抗震加固课件3

混凝土结构裂缝诊治技术概述一、概述1.裂缝的危害2.裂缝分类3.裂缝调查（外观、现场资料）4.裂缝原因分析5.裂缝控制与防治（开裂前）6.裂缝修补方法（开裂后）二、典型裂缝形态三、工程实例分析近年来，很多混凝土结构在建设阶段和使用过程中出现了不同程度、不同形式的裂缝。裂缝对混凝土建筑的危害主要表现在结构耐久性和正常使用功能的降低。裂缝的存在及超限会引起钢筋锈蚀，降低结构使用年限；裂缝对建筑正常使用功能的影响，主要是降低了结构的防水性能和气密性，影响建筑美观，给人们造成一种不安全的精神压力和心理负担。裂缝危害性大小与裂缝性状、结构使用功能要求、环境条件及结构抗腐蚀能力有关。1概述1.1裂缝的危害混凝土结构的裂缝按其形态可分为静止裂缝、活动裂缝、尚在发展的裂缝三类。1）静止裂缝：尺寸和数量均已稳定不再发展的裂缝。修补时，仅需依裂缝粗细选择修补材料和方法。2）活动裂缝：在现有环境和工作条件下始终不能保持稳定、易随着结构构件的受力、变形或环境温、湿度的变化而时张、时闭的裂缝。1概述1.2裂缝的分类修补时，应先消除其成因，并观察一段时间，确认已稳定后，再按静止裂缝的处理方法修补；若不能完全消除其成因，但可确认对结构、构件的安全性不构成危害时，可使用具有弹性和柔韧性的材料进行修补，并根据裂缝特点确定修补时机。3）尚在发展的裂缝：长度、宽度或数量尚在发展，但经历一段时间后将会终止的裂缝。对此类裂缝应待其停止发展后，再进行修补或加固。1概述1.2裂缝的分类裂缝外观调查是裂缝成因分析和危害性评定必不可少的基本条件，依据不同情况调查的主要工作有：裂缝的位置、裂缝走向、裂缝宽度、裂缝深度、裂缝长度、出现裂缝的时间及发展过程，裂缝是否已经稳定等。1概述1.3裂缝调查（外观调查）混凝土材料性能：水泥、砂、石、外加剂种类，材质单，是否存在水泥安定性问题，碱性骨料等。施工质量控制情况：混凝土表观质量、密实性、养护条件，钢筋布置位置及数量，支撑刚度及支撑质量情况等。设计计算与构造：重点检查结构方案，荷载取值，计算分析方法（包括温度收缩应力、结构差异沉降等），结构抗裂计算，配筋，以及构造措施等是否满足规范。使用环境与荷载：主要是结构在使用中的温度、湿度条件，以及实际荷载是否超标等。1概述1.3裂缝调查（现场资料调查）材料问题：水泥的安定性，碱骨料反应，混凝土的收缩等。施工问题：混凝土配合比或外加剂失误，振捣不足或过振，养护条件不够，过早拆模或受荷，模板变形，支撑下沉等。设计问题：结构计算失误，温度及收缩应力考虑不足，不均匀沉降考虑不足，冻胀等。环境问题：环境温、湿度条件变化，冻融，火灾，酸或盐的化学腐蚀，钢筋的锈胀等。1概述1.4裂缝成因分析水泥的安定性水泥的安定性即体积安定性，是指水泥在凝结硬化过程中体积变化的均匀性。如果水泥硬化后产生不均匀的体积变化，即为体积安定性不良，会使水泥制品或混凝土构件产生膨胀性裂缝，降低建筑物质量，甚至引起事故。引起水泥安定性不良的原因有很多，主要有：熟料中所含的游离氧化钙/游离氧化镁过多或掺入的石膏过多。熟料中所含的游离氧化钙或氧化镁都是过烧的，熟化很慢，在水泥硬化后才进行熟化，这是一个体积膨胀的化学反应，会引起不均匀的体积变化，使水泥石开裂。当石膏掺量过多时，在水泥硬化后，它还会继续与固态的水化铝酸钙反应生成高硫型水化硫铝酸钙，体积约增大1.5倍，也会引起水泥石开裂。1概述1.4裂缝成因分析碱骨料反应碱骨料反应是指混凝土中的碱性物质与骨料中的活性成分发生化学反应，引起混凝土内部自膨胀应力而开裂的现象。碱骨料反应开始是在30年代美国西部地区的堤坝、公路、桥梁等混凝土结构物发生异常膨胀，产生裂缝而发现的。进入70年代后，不断从欧洲、南非等地传来碱骨料反应引起的结构损伤报告，碱骨料反应作为个世界性的普遍问题被提了出来。1概述1.4裂缝成因分析碱骨料反应由于碱骨料反应一般是在混凝土成型后的若干年后逐渐发生，其结果造成混凝土耐久性下降，严重时还会使混凝土丧失使用价值，且由于反应是发生在整个混凝土中，因此，这种反应造成的破坏既难以预防，又难于阻止，更不易修补和挽救，故被称为混凝土的“癌症”。