混凝土裂纹分析

1、混凝土裂缝混凝土强度、耐用性及耐久性。混凝土结构会因裂缝形成出现问题。裂缝是无法避免的，但不是所有裂缝都有不良影响。裂缝宽度应限制在允许值内，否则裂缝要修补。裂缝原因新浇混凝土出现裂缝，主要是由水份损失造成混凝土外层体积减小。干燥由低空气湿度、风吹、曝晒，及不适宜的温度引起。当内部压力或外荷载引起的拉伸应力大于目前混凝土所能承受的强度时，新浇注硬化混凝土上就会出现裂缝。裂缝出现的主要原因、特征及关于裂缝出现的时间数据都在表1给出。在此化学原因（如，碱性反应）造成的裂缝没有提及，需研究相关文文献资料。事实上，裂缝形成主要由收缩引起，尤其是早期的收缩或水化热的蒸发。Table one序号 产生裂缝的原因 裂缝形成的特征 裂缝形成时间 裂缝可通过以下措施控制：1 新浇混凝土凝土 顶部钢筋的纵向裂缝：裂缝宽度有 可能有几毫米，最深可达厘米深浇注后最初几个小时，混凝土还处于塑性状态混凝土混合料（例如含水量） 、混凝土配制、固结2 早期的收缩（塑 性收缩）表面裂缝，尤其是平滑结构上的裂缝，无确定方向，宽度大于 1mm，深度很小见 1 防止混凝土湿度损失、风吹、曝晒及高温 及 1 中措施降低干燥度3

2、 水化热的蒸发 表面裂缝，裂缝分支，宽度大于 1mm 浇注后最初几天混凝土混合料，水泥混合和强度，如有可能，采取冷却措施（较大结构，养生，钢筋，接缝的选择）4 收缩（干燥收缩） 见第 3 排 浇注后几个星期或 一个月 混凝土混合物，钢筋，空气湿度、真空养 生、混凝土接缝的布置5 外部温度的影响弯曲裂缝和贯穿裂缝宽度：可能超过 1mm，也可能是表层裂纹当温度升高，在结构生命周期的时候钢筋混凝土构成，预加应力，或施工缝的布置6 支撑条件的变化 弯曲裂缝和贯穿裂缝宽度：可能超过 1mm， 当支撑条件改变的 时候 不变项，参加第 5 排7内部应力情况（例如无变形的可能）随起因而定由于某些情况导致混凝土内部张力改变合理选择钢筋的布置8 外部荷载（直接） 发裂，弯曲裂缝，贯穿裂缝和剪切 裂隙（对角裂缝 ） 进行的任何时候 见第 7 排9 霜冻 大部分沿着钢筋方向， 有霜冻的时候 防止水灌满孔洞10 钢筋锈蚀 沿钢筋生锈方向，在拐角或割缝处。 多年后 保护层的厚度和质量BetontemperaturTLngsspannungRiss24 小时18 Stunden12 小时1 hoursmax T2

3、Tage4天数7 Tage TT01T02 Tkrit加热 冷却图 1 加热和冷却过程中温度表 StadiumI II IIIIV VZeit tcompressive stresses 压应力拉伸应力Druck20ZugZeit tStundenmax T sZ,tT 图 2 指T 内部应力和温度的示意图 图 3：无形变情况下，新浇注混凝土温度与拉伸应力之间的关系 : 收缩收缩是指由于水分消失导致混凝土体积收缩。水分的消失从混凝土表层开始。混凝土表层收缩，但混凝土内部仍保持湿润，所以还未产生收缩。新混凝土中产生的裂缝叫做塑性收缩开裂，而由于混凝土成分整个块的水分消失导致的裂缝叫做干燥收缩裂缝。水化热的影响大体积混凝土结构中热量产生预水泥硬化过程中的水化热。由于大量的热量只能慢慢地传递到结构外部，结构物中心温度高于外壳温度，导致内部横向应力。不同的温度导致中心的压应力和周围的张应力。见图 1 和图 2表 2：不同裂缝的类型、形式及特点3本图被分为五个阶段：第一阶段（0 至 2 小时内）此为开始阶段，无温度变化。第二阶段（2 至 6 小时内）由于水化热，混凝土温度升高，但无明显拉伸应力

