混凝土裂缝原因.pptx

分析裂缝成因的重要性n混凝土开裂“常发病”和“多发病”，经常困扰着桥梁工程技术人员；n因出现裂缝而影响工程质量甚至可能导致桥梁垮塌；n施工中采集必要措施，形成习惯性的技术思维。裂缝形成的力学原因n引起裂缝的荷载：常规静、动荷载及次应力荷载（温度、收缩徐变、支座沉陷等）;n裂缝类型：直接应力裂缝、次应力裂缝两种。裂缝产生的技术原因n设计计算阶段：计算模型不合理、安全系数不足。n施工阶段：施工荷载过大；施工顺序不合理；混凝土结构浇筑、构件制作、起模、运输、堆放、拼装及吊装过程不当、基础沉陷；混凝土施工工艺质量；钢筋锈蚀引起的裂缝。施工方案和施工工艺不当。n使用阶段：过大的使用荷载、基础沉陷、温度变化、收缩徐变。荷载类型与裂缝1n中心受拉：裂缝贯穿构件横截面，间距大体相等，且垂直于受力方向。n中心受压：沿构件出现平行于受力方向的短而密的平行裂缝。n受弯构件：弯矩最大截面附近从受拉区边沿开始出现与受拉方向垂直的裂缝，并逐渐向中和轴方向发展。n大偏心受压：大偏心受压和受拉区配筋较少的小偏心受压构件，类似于受弯构件。荷载类型与裂缝2n中心受拉：裂缝贯穿构件横截面，间距大体相等，且垂直于受力方向。n中心受压：沿构件出现平行于受力方向的短而密的平行裂缝。n受弯构件：弯矩最大截面附近从受拉区边沿开始出现与受拉方向垂直的裂缝，并逐渐向中和轴方向发展。n大偏心受压：大偏心受压和受拉区配筋较少的小偏心受压构件，类似于受弯构件。n小偏心受压：小偏心受压和受拉区配筋较多的大偏心受压构件，类似于中心受压构件。n受剪：沿梁端腹部出现大于45方向的斜裂缝；沿梁端中下部出现约45方向相互平行的斜裂缝。n受扭：构件一侧腹部先出现多条约45方向斜裂缝，并向相邻面以螺旋方向展开。n受冲切：沿柱头板内四侧发生约45方向斜面拉裂，形成冲切面。n局部受压：在局部受压区出现与压力方向大致平行的多条短裂缝。力学行为分析判断裂缝产生位置n关注最大弯矩处混凝土状态；n最大弯矩产生的截面应力超限必然产生裂缝。n通过合理的施工工序、支座约束、临时构造来改变结构的受力状态；外荷载引起的裂缝n自重荷载、设备荷载、预应力张拉荷载；n土压力、水压力等。温度变化引起裂缝n温度变化引起裂形成原因：温度变化、结构变形、变形遭到约束、产生温度次应力、应力超限产生温度裂缝。n温度类型：年温差、日照温差、骤然降温、水化热。年温差情况n年温差：引起纵向位移、合龙时考虑年温差、需要设置桥面伸缩缝、支座位移或设置柔性墩等构造；拱桥、刚架桥容易出现裂缝。日照情况n非线形分布、桥面板、主梁或桥墩侧面受太阳曝晒后，温度明显高于其它部位，温度梯度呈非线形分布。由于受到自身约束作用，导致局部拉应力较大，出现裂缝。日照和下述骤然降温是导致结构温度裂缝的最常见原因。水化热情况n主要针对大体积混凝土（厚度超过0.6米,400kg/m3）；n浇筑之后由于水泥水化放热，致使内部温度很高；n内外温差太大，致使表面出现裂缝，裂缝形状不规则。施工工艺质量引起的裂缝n混凝土保护层过厚；n乱踩已绑扎的上层钢筋，使承受负弯矩的受力筋保护层加厚，导致构件的有效高度减小，形成与受力钢筋垂直方向的裂缝。