混凝土裂縫的種類及特征

      四十一、混凝土裂縫的種類及特征
      產(chǎn)生混凝土裂縫的原因是多方面的，橋梁結(jié)構及構件所發(fā)生的裂縫也是形態(tài)各異的（后面將專題說明），但就一些具體裂縫而言，總有主導原因，一些裂縫，具有其獨特特征。為便于分析、鑒別工程中發(fā)生的裂縫，我們可以根據(jù)裂縫產(chǎn)生的原因，將常見裂縫歸納為沉縮裂縫，干縮裂縫，化學作用裂縫，應力裂縫和施工因素裂縫六大類。混凝土硬結(jié)前，易產(chǎn)生的塑性沉降裂縫和塑性收縮裂縫?？山y(tǒng)稱為沉縮裂縫；混凝土硬結(jié)后。易產(chǎn)生塑性干縮裂縫（龜裂）和長期干縮裂縫，可統(tǒng)稱為干縮裂縫；還易產(chǎn)生溫度裂縫和化學作用裂縫；在混凝土硬結(jié)前后都可能產(chǎn)生的有應力裂縫和施工處理不當?shù)纫蛩氐牧芽p，可統(tǒng)稱為結(jié)構性的裂縫?；炷粮黝惲芽p的特征及出現(xiàn)時間見表2-5-6。
      四十二、混凝土裂縫的防治
     （一）沉縮裂縫
      1．現(xiàn)象：混凝土澆注后1～3h內(nèi)，隨泌水而沉降或隨混凝土甥性收縮產(chǎn)生的裂縫。沉降裂縫順梁、板上表面主筋的方向開裂，裂縫最深達鋼筋表面。塑性收縮裂縫在鋼筋以上產(chǎn)生不規(guī)則斜裂縫。
      2．危害：減小鋼筋的混凝土保護層厚度，加速了鋼筋的銹蝕。
      3．原因分析：鋼筋正上方與其周圍發(fā)生不同的收縮下沉產(chǎn)生沉降裂縫，隨混凝土原材料及配比不同，澆注高度及澆注速度不同而不同，澆注高越大，速度越快，沉陷越大；塑性收縮裂縫是混凝土由塑性變固體性化學反應所引起，水泥用量越大，水灰比越高，所產(chǎn)生的塑性收縮就越大。
      4．預防措施：
     （1）嚴格控制混凝土水灰比和加水量，不要采用過大的單方水泥用量。
     （2）摻人減水劑和適量粉煤灰，以便減少沉降量和塑性收縮。
     （3）在混凝土澆注1～2h后，對混凝土進行二次振搗，表面拍打、振密。箱梁及T梁應澆到翼板根部時停一段時間，待粱身混凝土泌水沉降完成后，再繼續(xù)澆注翼板這層混凝土。
      5．治理方法：出現(xiàn)沉縮裂縫立即抹平壓實。

     （二）塑性干燥及收縮裂縫（龜裂）
      1．現(xiàn)象：混凝土澆注后約4h，裂縫出現(xiàn)在結(jié)構或構件表面，形狀很不規(guī)則，長短不一?；ゲ贿B貫，俗稱為龜裂。
      2．危害：淺層龜裂影響混凝土面的美觀；深層龜裂減小鋼筋的混凝土保護層厚，使鋼筋易過早銹蝕。
      3．原因分析：
     （1）澆注后，混凝土表面沒覆蓋，水分蒸發(fā)快，體積急劇收縮，在干熱及大風季節(jié)極易產(chǎn)生。
     （2）水泥用量過大，砂粒徑太細。
     （3）混凝土水灰比過大，或模板沒濕潤。
      4．預防措施：
     （1）嚴格控制水灰比及水泥用量，選用較大砂率和級配良好石料。
     （2）避免混凝土自身與外界溫度相差過大，澆注后及時覆蓋，潮濕養(yǎng)護。
     （3）設置風擋；氣溫高，干燥或風速大的氣候下施工，及早噴水養(yǎng)護。
     （4）澆注前，將基層和模板充分澆水濕透。
      5．治理方法：
     （1）發(fā)現(xiàn)微細裂縫時，及時抹壓一遍，再覆蓋養(yǎng)護。
     （2）裂縫已形成時，現(xiàn)澆結(jié)構表面抹一層薄砂漿封閉裂縫。保護鋼筋：預制構件，可在裂縫表面，涂環(huán)氧膠泥或粘環(huán)氧玻璃布封閉處理。

     （三）長期干縮裂縫
