裂缝分析及防治

裂缝分析及防治1、施工过程导致裂缝的原因：裂缝分结构裂缝和非结构裂缝，这里所讲均为非结构裂缝。由于周围环境的相互作用，以及水与胶凝材料本身的反应会使混凝土自身产生体积变化，如果体积变化受到内部或外部的约束，拉应力就会在混凝土中出现，此时的拉应力如大于混凝土当时的抗拉能力即产生裂缝。①.塑性沉降：浇注过程中，处于塑性状态下的混凝土在重力的作用下进一步密实，此时混凝土粘附在模板或钢筋上，就会产生水平裂纹。这里不作重点讨论。②.塑性收缩：新浇混凝土表面暴露于空气中，风干或蒸发作用使水分脱离混凝土表面进入空气，水分从构件内部迁移到表面的速率低于表面水分损失。则表面会发生干燥，新浇混凝土的抗拉能力近乎于零，塑性收缩就容易出现。海工耐久混凝土拌和物细材料多，则泌水少，且水胶比低，就更容易产生这方面问题。另一方面，空气湿度、风速和温度也会影响蒸发速率。现场唯一可控制的就是蒸发——即养护。③.外部干燥：在混凝土浇注数月内，一般不会出现，它可以通过良好的配合比设计来解决。④.自身收缩：是内部干燥引起的，在水泥浆凝固和形成刚性骨架后，继续进行的水化反应消耗水，反应产物的体积小于反应物的总体积，导致孔隙中发生干燥，此时产生收缩力，导致拉应力裂纹，这一般在混凝土凝结一天内最为强烈。海工耐久混凝土由于低水胶比，反应会显著得多。防止收缩（干缩）裂缝的方法：a)采用最小的总水量；b)采用最小的水胶比；c)减少水泥浆含量；d)采用最大骨料尺寸和含量；e)养护可延缓但不能防止。⑤.热应力裂缝：此问题非常复杂，当温度升高或降低，混凝土发生膨胀或收缩，结构的体积变化受到约束，应力就会出现。它与水化热产生的结构内部温度峰值有很大关系特别，特别是弹性模量的变化等。总之，弄不好就会产生裂缝。施工时可以想办法减少约束。如在底模、侧模表面涂润滑剂；控制体内与体表温差或体表与环境温差，蒸养等。体内外温差超过15～20℃就会产生裂纹。对热应力裂缝，胶凝材料的水化引起体积变化可能导致裂缝。一般整个热应力裂缝深度范围内，裂缝宽度相同。防止热应力裂缝措施：a)减少总胶凝材料用量，降低总的水化热，不要超强；b)掺粉煤灰；c)磨细高炉矿渣掺量正确；d)控制热量损失速率--保温隔热。2、裂缝的产生的形态与时间。①.首先要分析裂缝是何时出现的：a）数小时内----塑性收缩；b）数日内---温度引起体积变化；c）数周内---收缩引起体积变化；如混凝土凝固前产生裂缝，则是塑性收缩或沉降，这里暂且叫Ⅰ类裂纹。如在次日或数日内（大体积）出现裂缝，则为热应力裂缝，这里暂且叫Ⅱ类裂纹。如在数周或数月后出现的裂缝，这是外部干缩引起的，这里暂且叫Ⅲ类裂纹。②.对Ⅰ类裂缝走向一般环绕骨料，且一般较密。裂缝受压时，裂缝两侧边缘不能良好的闭合，其出现侧边密度一般较大，对沉降裂缝拆模就会出现，它不贯穿，不会伸缩到边缘。③.对在硬化阶段形成的裂缝（Ⅱ类）会穿过骨料，以后会很好的闭合。④.干缩导致的裂缝（Ⅲ类），在水平的表面，方向是随机的；在倾斜的表面，裂缝趋于与斜面垂直。我们要建立良好的裂缝观测习惯。同时应对混凝土体内温度进行监测。高性能耐久混凝土容易产生塑性收缩，但训练有素的工人能控制好。等待凝固的时间，正是混凝土对塑性收缩裂缝最敏感的时间。因此需及时养护，塑性收缩裂缝还取决于混凝土泌水、气温、相对湿度、砼温度、风速等的因素，解决的措施就是养护。3、防止措施：(1).拌制混凝土时及配合比设计阶段。①.控制原材料配合比，高度重视配合比的工作，尽量避免早强、超强，配合比设计应遵循：试配阶段，应进行抗裂性能的对比试验。