4、此阶段结束时所得到的温度称为首个零应力温度：T 01 第三阶段（6 小时至 9 小时内）混凝土温度升高，浇注混凝土的强度增强，综合应力加大，但此应力会慢慢缓和。第三阶段结束时得到最高温度 Tmax第四阶段（9 至 11 小时内）水化热散去，混凝土温度，及压缩应力逐渐下降。部分压缩应力会慢慢缓和。此阶段得到第二个零应力温度：T 02， 但此温度仍比 T01稍大。第五阶段（11 至 15 小时以内）继续冷却并增加将会慢慢减小的拉伸应力。混凝土达到拉伸强度（T cnt） ，张拉裂缝产生。在温度及收缩影响下，当拉伸应力达到混凝土的拉伸强度时，便会产生裂缝。早期及后期裂缝的形成见图表 4。2. 裂缝类型、形式/形态典型裂缝如表 2 所示表中对表面及贯通性裂缝进行了区分墙上（桥墩）裂缝如图 5 及图 6 所示。表面裂纹是由于墙体中心及表面温度及湿度的不同而导致的。一般深度为几厘米，几周后将会闭合。一般而言：当新浇筑混凝土中心和表面温差超过 20k 时将产生表面裂纹。墙体混凝土新浇筑在已硬化的基础混凝土上将产生贯通裂缝（图 6）贯通裂缝垂直于接触面并贯通整个墙体。序号 依成因划分的裂缝 形式 描述1

5、 表面裂纹（网状） 一般出现在扁平构件的顶面。可沿钢筋方向发展，也可无规则发展。深度一般较浅。2 收缩裂缝 该类裂缝多在钢筋不足处由于收缩，体积减小而生成。其可贯穿整个结构也可无规则发展（朝不同方向发展）3混凝土流变（取决于时间）性质不同而产生的裂缝沿钢筋的裂缝 该类裂缝产生于无侧模的顶部钢筋上方4 弯折裂缝 该类裂缝垂直弯曲钢筋。从底部发起，于中性轴处终止5 剪切裂缝 该类裂缝倾斜且靠近最大剪力处生成6 拉伸裂缝 贯穿整个结构，拉伸产生7其他原因产生的裂缝粘结裂缝 该类裂缝与钢筋平行并形成于钢筋锚固处附近图 4：由于内部应力及外部荷载导致新浇混凝土结构强度变化的发展趋势图 5：裂缝类型图 6：可见裂缝3. 裂缝的规避通过技术措施和施工措施能够避免裂缝和减少裂缝。如有需要，可以采取一些措施防止裂缝，如采取加筋的办法。大体积混凝土结构可采纳的技术手段见13。主要通过减少混凝土内的热量积聚和温度升高，减少水泥浆掺量并降低水灰比来达到目的。由于含水量增大和水化程度降低均会加剧混凝土收缩，其含水量应达到 170L/m3且应加强养护。5可采用的施工方法如下：避免基脚及墙体部分变化过大避免缺口应力

6、（凹槽及空腔部位）大体上，我们应对以下两类方法进行区分，即：通过施作一定间距的接缝控制裂缝的生成和通过加筋的办法减少裂缝宽度。裂缝形成的限制因素：接缝间距取决于新浇混凝土及外部环境的温度，取决于混凝土各成分的特性，如强度，弹性模量等。表 3：混凝土构件水平接缝标准间距混凝土构件 最大间距 (m)-高速公路路面-房顶 (暖)-房顶 (冷)4-7m4-6m10-15m表 4.及表 5 混凝土垂直接缝间距表 4：根据温差T 划分的竖向接缝标准间距温差 最大间距 (m)2020-3030-4040-5020-4010-206-104-6表 5：根据厚度划分的竖向接缝标准间距构件厚度 最大间距 (m)-3030-6060-100100-150150-20010-208-156-105-84-6不同结构墙角处接缝间距 a 范围：a6m无钢筋加固的工业板a方形板厚度的 30 倍方形板墙上接缝间距 a 范围：a9m（当墙厚度为 2.5d 时，其中 d0.3m 至 2.0m）a墙高度的 2.5 倍其他特殊结构的接缝间距可在9, 7和8中找到。接缝宽度减小：当其他方式不能起作用时，可以采取外加钢筋的方法来

