對混凝土結(jié)構(gòu)而言,其病害的最終形式是裂縫。雖然裂縫在規(guī)范里是作為正常使用狀態(tài)中耐久性來評價,但結(jié)構(gòu)損壞乃致倒塌往往是從裂縫的擴(kuò)展開始的,由安全狀態(tài)隨著時間的延伸而逐漸轉(zhuǎn)化為不安全狀態(tài)。
混凝土收縮裂縫:當(dāng)收縮受到約束而產(chǎn)生的拉應(yīng)變大于當(dāng)時砼的極限拉應(yīng)變就會 產(chǎn)生與拉應(yīng)力方向相垂直的裂縫。
構(gòu)件表面收縮龜裂:這類收縮裂縫多數(shù)是混凝土構(gòu)件表層由于養(yǎng)護(hù)不當(dāng),表層失水、干縮所造成。這類裂縫一般不深,多數(shù)深度不超過鋼筋保護(hù)層厚度。
墩臺混凝土的豎向收縮裂縫:在巖石基礎(chǔ)上澆筑的墩臺混凝土,混凝土墩身要收縮,巖石基礎(chǔ)不收縮,由此產(chǎn)生收縮差,巖石基礎(chǔ)阻止墩身砼收縮而在橫向產(chǎn)生拉應(yīng)力,當(dāng)該拉應(yīng)力大于該時段的混凝土極限拉應(yīng)變就會產(chǎn)生豎向裂縫,這類墩身、臺身的豎向裂縫為下寬上細(xì),當(dāng)臺身較厚,由于表層收縮大、內(nèi)部收縮小,因此顯示表層裂縫寬些、內(nèi)部裂縫細(xì)些,一般不貫通。在先澆筑好的砼承臺上再澆筑薄壁砼墻身(C30,水灰比達(dá)0.63,泵送砼)。由于第一次澆筑的砼齡期長些,其收縮已完成一部分,后期收縮要小一些,但后澆的薄壁墻身收縮顯然要大于先澆部分砼的后期收縮量,導(dǎo)致產(chǎn)生收縮差而裂縫。由于墻體薄,故裂縫貫通。
在先澆注的砼承臺上澆注橋臺墻身的砼收縮裂縫
•預(yù)制T梁由于鋼模拆除不及時,造成腹板豎向裂縫,圖為蘇嘉杭高速公路T 梁收縮裂縫。
鋼模板拆模引起T梁收縮裂縫
•老橋混凝土腹板的碳化收縮現(xiàn)象
如蘇式T梁腹板經(jīng)常發(fā)現(xiàn)棗核形裂縫,即二端細(xì),中間粗。裂縫下端細(xì)是由于下緣配筋量大,裂縫上端由于逐漸上伸到受壓區(qū)而消失。裂縫中間粗有二個原因:一是腹板水平鋼筋少;二是在原有裂縫基礎(chǔ)上,由于碳化收縮而使裂縫寬度增寬,圖為蘇式T梁裂縫狀況。
蘇式T梁裂縫
預(yù)制構(gòu)件拼裝濕接頭收縮裂縫的危害:
(1)拱片之間的橫系梁、橫隔板的濕接頭產(chǎn)生收縮裂縫后,大大減弱橋梁橫向整體性。
造成拱片頂部橋面順橋向裂縫。荷載橫向分布集中,降低承載能力。產(chǎn)生橫向搖擺。
(2)空心板梁鉸縫砼收縮產(chǎn)生縫隙后,當(dāng)橋面鋪裝鋼筋配筋率低時,易造成橋面沿梁長產(chǎn)生順橋向裂縫,降低橫橋向整體性,使荷載橫向分布集中,并由此降低橋梁承載能力。
3)空心板梁封頭板砂漿收縮裂縫引起滲水,使空腔內(nèi)聚積大量水,曾經(jīng)在一塊空心板梁的空腔底部鉆一孔, 出水量達(dá)0.6m3,對普通鋼筋砼空心板梁的受力裂縫在受荷時張開內(nèi)部水滲出,導(dǎo)致鋼筋銹蝕嚴(yán)重。
空心板梁封頭板砂漿收縮裂縫滲水
4)中層式拱吊桿上端封錨砼因收縮裂縫滲水,通過錨頭孔隙流水鋼束而銹蝕。
• 解決方法:
•1)采用補償收縮砼 •補償收縮砼是在普通砼中按規(guī)定比例摻加有效膨脹劑,如UEA用量為水泥用量的12~14%,可防止產(chǎn)生收縮裂縫。
•2)收縮裂縫,一般采用裂縫封閉方法解決 •
① 注入稀環(huán)氧樹脂膠
②鑿槽后采用無收縮水泥基專用修補砂漿修補