n混凝土振捣不密实、不均匀，出现蜂窝、麻面、空洞，导致钢筋锈蚀或其它荷载裂缝的起源；n混凝土浇筑过快，混凝土流动性较低，在硬化前因混凝土沉实不足，硬化后沉实过大，容易在浇筑数小时后发生裂缝，既塑性收缩裂缝。n混凝土搅拌、运输时间过长，使水分蒸发过多，引起混凝土塌落度过低，使得在混凝土体积上出现不规则的收缩裂缝。n混凝土初期养护时急剧干燥，使得混凝土与大气接触的表面上出现不规则的收缩裂缝。n用泵送混凝土施工时，为保证混凝土的流动性，增加水和水泥用量，或因其它原因加大了水灰比，导致混凝土凝结硬化时收缩量增加，使得混凝土体积上出现不规则裂缝。n浇注混凝土厚度尺寸不足；n混凝土分层或分段浇筑时，接头部位处理不好，易在新旧混凝土和施工缝之间出现裂缝。n混凝土分层浇筑时，后浇混凝土因停电、下雨等原因未能在前浇混凝土初凝前浇筑，引起层面之间的水平裂缝；n采用分段现浇时，先浇混凝土接触面凿毛、清洗不好，新旧混凝土之间粘结力小，或后浇混凝土养护不到位，导致混凝土收缩而引起裂缝。n混凝土早期受冻，使构件表面出现裂纹，或局部剥落，或脱模后出现空鼓现象。n施工时模板刚度不足，在浇筑混凝土时，由于侧向压力的作用使得模板变形，产生与模板变形一致的裂缝。n施工时拆模过早，混凝土强度不足，使得构件在自重或施工荷载作用下产生裂缝。n施工前对支架压实不足或支架刚度不足，浇筑混凝土后支架不均匀下沉，导致混凝土出现裂缝。n装配式结构，在构件运输、堆放时，支承垫木不在一条垂直线上，或悬臂过长，或运输过程中剧烈颠撞；n吊装时吊点位置不当，T梁等侧向刚度较小的构件，侧向无可靠的加固措施等，均可能产生裂缝。n安装顺序不正确，对产生的后果认识不足，导致产生裂缝。力学问题n施工质量控制差：任意套用混凝土配合比，水、砂石、水泥材料计量不准，结果造成混凝土强度不足和其他性能（和易性、密实度）下降，导致结构开裂。常见裂缝发生情况1n预制板、拱吊装运输；n桥梁凿槽、开洞、设置牛腿处裂缝；n锚固预应力处；n梁体截面的受拉侧；n新旧混凝土结合处；n地基基础的不均匀沉陷常见裂缝发生情况2n混凝土施工缝处；n未妥善养护的混凝土；n大体积混凝土，未妥善处理水化热问题。大体积混凝土水化热处理n大体积混凝土：厚度0.6m；400kg/m3水泥用量的混凝土块体；n混凝土热温度：水化热、环境温度；降低水化热的措施n措施：择水化热低的水泥品种；n限制水泥单位用量；n减少骨料入模温度；n降低内外温差，并缓慢降温；n采用循环冷却系统进行内部散热（预埋钢管、冷水710天，5cm薄钢管）；n采用薄层连续浇筑以加快散热收缩引起的裂缝n水泥品种、标号及用量：矿渣水泥、快硬水泥、低热水泥混凝土收缩性较高，普通水泥、火山灰水泥、矾土水泥混凝土收缩性较低。另外水泥标号越低、单位体积用量越大、磨细度越大，则混凝土收缩越大，且发生收缩时间越长。例如，为了提高混凝土的强度，施工时经常采用强行增加水泥用量的做法，结果收缩应力明显加大。n骨料品种：骨料中石英、石灰岩、白云岩、花岗岩、长石等吸水率较小、收缩性较低；而砂岩、板岩、角闪岩等吸水率较大、收缩性较高。另外骨料粒径大收缩小，含水量大收缩越大。n水灰比：用水量越大，水灰比越高，混凝土收缩越大。