勻收縮,表面收縮變形受到內(nèi)部混凝土的約束,致使表面混凝土承受拉力,當(dāng)表面混凝土承受拉力超過其抗拉強(qiáng)度時,便產(chǎn)生收縮裂縫?;炷劣不笫湛s主要就是縮水收縮。如配筋率較大的構(gòu)件(超過3%),鋼筋對混凝土收縮的約束比較明顯,混凝土表面容易出現(xiàn)龜裂裂紋。
自生收縮,自生收縮是混凝土在硬化過程中,水泥與水發(fā)生水化反應(yīng),這種收縮與外界濕度無關(guān),且可以是正的(即收縮,如普通硅酸鹽水泥混凝土),也可以是負(fù)的(即膨脹,如礦渣水泥混凝土與粉煤灰水泥混凝土)。
炭化收縮,大氣中的二氧化碳與水泥的水化物發(fā)生化學(xué)反應(yīng)引起的收縮變形。炭化收縮只有在濕度50%左右才能發(fā)生,且隨二氧化碳的濃度的增加而加快。炭化收縮一般不做計算。
混凝土收縮裂縫的特點(diǎn)是大部分屬表面裂縫,裂縫寬度較細(xì),且縱橫交錯,成龜裂狀,形狀沒有任何規(guī)律。66
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由于基礎(chǔ)豎向不均勻沉降或水平方向位移,使結(jié)構(gòu)中產(chǎn)生附加應(yīng)力,超出混凝土結(jié)構(gòu)的抗拉能力,導(dǎo)致結(jié)構(gòu)開裂。
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由于混凝土質(zhì)量較差或保護(hù)層厚度不足,混凝土保護(hù)層受二氧化碳侵蝕炭化至鋼筋表面,使鋼筋周圍混凝土堿度降低,或由于氯化物介入,鋼筋周圍氯離子含量較高,均可引起鋼筋表面氧化膜破壞,鋼筋中鐵離子與侵入到混凝土中的氧氣和水分發(fā)生銹蝕反應(yīng),其銹蝕物氫氧化鐵體積比原來增長約2~4倍,從而對周圍混凝土產(chǎn)生膨脹應(yīng)力,導(dǎo)致保護(hù)層混凝土開裂、剝離,沿鋼筋縱向產(chǎn)生裂縫,并有銹跡滲到混凝土表面。由于銹蝕,使得鋼筋有效斷面面積減小,鋼筋與混凝土握裹力削弱,結(jié)構(gòu)承載力下降,并將誘發(fā)其它形式的裂縫,加劇鋼筋銹蝕,導(dǎo)致結(jié)構(gòu)破壞。
要防止鋼筋銹蝕,設(shè)計時應(yīng)根據(jù)規(guī)范要求控制裂縫寬度、采用足夠的保護(hù)層厚度(當(dāng)然保護(hù)層亦不能太厚,否則構(gòu)件有效高度減小,受力時將加大裂縫寬度);施工時應(yīng)控制混凝土的水灰比,加強(qiáng)振搗,保證混凝土的密實(shí)性,防止氧氣侵入,同時嚴(yán)格控制含氯鹽的外加劑用量,沿海地區(qū)或其它存在腐蝕性強(qiáng)的空氣、地下水地區(qū)尤其應(yīng)慎重。
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大氣氣溫低于零度時,吸水飽和的混凝土出現(xiàn)冰凍,游離的水轉(zhuǎn)變成冰,體積膨脹9%,因而混凝土產(chǎn)生膨脹應(yīng)力;同時混凝土凝膠孔中的過冷水(結(jié)冰溫度在-78度以下)在微觀結(jié)構(gòu)中遷移和重分布引起滲透壓,使混凝土中膨脹力加大,混凝土強(qiáng)度降低,并導(dǎo)致裂縫出現(xiàn)。尤其是混凝土初凝時受凍最嚴(yán)重,成齡后混凝土強(qiáng)度損失可達(dá)30%~50%。冬季施工時對預(yù)應(yīng)力孔道灌漿后若不采取保溫措施也可能發(fā)生沿管道方向的凍脹裂縫。
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混凝土主要由水泥、砂、骨料、拌和水及外加劑組成。配置混凝土所采用材料質(zhì)量不合格,可能導(dǎo)致結(jié)構(gòu)出現(xiàn)裂縫。
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在混凝土結(jié)構(gòu)澆筑、構(gòu)件制作、起模、運(yùn)輸、堆放、拼裝及吊裝過程中,若施工工藝不合理、施工質(zhì)量低劣,容易產(chǎn)生縱向的、橫向的、斜向的、豎向的、水平的、表面的、深進(jìn)的和貫穿的各種裂縫,特別是細(xì)長薄壁結(jié)構(gòu)更容易出現(xiàn)。裂縫出現(xiàn)的部位和走向、裂縫寬度因產(chǎn)生的原因而異。? ??