③裂縫較深者鑿槽后采用高強度免振無收縮砂漿修補
④涂抹滲透結(jié)晶型水泥基漿料,封閉裂縫。
由于混凝土剛澆筑、振搗,抹面壓光后,混凝土在自重作用下仍有繼續(xù)沉縮趨勢,此時受到鋼筋阻礙,或模板約束,就會產(chǎn)生裂縫。
混凝土沉落裂縫
a—鋼筋阻礙的沉落裂縫
b—模板阻礙的沉落裂縫
•原因:① 振搗不充分 ② 漏漿③ 跑模 ④ 模板剛度不夠 ⑤ 砼保護(hù)層太、 砼坍落度過大 ⑦ 空心板梁空腔氣囊漏氣
空心板澆筑砼初凝后因氣 囊漏氣而產(chǎn)生裂縫
這類裂縫一般為表層裂縫。
處理方法:沿裂縫鑿U型槽、采用專用修補、砂漿修補;這類裂縫較密時可整片鑿除混凝土保護(hù)層,采用免振自流平砂漿修補。
鋼筋銹蝕引起的裂縫
砼中鋼筋產(chǎn)生銹蝕后,由于銹皮會吸濕產(chǎn)生化學(xué)反應(yīng)而膨脹,其體積將增大2~4倍,從而脹裂砼保護(hù)層。
對于鋼筋銹蝕,首先要分析是先銹后裂,還是先裂后銹。
鋼筋銹蝕引起裂縫形態(tài)一般是順筋向的。對先銹后裂的混凝土構(gòu)件,實際上在鋼筋銹蝕早期,構(gòu)件內(nèi)部已有層離裂縫存在,但外部還尚未裂縫,此時可用小錘輕敲聽聲,有空殼聲表示內(nèi)部已有裂縫起殼,然后鑿開檢查。
鋼筋銹蝕引起順筋向裂縫
箍筋銹蝕裂縫,手摸裂縫邊緣有突出高差感覺。
箍筋銹蝕崩裂混凝土保護(hù)層
鋼筋銹蝕后,內(nèi)部混凝土產(chǎn)生層離狀態(tài)。
橋梁箱體腹板和頂板鋼筋大面積銹蝕而崩裂混凝土保護(hù)層。
腹板鋼筋銹蝕崩裂混凝土表面
箱內(nèi)頂板鋼筋銹蝕成片頂裂混凝土保護(hù)層
鋼筋銹蝕的危害:
1、 粘結(jié)力減弱,降低承載能力
2、 鋼筋截面減小,降低承載能力
3、 鋼筋銹蝕后易產(chǎn)生應(yīng)力集中,增加脆性
4、 預(yù)加應(yīng)力鋼筋銹蝕后,在高應(yīng)力作用下會加快銹蝕,即所謂應(yīng)力腐蝕現(xiàn)象。
維修加固方法:
1、 銹蝕鋼筋徹底除銹,補焊鋼筋,彌補鋼筋銹損,然后用砼包裹保護(hù)。
2、 銹蝕鋼筋,徹底除銹,砼補強,外粘貼鋼板或碳纖維布,補充鋼筋截面損失。
3、 保護(hù)層混凝土已全面碳化,不防銹,采取封閉砼毛細(xì)孔,隔離水及腐蝕性物質(zhì),防止鋼筋
4、 滲入阻銹劑,防止鋼筋銹蝕
骨料膨脹引起的裂縫
由于空心板梁頂部處于受壓區(qū),如受壓區(qū)碎裂到一定程度,則易導(dǎo)致空心板梁突然斷裂,為此必須予以重視。
承臺頂面混凝土有放射狀裂縫,和龜紋狀裂縫。
根據(jù)承臺裂縫二側(cè)有高差,多處呈放射形及龜紋裂縫的特征,可以判斷為粗骨料膨脹所引起,根據(jù)承臺裂縫分布形態(tài)確診含有這類膨脹性骨料是彌漫性的,通過局部打開層離裂縫部位,可見骨料表面附著一層白色粉汗水沫或白色漿狀物質(zhì),這是一種反應(yīng)物,正是這種反應(yīng)特的膨脹,是造成承臺嚴(yán)重裂縫的根本原因。
•骨料膨脹裂縫的辨別方法: 膨脹骨料在構(gòu)件淺層,一般呈網(wǎng)狀及放射形裂縫,裂縫交點處為膨脹骨料所在位置。
骨料膨脹剪錐體
當(dāng)膨脹骨料在鋼筋背后,則骨料膨脹后,會把鋼筋頂彎,此時有可能產(chǎn)生順鋼筋裂縫,但其長度不長,同時可能出現(xiàn)砼被沖剪破裂,其裂縫為周邊一圈。
砼沖剪錐體邊緣裂縫的二側(cè)有高差。若內(nèi)部膨脹骨料為彌漫性分布,其內(nèi)部有可能產(chǎn)生層理狀千層餅似的裂縫。
多顆膨脹源引起層離裂縫