7、限制接缝宽度。DIN1045-1,2001-02 中标明了不同外露等级可允许接缝大小，见表 6。 表 6：德国标准 DIN 1405-1 中对裂缝宽度的限制要求暴露种类 钢筋混凝土构件裂缝宽度 Wk (mm) XC1 0.4XC2,XC3,XC4 0.3XD1,XD2,XS1,XS2,XS3 0.3XD3 特殊要求注：对于特殊结构物，如桥梁，水箱，车库有更高的要求。4. 裂缝评估通常，裂缝的产生是由于设计出错（如接缝设计过大，设计设想不全面，不正确）以及施工错误（钢筋布置不正确或养护不当）造成的。一般情况下，裂缝的产生受多种因素的影响。现场应指派专人或该方面的专家对裂缝产生时，对结构的强度，功能及耐久性的影响进行评估。现场评估人员应找出产生裂缝的原因并提供修补方案。在由于荷载或压力产生裂缝的情况下，检查设计设想是否出错，该裂缝的产生是否在预料之中是非常重要的。同时要对其进行检验，查明该裂缝是属特例或属常见问题。如果是属常见问题，那么在已修补裂缝相邻处，裂缝仍有可能再次产生。如果促使裂缝产生的因素未消除，合适的解决裂缝问题的方法是采用可扩大的连接方式将裂缝边缘连接起来。只要裂缝未超过规定

8、的宽度极限值“w” ，且钢筋采取了防锈保护措施，那么其耐久性便不会削弱。耐久性受周围裂缝处混凝土保护层厚度及密度影响。为了解决这个问题，DIN1045 作出要求，要求明确表明，垂直于钢筋方向 0.4mm 大小的裂缝以及平行于钢筋方向 0.3mm 大小的裂缝均不会对钢筋混凝土的耐久性产生太大影响11.当然，如果该结构有特殊用途或其暴露于易腐蚀环境下，即使再小的裂缝也必须进行修补。 （见表 7）表 7. 不同环境下钢筋混凝土允许裂缝宽度（美国混凝土协会（ACI）224）外部环境 允许最大裂缝宽度干燥空气 0.40高湿环境，泥土中 0.30熔盐 0.18l 海水（水位有变化） 0.15水箱或储水池 0.10裂缝宽度的测量必须采用专用的测量仪器进行精确测量。允许误差为 0.05mm。采用放大镜并用灯光情况下可以达到更高的精度（精度最高可达 0.01mm） 。每一次测量都要详细做好记录：测量日期，时间，天气情况及混凝土温度，以保证能合适地对测量结果进行评估。在裂缝修补程序中，同样重要的是对裂缝宽度的变化w 进行评估。该变化值w 对填料的选择以及裂缝表面保护涂层的特性有重要影响。宽度变化可能会由于

9、交通荷载持续较短时间，由于白天晚上温度变化持续数天时间，或由于年气候变化持续很长时间。正如收缩引起裂缝长度的可逆变化，上述这些影响会累机。事实上不运动的裂缝是几乎没有的。裂缝运动可以通过石膏标记找到。宽度变化的精确值可通过专业设备测量出来。通过利用专业感受器，即使短距离的运动也能高精度（0.001mm）地被记录下来。由于湿度及污垢的影响，裂缝混凝土状况很难准确评估。为获得最准确的结果，建议进行清洁处理。为选择正确的填缝材料，要知道裂缝是干性的还是湿性的。但有例外情况，如早期收缩裂缝比较宽，为了解裂缝延伸情况，钻孔取芯很有必要。某些情况下，为保持裂缝岩心试样的几何完整性（不变化） ，用环氧树脂填充裂缝。早期混凝土裂缝的修补不是每道裂缝被认为是有损害或是有缺陷的。确定修补前，必须弄清楚修补是否有必要。可采取以下方法在现场修补小裂缝。早期混凝土裂缝要尽快用水泥浆修补（1L 水中加入增塑剂和 3kg 水泥） 。另外，可采取以下方法有针对性地进行修补：表面裂纹（网状）的修补可采取以下方式进行：首先，混凝土用磨料（如玻璃砂纸）或硬刷子将微粒物（如灰尘）清洁干净。用软扫帚将磨料扫除。将砂浆抹于裂缝表面（用现成的砂浆或用 32.5N 的水泥和丙烯酸树脂的混合物）除去多于的砂浆后，混凝土表明尤其是边缘部分应抛光打磨。为使混凝土光洁漂亮，修补的表面应涂上混凝土釉料。对于分离的裂缝，如裂缝已稳定（不再移动） ，可以采用以下方法：通过摩擦将裂缝增宽，移处松散部分，裂纹部分用钢刷刷。用平刷或加压空气将裂缝周围扫清。将水泥细砂浆（现成的混有粘合剂的砂浆或者 32.5N 或 32.5 R 水泥和丙烯酸树脂的混合物）压入裂缝，多于砂浆从混凝土表面移除。然后用水泥细砂浆涂抹混凝土最表面，最后用玻璃砂纸（或其它磨料）抛光。

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