      1．現(xiàn)象：表面性裂縫，寬度只有0.05～0.2mm，走向為縱橫交錯，沒有規(guī)律性。整體現(xiàn)澆結(jié)構中，多半發(fā)生在結(jié)構變截面處，平面裂縫多半延伸到變截面部位或塊體邊緣。預制構件多產(chǎn)生在箍筋位置。
      2．危害：較嚴重開裂時，影響混凝士面的外觀質(zhì)量，會引發(fā)混凝土面層剝落。
      3．原因分析：
     （1）混凝土成型后，養(yǎng)護不當，表面體積收縮大，受內(nèi)部混凝土約束出現(xiàn)拉應力引起裂縫。
     （2）采用含泥量大的細砂、粉砂澆注的混凝土。
     （3）過振，表面形成水泥含量較多的砂漿層。
      4．預防措施：
     （1）水泥用量、水灰比、砂率不能過大采用；盡量減少混凝土單位用水量。
     （2）板面混凝土在初凝后、終凝前，進行二次抹壓，減小收縮量。
     （3）摻用膨脹劑如鈣礬石系膨脹劑（UEA），摻用優(yōu)質(zhì)粉煤灰。
     （4）同第五節(jié)二、（二）“塑性干縮裂縫”預防措施（2）、（3），尤其注意早齡期（前4～7天）的合理養(yǎng)護。
      5．治理方法：同第五節(jié)（二）“塑性干縮裂縫”的防治方法。

     （四）溫度裂縫
      1．現(xiàn)象：
     （1）表面溫度裂縫走向無一定規(guī)律性：梁、板及長度尺寸較大結(jié)構，裂縫多平行于短邊；大面積結(jié)構裂縫?？v橫交錯。
     （2）溫度深層裂縫和貫穿裂縫，一般與短邊方向平行或接近平行，裂縫沿全長分段出現(xiàn)，中間較密；表面、深層、貫穿溫度裂縫的寬度大小不一，一般在0.5mm以下，裂縫寬度沿全長沒多大變化，但受溫度變化影響顯著，冬季較寬，夏季較細。
     （3）多發(fā)生在施工期間，沿斷面高度，裂縫大多呈上寬下窄狀，個別有下寬上窄情況，如遇上下邊緣配筋較多結(jié)構，也出現(xiàn)中間寬兩端窄的形狀。
      2．危害：表面溫度裂縫，因只在表層出現(xiàn)，所以僅影響混凝土的外觀質(zhì)量。嚴重時，產(chǎn)生表層剝落；深層和貫穿溫度裂縫。由于深度大，或成貫穿狀，將破壞結(jié)構的整體性，加速鋼筋銹蝕，降低混凝土的抗凍性及耐久性。
      3．原因分析：
     （1）表面溫度裂縫，多由于溫差較大引起。如大體積混凝土，因硬化中，水泥放出大量水化熱，造成其內(nèi)外溫差大；溫度產(chǎn)生非均勻降溫差時，如冬施中，過早除掉保溫層，或受寒潮襲擊，都導致混凝土表面急劇降溫收縮，表面受內(nèi)部混凝土的約束，將產(chǎn)生很大應力，使混凝土因早期強度低而產(chǎn)生裂縫。由于這種溫差僅在表面處較大，離開表面就很快減弱，因此裂縫只在表層出現(xiàn)，表層以下結(jié)構仍完整。
     （2）深層和貫穿溫度裂縫，多由于結(jié)構降溫差值較大，受外界的約束而引起。如現(xiàn)澆橋臺混凝土，擋墻混凝土或大體積剛性擴大基礎，澆注在堅硬地基或承臺上，未采取隔離等放松約束措施或收縮縫間距過大時，如果混凝土澆注時，溫度很高，加上水泥水化熱的溫升很大，使溫度更高，當混凝土冷卻收縮，全部或部分地受到地基或其他外部結(jié)構的約束。將會在混凝土內(nèi)部出現(xiàn)很大拉應力，產(chǎn)生降溫收縮裂縫。這類裂縫常在澆注后2～3個月或更長時間出現(xiàn)，裂縫較深，有時成貫穿狀。
     （3）預制構件采用蒸汽養(yǎng)護時，由于溫度降溫制度控制不好，降溫過快或構件急于出池。急速揭蓋，均使混凝土表面劇烈降溫，而受到胎模約束，導致構件表面出現(xiàn)裂縫。
      4．預防措施：預防溫度裂縫，可從控制溫度，改進設計和施工操作工藝，改善混凝土性能，減少約束條件等方面入手。一般措施為：