與網(wǎng)狀收縮裂縫的區(qū)別有二點:一是收縮裂縫一般發(fā)生時間較早,多在施工后即發(fā)生,而骨料膨脹裂縫均在幾年之后發(fā)生;二是收縮裂縫二側(cè)無高差,而骨料膨脹裂縫二側(cè)有高差。
•處理方法 •
1、在施工前,應(yīng)該對骨料進(jìn)行檢驗,對水泥及添加劑的堿含量加以控制,做好防水隔離,這是最好的預(yù)防措施。
2、對于已建結(jié)構(gòu),必須發(fā)現(xiàn)一處應(yīng)及時進(jìn)行有效修補一處,同時作好混凝土毛細(xì)孔封閉工作,隔絕水分或潮氣浸入,以減緩病害發(fā)展速度。若發(fā)現(xiàn)病害已較嚴(yán)重維修加固已不經(jīng)濟(jì)時,則應(yīng)拆除重建。
•大體積混凝土水化熱引起的裂縫
•大體積混凝土澆筑過程中,由于水泥水化過程中會產(chǎn)生大量熱量,導(dǎo)致內(nèi)外溫差而裂縫,一般在澆筑過程中,應(yīng)采取措施控制內(nèi)外溫差而裂縫,一般在澆筑過程中,應(yīng)采取措施控制內(nèi)外差不超過25℃;但往往由于管理不善,保溫措施不力而裂縫。
•承臺混凝土西側(cè)面中部豎向裂縫
荷載裂縫
•正截面裂縫是指垂直于構(gòu)件軸線的截面在正彎矩或負(fù)彎矩作用下產(chǎn)生的裂縫,這類裂縫一般垂直于構(gòu)件軸線方向。
•在梁端的剪力作用下,當(dāng)主拉應(yīng)力超過混凝土抗拉強度,即為產(chǎn)生斜截面裂縫(圖34),對于箱梁,在扭矩作用下,也會產(chǎn)生斜截面裂縫。
在裝配組合式結(jié)構(gòu)中,往往由于結(jié)合面強度不足,并在結(jié)合面未予配筋而在結(jié)合面受剪較大處及結(jié)合面受拉較大處產(chǎn)生裂縫。這類裂縫必須引起重視,由于結(jié)合面裂縫后,會造成截面承載能力極度降低,在作荷載試驗時,一般應(yīng)該檢測截面整體性檢驗 。
預(yù)加應(yīng)力不足引起裂縫
預(yù)加應(yīng)力不足,會導(dǎo)致混凝土結(jié)構(gòu)提前出現(xiàn)裂縫,圖為由于對箱梁剪滯效應(yīng)估計不足,而導(dǎo)致預(yù)加應(yīng)力不足而產(chǎn)生正截面裂縫。
預(yù)應(yīng)力混凝土錨下應(yīng)力集中引起裂縫
看圖可知在錨具處作用局部的集中力后, 在錨具下一定范圍內(nèi)是處于橫向受壓狀態(tài),但過后即產(chǎn)生橫向受拉狀態(tài),當(dāng)其拉應(yīng)力大于當(dāng)時混凝土抗拉強度,即會沿預(yù)應(yīng)方向裂縫。
橋面縱向裂縫:
•橋面縱向裂縫主橋梁上部結(jié)構(gòu)橫向整體性差所致。
拼裝式T 梁,由于橫隔板拼縫處下緣焊接鋼板脫焊,導(dǎo)致橫向整體性差而使橋面產(chǎn)生錯動裂縫。
•空心板梁由于鉸縫構(gòu)造較小,施工時又不注意混凝土強度,在活載作用下極易剪裂,而造成橋面產(chǎn)生縱向裂縫。
槽形梁由于兩梁之間簡支板在活載下,產(chǎn)生撓曲變形而導(dǎo)致縱裂。
•支座變位引起的裂縫
連續(xù)梁因橋墩不均勻沉降引起的裂縫。
拱圈因拱腳變位引起的裂縫 。
裂縫調(diào)查方法:
•在裂縫邊約3~5mm處用粉筆或記號筆或毛筆勾畫線,以示醒目和照相記錄。
•沿裂縫劃三個小圈,第一個圈是裂縫寬度最寬處(如①);第二個圈是主鋼筋重心處裂縫寬度(②如);第三個圈是裂縫未處裂縫寬度(如③)。并予以注明分子――裂縫寬度以mm計;分母――時間(年、月、日)