普通混凝土裂縫的處理方法
常用的方法有壓實(shí)抹平,涂抹環(huán)氧粘結(jié)劑,噴涂水泥砂漿或細(xì)石混凝土,壓抹環(huán)氧膠泥,環(huán)氧樹脂粘貼下班絲布,增加整體面層,鋼錨栓縫合等。
表面涂抹和表面貼補(bǔ)法表面涂抹適用范圍是漿材難以灌入的細(xì)而淺的裂縫,深度未達(dá)到鋼筋表面的發(fā)絲裂縫,不漏水的縫,不伸縮的裂縫以及不再活動的裂縫。表面貼補(bǔ)(土工膜或其它防水片)法適用于大面積漏水(蜂窩麻面等或不易確定具體漏水位置、變形縫)的防滲堵漏?。
常用的方法有充填法、預(yù)應(yīng)力法,部分鑿除重新澆筑混凝土等。
用修補(bǔ)材料直接填充裂縫,一般用來修補(bǔ)較寬的裂縫,作業(yè)簡單,費(fèi)用低。寬度小于0.3mm,深度較淺的裂縫、或是裂縫中有充填物,用灌漿法很難達(dá)到效果的裂縫、以及小規(guī)模裂縫的簡易處理可采取開V型槽,然后作填充處理。
適用于縫補(bǔ)寬度≥0.5mm的穩(wěn)定裂縫。
此法應(yīng)用范圍廣,從細(xì)微裂縫到大裂縫均可適用,處理效果好。利用壓送設(shè)備(壓力0.2~0.4Mpa)將補(bǔ)縫漿液注入砼裂隙,達(dá)到閉塞的目的,該方法屬傳統(tǒng)方法,效果很好。也可利用彈性補(bǔ)縫器將注縫膠注入裂縫,不用電力,十分方便效果也很理想。
可灌入縫寬≥0.05mm的裂縫。
常用的方法有卸荷或控制荷載,設(shè)置卸荷結(jié)構(gòu),增設(shè)支點(diǎn)或支撐。改簡支梁為連續(xù)梁等。
常用的方法有增加鋼筋,加厚板,外包鋼筋混凝土,外包鋼,粘貼鋼板,預(yù)應(yīng)力補(bǔ)強(qiáng)體系等。
因超荷載產(chǎn)生的裂縫、裂縫長時?間不處理導(dǎo)致的混凝土耐久性降低、火災(zāi)造成的裂縫等影響結(jié)構(gòu)強(qiáng)度可采取結(jié)構(gòu)補(bǔ)強(qiáng)法。包括斷面補(bǔ)強(qiáng)法、錨固補(bǔ)強(qiáng)法、預(yù)應(yīng)力法等混凝土裂縫處理效果的檢查包括修補(bǔ)材料試驗(yàn);鉆心取樣試驗(yàn);壓水試驗(yàn);壓氣試驗(yàn)等。
例如:框架裂縫采用增設(shè)隔板深梁法處理。
混凝土置換法是處理嚴(yán)重?fù)p壞混凝土的一種有效方法,此方法是先將損壞的混凝土剔除,然后再置換入新的混凝土或其他材料。常用的置換材料有:普通混凝土或水泥砂漿、聚合物或改性聚合物混凝土或砂漿。
電化學(xué)防腐是利用施加電場在介質(zhì)中的電化學(xué)作用,改變混凝土或鋼筋混凝土所處的環(huán)境狀態(tài),鈍化鋼筋,以達(dá)到防腐的目的。陰極防護(hù)法、氯鹽提取法、堿性復(fù)原法是化學(xué)防護(hù)法中常用而有效的三種方法。這種方法的優(yōu)點(diǎn)是防護(hù)方法受環(huán)境因素的影響較小,適用鋼筋、混凝土的長期防腐,既可用于已裂結(jié)構(gòu)也可用于新建結(jié)構(gòu)。