并从中优选抗裂性能良好的混凝土原材料和配比，还要进行混凝土弹模，不同龄期自由收缩和徐变试验。并控制混凝土绝对温升，即控制胶凝材料用量，或胶凝材料总的热量。并将温度峰值尽量往后推。还要时刻了解原材料的变化情况，特别是矿粉、粉煤灰、外加剂等的变化情况，如了解煤的来源情况等。②.严格执行配合比。以前施工时常有随便变化配合比，随意加水等各种不良习惯，应坚决杜绝。任何微小的变化均可能导致混凝土性能的改变，致使裂纹的产生。如上所述的任何一点变化也将引起混凝土的最后性能的变化，如早期强度、弹模、坍落度、工作性能、裂缝等各种不利情况发生。混凝土的拌合应严格按照有关规范执行，拌合时间要充足。③.下面几个温度应特别注意：a）控制混凝土的入模温度，不宜超过28℃，不应大于30℃。b）混凝土的表面接触物与混凝土的表面温差不大于15℃。c）大体积混凝土入模后30min的最大温升应小于30℃。d）混凝土的初始温度及出机温度应控制在5℃～28℃之间。（2）.混凝土灌注和养护阶段。①.控制好限度，收浆2～3次，第一次要及时，第二次要掌握好时间。如果混凝土表面不需光滑，使用工具用木抹子，并采用振动桥和收浆平台等专用工具。②.养护的一般措施有：a)对混凝土喷雾；b)建挡风设施；c)在抹面操作之前，用塑料薄膜覆盖混凝土；d)使用养护剂；e）一次完成抹面。高性能混凝土比普通混凝土的养护要多、要细、更要及时。总之，裂缝是可以避免的，防止HPC的裂缝需要：a)培训所有参与人员；b)加强质量控制；c)进行试验性浇筑；d)比普通混凝土养护要多、要细。南阳湖桥连续梁裂缝处置意见鉴于对裂缝状况和成因的判断，箱梁斜腹板斜向裂缝会随后期在这一区域主拉应力的变化而变化，箱梁翼板底部斜（横）向裂缝和箱梁顶板（近翼板）接缝处横向裂缝总体上趋于稳定。由于出现裂缝区域的较高拉应力出现在结构形成期间，随着施工的进行，该值将会减小；结构“外壳”构件的降温发生在冬季，目前温度较高，这个因素产生的拉应力也已经疏减。同时，当结构和斜拉索不断施工，结构轴力越来越大，梁体抵抗拉应力的能力也会增强。所以计算判断这里的裂缝可对结构的长期性能影响有限。另外，由于续建施工仍然可能还要经过一个降温工况，所以该区域修补后可能还会出现裂缝，建议加强观测。关于裂缝修补，原则同意交通运输部公路科学研究所2011年7月《南阳湖大桥主桥外观缺陷处治方案》如下修补方案。（1）箱内裂缝修补1）．裂缝宽度小于0.15mm，进行裂缝封闭处理。2）．裂缝宽度大于等于0.15mm小于0.5mm，对裂缝进行压力灌胶。3）．裂缝宽度大于等于0.5mm，对裂缝进行注胶封闭处理，然后粘贴碳纤维布。（2）箱外翼板及斜腹板斜裂缝对裂缝进行注胶封闭处理，然后垂直裂缝方向粘贴碳纤维布。对裂缝进行注胶封闭处理后粘贴碳纤维布的方案，建议先注胶，后在续建中加强观测，视其有无变化在决定粘贴碳纤维布的方案。（3）桥面节段间接缝处横向裂缝对裂缝进行开槽后灌注环氧树脂，然后对开槽部位采用结构胶修补。建议在后续桥面铺装混凝土中，适当加强铺装钢筋网，并做好桥面防水层。对于钢筋混凝土保护层厚度不足区域采用高强钢绞线网-聚合物砂浆外加层加固技术的方案，建议加固单位再与其它方案进行比选，以选择简单易行的方案。5.1.4.1裂缝封闭裂缝宽度＜0.15mm时采用裂缝封闭修复方案，工艺及注意事项如下：1）沿裂缝5cm宽度范围内，用机械方法对混凝土表面浮浆层进行打磨，打磨深度至新鲜混凝土表面，并打磨平整。2）用丙酮将打磨区域擦拭干净，对严重的油垢,用除垢剂或含有清洁剂的压力水清洗油垢。