碱骨料反应发生需要具有三个条件：①混凝土的原材料水泥、混合材、外加剂和水中含碱量高；②骨料中有相当数量的活性成分（不定型二氧化硅、硅酸盐矿物、碳酸盐矿物）；③潮湿环境，有充分的水分或湿空气供应。1概述1.4裂缝成因分析混凝土的收缩混凝土收缩是指在混凝土凝结初期或硬化过程中出现的体积缩小现象。一般分为塑性收缩（又称沉缩），化学收缩（又称自生收缩），干燥收缩及碳化收缩等，较大的收缩会引起混凝土开裂。高强混凝土由于水灰比小，一般收缩较大。1）塑性收缩：混凝土浇筑4~15h左右，水泥水化反应激烈，出现泌水和水份急剧蒸发现象，引起失水收缩，是在混凝土初凝过程中发生的收缩，也称凝缩，此时骨料与胶合料之间也产生不均匀的沉缩变形，都发生在混凝土终凝之前，即塑性阶段，故称为塑性收缩。1概述1.4裂缝成因分析混凝土的收缩塑性收缩量级很大，可达1%左右，所以在浇筑大体积混凝土后4~15h内，在表面，特别是养护不良的部位出现龟裂，裂缝无规则，既宽（1~2mm）又密（间距50~100mm），属表面裂缝。由于沉缩的作用，这些裂缝往往沿钢筋分布。塑性收缩是可以避免，只要做好养护，保持混凝土表面湿润，防止混凝土表面失水，就能够防止发生塑性收缩。一旦出现，也可以采取二次压光和二次浇灌层加以平整。1概述1.4裂缝成因分析混凝土的收缩2）自生收缩：由水泥水化反应的化学减缩和内部干燥引起的体积收缩。水泥水化产物的总体积小于反应物（水泥+水）的总体积就是化学减缩，化学减缩的体积大部分成为水泥浆体的内部孔隙，少部分表现为混凝土外观体积收缩。如果混凝土水灰比（水胶比）比较小，水泥水化耗尽内部水分，原本充满水分的水泥浆体毛细孔变干燥，凸液面就变成凹液面，产生收缩力，也会导致混凝土体积收缩。混凝土含的水泥浆体积越大（骨料体积越小）、水灰比（水胶比）越小、水泥或胶凝材料细度越大，自生收缩会越大。1概述1.4裂缝成因分析混凝土的收缩3）干燥收缩：混凝土硬化后，长期处于干燥环境，内部水分迁移到表面蒸发损失，导致的体积收缩。混凝土的水灰比（水胶比）大，内部孔隙率大，会有更多水分并且水分更容易损失，干燥收缩就比较大。混凝土的水泥浆体体积大（骨料体积小），相应的干燥收缩也大。4）温降收缩：混凝土水化硬化过程，由于水化放热，温度升高，然后硬化混凝土在降温过程伴随的体积收缩（热胀冷缩）。对于大体积混凝土，由于温升大，温降也就大，导致体积收缩也大。1概述1.4裂缝成因分析混凝土的收缩5）碳化收缩：水泥混凝土由于碳化作用引起的收缩称为碳化收缩。大气中的CO2在有水分的条件下，与水泥的水化产物发生化学反应产生CaCO3和游离水等，引起水泥石的收缩。由于各种水化物的碱度、结晶水及含有的水分子数各不相同，它们碳化后的收缩值也不相同。碳化速度取决于混凝土结构的密实度、孔洞溶液pH值和混凝土的含水量，以及周围介质的相对湿度与二氧化碳的浓度。碳化速度随CO2浓度的增加而加快，尤其是水灰比大的混凝土更是如此。如果混凝土有足够的密实度，碳化就只限于表面层。而表面层的干燥速率也是最大的，干燥与碳化收缩的叠加受到内部混凝土的约束，会引起混凝土开裂。1概述1.4裂缝成因分析1）裂缝控制与防治应贯彻以预防为主方针，从材料质量控制和选用、结构裂缝控制设计、施工质量保证和建筑物正常使用管理维修等方面，综合采取措施。2）材料应选用体积稳定性好、收缩性小、极限变形能力强、抗裂性能高的建筑材料。3）设计应包括裂缝控制设计，加强结构整体性，基础选型应考虑结构的不均匀沉降，结构布置宜规则对称，避免突变，伸缩缝设置应满足相关标准要求，应考虑温度、收缩和不均匀沉降对结构内力和变形的影响，并在构造上采取相应的措施，砼强度不宜过高。1概述1.5裂缝控制与防治4）施工质量是裂缝控制的综合保证，应满足《建筑工程施工质量验收统一标准》及有关专业施工标准的要求。