仿生自愈合法是一種新的裂縫處理方法,它模仿生物組織對受創(chuàng)傷部位自動分泌某種物質(zhì),而使創(chuàng)傷部位得到愈合的機(jī)能,在混凝土的傳統(tǒng)組分中加入某些特殊組分(如含粘結(jié)劑的液芯纖維或膠囊),在混凝土內(nèi)部形成智能型仿生自愈合神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng),當(dāng)混凝土出現(xiàn)裂縫時分泌出部分液芯纖維可使裂縫重新愈合。
常用方法有拆除重做,改善結(jié)構(gòu)使用條件,通過試驗(yàn)或分析論證不作處理等。
大體積混凝土裂縫產(chǎn)生的原因
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大體積混凝土有害、無害裂縫判別標(biāo)準(zhǔn)
δf>0.3mm ?縱深裂縫、 h>0.5H;
δf>0.2mm ?貫穿全截面;裂縫影響使用功能(有滲透、透氣、透射線等要求,且滿足其中之一即可);
δf>0.3mm 非貫穿,可能引起鋼筋銹蝕裂縫;降低結(jié)構(gòu)承載力的裂縫。
3、各符號的含義:
Δf——裂縫寬度?? L——裂縫長度
h——裂縫深度???? H——裂縫深度
B——沿裂縫長方向的結(jié)構(gòu)寬度,如澆筑后的沉縮(塑性裂縫)
無害裂縫處理方法
對于新澆混凝土收縮裂縫,該裂縫多在新澆筑并暴露于空氣中的結(jié)構(gòu)構(gòu)件表面出現(xiàn),有塑態(tài)收縮、沉降收縮、干燥收縮、碳化收縮、凝結(jié)收縮等收縮裂縫,這種裂縫不深也不寬,處理方法如下:
1)如混凝土仍有塑性,可采取壓抹一遍的方法,并加強(qiáng)養(yǎng)護(hù)。
2)如混凝土已硬化,可向裂縫內(nèi)滲入水泥漿,然后用鐵抹子抹平壓實(shí)。
處理時將裂縫附近的混凝土表面鑿毛或沿裂縫鑿成深15—20mm寬100—200mm凹槽,掃凈并灑水濕潤。先刷水泥凈漿(業(yè)主批準(zhǔn)適用的界面劑)一度,然后用1:1~2水泥砂漿分2~3層,涂抹總厚10~20mm壓光。有滲漏水時,應(yīng)用水泥凈漿(厚2mm)和1:2.5水泥砂漿(厚4-5mm可慘入1—3%于水泥重量的氯化鐵防水劑)交替抹壓4-5層,涂抹后3-4小時進(jìn)行覆蓋并灑水養(yǎng)護(hù)。
涂抹前,將裂縫附近表面清洗干凈(油污應(yīng)用丙酮或二甲苯擦洗凈)、干燥。較寬裂縫用環(huán)氧膠泥填塞,并將膠泥均勻地涂刮壓裂縫表面,寬80-100mm。基層干燥有困難時可以用環(huán)氧煤焦油膠泥。需要粘貼環(huán)氧玻璃布時,先將玻璃布脫鈉、干燥,視具體情況可作成一布二油(或二布三油,第二層布的周圍應(yīng)比下一層寬10~15mm)。