     （1）降低混凝土的澆注溫度。如采用降低骨料的溫度，或加冰水，或澆注安排在夜間最低溫度時，或采取有效措施減小混凝土的溫度回升，或用液態(tài)氮降低混凝土的溫度等。
     （2）降低水泥的水化熱的溫升。如選用低水化熱的水泥?；驕p少水泥的用量，或摻人優(yōu)質(zhì)粉煤灰。
     （3）加快澆注后混凝土的散熱，如使用鋼模板（結(jié)構較薄時），或分層澆注混凝土，每層厚度不大于30cm，以便于散熱。并使溫度分布均勻；或在大體積混凝土中，預埋或利用一些管，孔道如鋼索的套管，通過冷水或冷風來降溫。
     （4）降低欲澆注混凝土結(jié)構或構筑物的外部約束。如減小澆注體長度或厚度，分塊厚為1.5～2.0米，以減少約束作用，平面方向，每塊截面積不小于50m2，塊與塊問豎向接縫面，應與截面積短邊平行，垂直其長邊。跳塊澆注，上下鄰層混凝土間豎向接縫，應錯開位置做成企口，并按施工縫處理，以減少溫度收縮應力；或減小約束體體積；或改善交界面狀況，如頂進箱涵，底板與墊層間涂石蠟層，大體積橋臺混凝土與墊層間，澆瀝青膠。并鋪5mm厚砂等做法。來改善交界面的狀況。兩層混凝土澆注間隔時間不得長于15d。
     （5）加強澆注混凝士的表面保護。如澆注后，表面應及時用草簾、草袋、砂、鋸末等覆蓋，并灑水養(yǎng)護，或蓄水養(yǎng)護，夏天適當延長這一狀態(tài)養(yǎng)護；寒冷季節(jié)，采取保溫措施，保護混凝土表面，薄壁結(jié)構，要適當延長其拆模時間，使之緩慢降溫。拆模時，混凝土中心與表面溫差，不宜大于20C，以防急速降溫。
     （6）改善混凝土的性能。如盡量選用低熱或中熱水泥（如礦渣水泥、粉煤灰水泥），或選用合適骨料如石灰?guī)r骨料及其級配良好，以便降低水化熱。
     （7）蒸汽養(yǎng)護構件時，嚴格控制升溫速度不大于10～15 C／h，降溫不大于15 C／h，并應適當冷養(yǎng)后吊運構件出池，以避免過大溫度應力。
      5．治理方法：
     （1）對于一般結(jié)構的縫寬小于0.1mm裂縫，因可自行愈合，只采取封閉措施，即一般采用涂兩遍環(huán)氧膠泥，貼環(huán)氧玻璃布，以及噴水泥砂漿等進行裂縫表面封閉。
     （2）對于有防水要求的結(jié)構，縫寬大于0.1mm的深層及貫穿性裂縫，可根據(jù)裂縫的可灌程度采取灌漿方法進行裂縫修補。裂縫修補方法將在下面專題討論。
     （五）施工因素產(chǎn)生的裂縫
      1．現(xiàn)象：
     （1）U形橋臺，翼墻與前墻連接處開裂，裂縫由上向下延伸，（見圖2-5-4）；耳墻式橋臺，在耳墻與雉墻連接處出現(xiàn)豎向裂縫，裂縫由下向上延伸（見圖2-5-5）。
     （2）橋墩墩身水平裂縫橋墩的鋼筋混凝土墩身，尤其是高墩（約10～20米以上的墩），在橋墩墩身兩側(cè)面，出現(xiàn)水平狀的裂紋，如圖2-5-6所示。有時，水平裂紋可發(fā)展至四周貫通，當橋上活載通過時，可見裂縫有開、合現(xiàn)象。
     （3）由于支架、拱架、模板發(fā)生不均勻沉陷，在現(xiàn)澆混凝土上產(chǎn)生的裂縫，多屬于深層或貫穿的裂縫，裂縫延伸方向與沉陷情況有關。
     （4）連續(xù)梁混凝土澆注順序不當產(chǎn)生的裂縫。如三跨連續(xù)梁，在三日內(nèi)順序從中跨、左邊跨、右邊跨進行混凝土澆注，在最先澆注的中跨產(chǎn)生垂直主筋的橫向裂縫。
     （5）使用木模澆注的鋼筋混凝土構件，預制構件脫模出現(xiàn)縱向、斜向裂縫。
     （6）構件在堆放、運輸中產(chǎn)生的裂縫。
      2．危害：