5）建筑在使用过程中，应控制使用荷载不超过设计规定，并注重经常性维修保养，建筑物功能改造应坚持“先检测鉴定、再设计、后施工”原则。1概述1.5裂缝控制与防治混凝土结构裂缝修补方法，主要有表面封闭法、注射法、压力注浆法和填充密封法，分别适用于不同情况。应根据裂缝成因、性状、宽度、深度、裂缝是否稳定、钢筋是否锈蚀以及修补目的的不同对症选用。与结构受力相关的裂缝还应采取有针对性的结构加固。1）表面封闭法：利用混凝土表层微细独立裂缝（裂缝宽度w≤0.2mm）或网状裂纹的毛细作用吸收低粘度且具有良好渗透性的修补胶液，封闭裂缝通道。对楼板和其他需要防渗的部位,尚可在混凝土表面粘贴纤维复合材料以增强封护作用。1概述1.6裂缝修补方法2)注射法：以一定的压力将低粘度、高强度的裂缝修补胶液注入裂缝腔内。此方法适合于0.1mm≤w≤1.5mm静止的独立裂缝、贯穿性裂缝以及蜂窝状局部缺陷的补强和封闭。注射前，应按产品说明书的规定，对裂缝周边进行密封。3)压力注浆法：在一定时间内，以较高压力（按产品使用说明书确定）将修补裂缝用的注浆料压入裂缝腔内。此法适用于处理大型结构贯穿性裂缝、大体积混凝土的蜂窝状严重缺陷以及深而蜿蜒的裂缝。4)填充密封法：在构件表面沿裂缝走向骑缝凿出槽深和槽宽分别不小于20mm和15mm的V型沟槽，然后用改性环氧树脂或弹性填缝材料充填，并粘贴纤维复合材附加约束。此法适用于处理w≥0.5mm的活动裂缝和静止裂缝。填充完毕后，表面应做防护层。1概述1.6裂缝修补方法典型裂缝形态一、概述二、典型裂缝形态1.受力裂缝2.震害裂缝3.地基变形引起的裂缝4.温度收缩裂缝5.锈胀裂缝6.反复冻融产生的裂缝7.沉缩裂缝8.其他三、工程实例分析受力裂缝又称荷载裂缝，是外荷载作用下产生的结构裂缝。这种裂缝规律性极强，一般通过计算分析可以得出确切的结论。图1典型的简支梁受力裂缝跨中为正截面受弯裂缝，垂直于梁轴线，裂缝宽度下大上小；端部为斜截面受剪裂缝，起始于支座，指向梁顶集中荷载。2典型裂缝形态2.1受力裂缝裂缝沿柱轴向分布，中间稍密。裂缝集中在最大弯矩部位，受拉面裂缝为水平走向，外大内小，垂直于柱轴线；临近极限状态，受压面混凝土有压碎现象。图2轴压柱受力缝图3大偏压柱受力缝图4牛腿受力缝受剪裂缝起始于集中荷载作用点，斜向牛腿外斜面与下柱面交汇点延伸；受弯裂缝起始于牛腿支承面与上柱面交汇点，斜向柱内延伸。2典型裂缝形态2.1受力裂缝图5框架结构现浇楼盖裂缝图6预应力板张拉裂缝图7阳角挑檐板受力裂缝图5，板面裂缝成环状，沿框架梁边分布；板底裂缝成十字或米字，集中于跨中。图6，裂缝分布于板面，垂直于长轴，由板面向下延伸；有的纵肋预应力筋端部还存在局压裂缝。图7，裂缝位于板面，起始于墙板交界，以角点为中心成米字形向外延伸。2典型裂缝形态2.1受力裂缝地震对建筑物的作用，分水平作用和竖向作用。一般建筑，只考虑水平地震作用。图8地震作用下砖墙产生的X裂缝图9地震作用下框架梁柱产生的X裂缝裂缝主要发生在窗间墙（或窗下墙），表现为斜向剪切破坏，双向，呈X型。裂缝主要发生在梁柱交界部位的柱端和梁端，亦呈X形。2典型裂缝形态2.2震害裂缝当建筑物地基沉降不均匀大到一定限度时，就会引起上部结构裂缝。造成地基沉降不均匀的因素很多，如地基土不均匀，局部存在软土、填土等；基底荷载差异过大；基础形式和埋深不同等。由于基础类型和埋深不同，在交界处墙面产生上大下小的竖向裂缝图10不同型式基础交界处墙面裂缝2典型裂缝形态2.3地基变形引起的裂缝图11局部软弱地基不均匀沉降产生的墙面裂缝图12差异沉降引起的裂缝由于房屋右端局部存在软弱土层，引起房屋右端墙体向右倾斜裂缝。因中间桥墩下沉大于两边桥墩，在梁柱交界部位产生弯剪裂缝。2典型裂缝形态2.3地基变形引起的裂缝温度收缩裂缝是建筑物最常见的一种裂缝，主要是由于结构温度变形及材料收缩变形受到约束，从而产生应力，当应力超过抗拉强度时，就会产生裂缝。宏观统计，温度裂缝多出现在建筑物