當(dāng)裂縫稀少,但深度較深時,沿混凝土裂縫鑿一條V型或U型槽,槽內(nèi)表面應(yīng)修理平整,清洗干凈,并保持槽內(nèi)干燥。槽內(nèi)嵌入剛性材料如水泥砂漿、環(huán)氧膠泥,或填灌柔性材料如聚氯乙烯膠泥、瀝青油膏等密封。密封材料嵌入前,先涂刷與嵌填材料混凝土性質(zhì)的稀釋涂料(表面可作砂漿保護(hù)層或不作保護(hù)層),具體做法見圖1。
(a)一般裂縫處理
(b)滲水裂縫處理
(c)活動裂縫處理
(d)活動裂縫擴(kuò)展后的情況:1—裂縫; 2—水泥砂漿或環(huán)氧膠泥; 3—聚氧乙烯; 4—1:2.5水泥砂漿或剛性防水五層做法;5—密封材料;6—隔離緩沖區(qū);B—槽寬;δ—裂縫活動距離
注:對于施工縫表面的裂縫,處理時可在與其連接的施工段混凝土澆筑前,按表面鑿槽嵌補(bǔ)法的要求在裂縫位置處鑿V型或U型槽,該槽內(nèi)不再填充其他填充物,由該連接施工段澆筑的結(jié)構(gòu)混凝土填充,以保證施工縫處混凝土。
1—裂縫 2—油氈或塑料隔離層;3—聚丁橡膠密封條;4—粘結(jié)劑
有害裂縫處理方法
鉆孔:采用風(fēng)鉆鉆孔,孔距1-1.5m除淺孔采用騎縫孔外一般占孔軸線與裂縫呈30—45·斜角(見圖3),孔深應(yīng)穿過裂縫面0.5m以上,當(dāng)鉆孔有兩排或兩排以上時,宜交叉或呈梅花形布置。
1—裂縫,2—齊縫口,3—斜孔
沖洗:鉆孔完畢后,應(yīng)用水沖洗,按豎向排列自上而下逐孔進(jìn)行。
密封:縫面沖洗凈后,在裂縫表面用1:1~2水泥砂漿或環(huán)氧膠泥涂抹。
埋管:一般用?19-38的鋼管作灌漿管(鋼管上端加工絲扣),安裝前在鋼管外壁用生膠帶纏緊,然后旋入孔中,孔中管壁周圍的空隙用水泥砂漿或硫磺砂漿封堵,以防冒漿或灌漿管沖孔中脫出。
試壓:用0.1-0.2MPa壓力水作滲水試驗(yàn),采取灌漿孔壓水,排水孔排水的方法檢查裂縫和管路暢通情況,然后關(guān)閉排氣孔檢查止?jié){堵漏效果,并濕潤縫面,以利粘結(jié)。
灌漿:合格的經(jīng)設(shè)計批準(zhǔn)使用的填縫用注射性水泥,水泥凈將水灰比為0.4,灌漿壓力0.3—0.5MPa。在整條裂縫處理完畢后,孔內(nèi)應(yīng)充滿凈漿,并填入凈砂用棒搗實(shí)。
鉆孔:采用風(fēng)鉆鉆孔,孔距1-1.5m除淺孔采用騎縫孔外一般占孔軸線與裂縫呈30—45·斜角(見圖3),孔深應(yīng)穿過裂縫面0.5m以上,當(dāng)鉆孔有兩排或兩排以上時,宜交叉或呈梅花形布置;
密封:縫面沖洗凈后,在裂縫表面用1:1~2水泥砂漿或環(huán)氧膠泥涂抹。
埋管:一般用?19-38的鋼管作灌漿管(鋼管上端加工絲扣),安裝前在鋼管外壁用生膠帶纏緊,然后旋入孔中,孔中管壁周圍的空隙用水泥砂漿或硫磺砂漿封堵,以防冒漿或灌漿管沖孔中脫出。
試壓:用0.2-0.3MPa壓縮空氣進(jìn)行壓力實(shí)驗(yàn);
灌漿:采用環(huán)氧樹脂漿液進(jìn)行灌漿。