     （1）橋臺、橋墩裂縫，破壞其整體性，危及橋跨結(jié)構的穩(wěn)定與安全。
     （2）結(jié)構及構件裂縫，輕者引起鋼筋過早銹蝕，重者將降低其承載能力，甚至報廢。
      3．原因分析：
     （1）耳墻式橋臺裂縫，是因為在混凝土初凝期內(nèi)，模板支撐發(fā)生下沉或晃動；或冬期施工中，耳墻間填筑非滲水性土壤，受凍發(fā)生凍脹產(chǎn)生耳墻與雉墻連接處豎裂；U形橋臺，多因橋臺翼墻間填土不實，含水量大，臺后排水不良等原因，造成填土土側(cè)壓力加大或受凍膨脹，推擠翼墻，產(chǎn)生裂縫。
     （2）橋墩，尤其高墩，由于澆注混凝土時，施工縫處理不好，該處混凝土抗拉強度低于設計要求，橋墩在活載作用下，邊緣產(chǎn)生超過設計的拉應力造成水平裂縫。
     （3）混凝土初凝后，模板變形，支撐下沉或晃動，就會在還未具有強度的混凝土中發(fā)生裂縫，造成構造缺陷。
     （4）連續(xù)梁混凝土，由于模板和支架因施工過程中重量分布的變化發(fā)生撓度變化，造成最先澆注的混凝土發(fā)生裂縫形成構造缺陷。
     （5）預制構件模板隔離劑失效，混凝土與模板粘連。起吊模板時構件受力不均或受扭，出現(xiàn)縱向斜向裂縫。
     （6）構件堆放、運輸時，支撐墊木不在一條豎直線上；或運輸時構件懸挑過長；或吊點位置不對；或構件側(cè)向剛度較差，吊裝時未采取臨時加固措施，造成混凝土開裂。
      4．預防措施：
     （1）要做好模板、支架、拱架各支撐處基礎和地基的處理，確保其不發(fā)生沉降、移位等變形。
     （2）耳墻式橋臺、U形橋臺。要控制其間填土的土質(zhì)、含水量及密實度，做好橋臺的防水及排水設施，防止填土過濕及受凍。
     （3）橋墩混凝土澆筑中，要按要求及技術規(guī)程，對不可避免的施工縫，要清除待繼續(xù)澆混凝土面的浮漿，用水沖洗后鋪水泥漿在待澆面上，然后繼續(xù)澆筑混凝土。在可能情況下，橋墩應一氣澆完，不留施工縫。
     （4）現(xiàn)澆混凝土支設模板要考慮避免混凝土偏壓。必須保證模板要充分牢固。支架要處理好基礎、支架壓縮變形和撓度，支架接頭和接觸面壓緊等因素，防止發(fā)生下沉、變形，要設置千斤頂和揣手楔來調(diào)整。
     （5）預先設計好澆注順序和分區(qū)，澆注時嚴格按順序進行，并在混凝土中摻入緩凝劑，調(diào)整硬化開始時間。為防止發(fā)生裂縫，可最先澆注會產(chǎn)生最大撓度位置的混凝土，最后澆注容易發(fā)生裂縫的中間支點處的混凝土。
     （6）預制構件模板應涂隔離劑并保持澆注前有效；構件起模前先用千斤均勻松動，然后再平穩(wěn)脫模。
     （7）構件堆放，按其受力特點設墊塊，重疊堆放，墊塊應在一條豎直線上，板、柱等正反相同的構件應做好標志，避免放反損壞；運輸中，應在構件間設墊木并互相綁牢，防止晃、撞、顫。
     （8）吊裝時，按規(guī)定設吊點，對側(cè)向剛度差的構件如預制預應力空心箱梁，要有橫向加固設施，并設牽引繩，防止吊裝中晃、撞。
      5．治理方法：
     （1）對結(jié)構承載力影響小的縱向裂縫，一般可用水泥砂漿或環(huán)氧膠泥進行修補。
     （2）裂縫較寬時，應先沿縫鑿成八字形凹槽，然后用水泥砂漿或環(huán)氧膠泥嵌補；裂縫較深時，可根據(jù)受力情況。采用灌化學漿液，包鋼絲網(wǎng)水泥等法處理。
     （3）由運輸、堆放、吊裝等原因引起較細的表面橫裂縫，可先將裂縫處清洗干凈，待干燥后用環(huán)氧膠泥涂刷或粘環(huán)氧玻璃布封閉；構件邊角縱向裂縫處松散混凝土應剔除，然后用水泥砂漿或豆石混凝土修補。
     （4）裂縫貫穿整個截面的構件報廢處理，不得使用。