n外掺剂：外掺剂保水性越好，则混凝土收缩越小。n养护方法。良好的养护可加速混凝土的水化反应，获得较高的混凝土强度。养护时保持湿度越高、气温越低、养护时间越长，则混凝土收缩越小。蒸汽养护方式比自然养护方式混凝土收缩要小。n外界环境：大气中湿度小、空气干燥、温度高、风速大，则混凝土水分蒸发快，混凝土收缩越快。n振捣方式及时间：机械振捣方式比手工捣固方式混凝土收缩性要小。地基础变形引起的裂缝n次应力导致结构开裂；n基础不均匀沉降的原因有：地质勘察精度不够、试验资料不准；地基地质差异太大；结构荷载差异太大；结构基础类型差别大；分期建造的基础；地基冻胀；置于滑坡体、溶洞或活动断层等。n解决办法：合理施工方案钢筋锈蚀引起的裂缝n控制裂缝宽度；n合适的保护层厚度；n合适的水灰比；n加强振捣保证混凝土的密实性；n严格控制含氯盐的外加剂用量。箱梁桥裂缝原因分析n大跨径预应力混凝土连续梁桥的设计，大多是按照全预应力结构设计的，即在理论上要求结构不出现拉应力；n设计因素：n施工因素：混凝土浇筑与养生；施工顺序与施工精度；预应力钢束的保护层厚度达不到设计要求；支架与模板变形过大；预应力张拉力不足；灌浆不及时或其他质量问题等；n材料因素：混凝土的水泥及骨料品种、材料级配及计量误差等问题。混凝土箱梁桥混凝土开裂原因n材料强度不足；n施加预应力不当；n浇注养护工艺不合理，砼配合比、砼振捣质量、温度变化、保护层厚度、钢筋锈蚀等。n早期开裂的主要原因：混凝土浇注后硬化早期，混凝土内外温差较大，从而产生较大的温差应力以及混凝土的干缩则是箱梁。措施1n混凝土配合比设计：在满足设计标号的前提下尽量降低水泥用量，选用低热水泥，取较低的水灰比，严格控制砂石骨料的含砂量，掺入少量的缓凝剂和膨胀剂，掺加适量的粉煤灰；n 措施2n加强养护：混凝土浇注完毕，表面应予以覆盖、定时洒水养护。高强混凝土水灰比低、水化反应后，很少有多余水分，因此，若不及时养护，不但会因水化反应不足而影响混凝土强度的发展，其表面也会出现干缩裂缝。措施3n合理控制拆模时间：不仅要考虑拆模时混凝土强度和施工进度，还要考虑混凝土表面和内部温度以及箱梁内外温差,尤其是内外温差不要太大。措施4n控制混凝土的入模温度：入模温度是影响混凝土水化热温度的重要因素，因此尽量避免在高温天气下浇注，夏季施工时，浇注时间最好选在晚上10:00至凌晨5:00之间。另外，混凝土的拌和、运输和浇注过程应尽可能的衔接。某桥墩顶两侧腹板产生垂直裂缝分析n问题：某预应力砼箱梁桥：30米+40米+30米；顶板砼浇注5天后，顶板砼强度为46.5Mpa，是设计强度50Mpa的93%，发现9、10号墩墩顶两侧均有垂直于梁体的裂缝，裂缝呈上宽下窄形式，裂缝开始于翼板悬臂处（第一次浇注砼的终点），终于腹板高度的1/31/4处。原因分析n地基不均匀沉降n 砼浇注顺序结论n采用支架法现浇连续梁施工地基处理是重中之重。地基处理（南方软土地基）n换填法和周围挖排水沟用井点法降水使地基固结，减少后期下沉量；n支架安装后必须对支架和基础进行预压，消除支架非弹性变形。n浇注砼时必须遵循先浇注地基薄弱处和正弯矩最大处，使地基变形和支架变形在砼浇注初始即发生的原则。