3）待清洗构件表面的水分干燥后，涂刷低粘度改性环氧底胶。4）待底胶干后使用裂缝封闭胶对已打磨裂缝区域进行封闭处理。5）调整修补区域色差至周围混凝土颜色。裂缝封闭胶材料性能表表5-1力学性能钢-钢粘接抗剪强度Mpa25℃2天≥15钢-钢粘接抗拉强度Mpa25℃2天≥18钢-混凝土抗剪强度25℃2天C30混凝土破坏钢-混凝土抗拉强度25℃2天C30混凝土破坏耐久性能人工老化抗剪强度2000h强度下降≤10%5.1.4.2裂缝灌胶裂缝宽度≥0.15mm时，采用压力灌胶封闭处理；当裂缝宽度≥0.5mm时，首先进行压力灌胶，然后在其表面沿垂直裂缝方向粘贴碳纤维布。具体施工方法：裂缝500mm宽度范围内，沿受力方向粘贴单层300g/m2A级碳纤维布。（具体施工工艺见5.5.4）（1）材料裂缝修补用胶（注射剂）的安全性能指标表5-2性能项目性能指标胶体性能抗拉强度（MPa）≥20抗拉弹性模量（MPa)≥1500抗压强度（MPa）≥50抗弯强度（MPa）≥30，且不得呈脆性破坏钢—钢拉伸抗剪强度标准值（Mpa）≥10不挥发物含量（固体含量）（%）≥99可灌注性在产品说明书规定的压力下，能注入宽度为0.1mm裂缝修补用聚合物水泥注浆料的安全性能指标表5-3性能项目性能指标浆体性能劈裂抗拉强度（MPa）≥5抗压强度（MPa）≥40抗折强度（MPa）≥10注浆料与混凝土的正拉黏结强度（MPa）≥2.5，且为混凝土破坏（2）工艺流程以一定的压力将低粘度、高强度的灌缝胶注入裂缝腔内。（3）操作要点①裂缝周边混凝土表面处理灌缝前应首先对裂缝周边混凝土进行处理，先用钢丝刷、角磨机清除表面的灰尘、浮渣、松散层；然后用空压机将裂缝中混凝土碎屑清除干净；再用棉纱浸丙酮将沿缝两侧5cm宽范围擦洗干净。②标注注浆嘴的位置根据裂缝的宽度及深度，每隔25cm布置一个注浆嘴，并用粉笔在裂缝表面做出标记。出浆嘴压浆嘴（宽度≥0.15mm）裂缝图5-1裂缝化学灌浆压、出浆嘴布置示意图③埋设注浆嘴将调和后的粘接胶涂抹在注浆底座下底面周圈。将注浆底座按标注位置顺缝粘贴在裂缝表面，并适当用力下压底座使底座粘接胶部分溢出，并包住注胶底座边缘。④封闭裂缝及检查a注浆底座之间的裂缝用封缝胶完全封闭。b封缝胶的涂抹宽度应为2～3cm，厚度2mm，注浆压力较大时，可加贴玻璃纤维布增强密封带胶缝的粘接强度，纤维布宽为80～100mm。c涂抹封缝胶至注浆底座处时，应检查底座是否粘接严密。若存在缝隙，应用封缝胶对其进行周圈封闭。d用压缩空气及肥皂水试验封闭效果。e为确保固化，封缝胶应至少养护12小时以上。⑤配置灌缝胶a根据裂缝状况估算在可使用时间内可以用完的灌缝胶。并按一个人进行灌注时，一次用量为500g—1000g进行浆液称量。b严格按照浆液的配合比进行配料。⑥注入灌缝胶图5-2布嘴压浆⑦养护灌缝完毕后，应养护一昼夜，等待浆液固化。根据季节及温度的不同，有时需要养护一昼夜以上。⑧结构表面清理a灌缝材料固化后，要进行表面清理。b残存的树脂可以用砂轮等工具进行清除。（4）注意事项①布嘴原则：每隔25cm布嘴一个，竖向裂缝要求从下向上依次压注；水平裂缝要求从一侧向另一侧依次压注；②化学灌浆粘结剂要求按照相关规范A级胶相关指标进行相关性能指标试验，要求粘结剂抗拉强度大于3MPa，要求采用成品粘接剂；③施工过程中，竖直裂缝按先下后上的灌浆顺序施工；④灌浆嘴应在浆液初凝后方可拔下(一般初凝时间为4小时）；⑤施工过程中若发现新的裂缝，应同时按照以上施工工艺进行修补。