裂縫形成的原因與修補

時間：2020-05-11作者：上海凱諾實業(yè)有限公司瀏覽：102

  高等級公路的養(yǎng)護在結(jié)構(gòu)工程中主要是隨時發(fā)現(xiàn)橋涵結(jié)構(gòu)物等在荷載作用下結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定狀態(tài)是否符合行車的安全要求，一般都是以混凝土結(jié)構(gòu)為主，混凝土是由水泥、骨料、中粗砂，外加劑和水配制的材料。硬結(jié)的混凝土是一種多元、多相、非勻質(zhì)的水泥基復(fù)合材料，具有較高的彈性模量，較低的抗拉強度，在受約束條件下只要發(fā)生少許收縮，產(chǎn)生的拉應(yīng)力往往會大于該齡期混凝土的抗拉強度，導(dǎo)致混凝土發(fā)生裂縫。混凝土在澆注成型后，骨料對漿體產(chǎn)生約束，使混凝土內(nèi)部從一開始產(chǎn)生微裂縫。這樣養(yǎng)護的時候我們就要隨時觀察裂縫的動態(tài)，并及時進行修補。本文就裂縫的種類和原因作簡單的分析開始探討混凝土修補技術(shù)。

2 由于混凝土本身材性所導(dǎo)致的裂縫主要有以下幾類：

1)干燥收縮裂縫。混凝土在硬化以后，內(nèi)部的游離水會由表及里逐漸蒸發(fā)失水，導(dǎo)致混凝土由表及里逐漸產(chǎn)生干燥收縮。在約束條件下，收縮變形量導(dǎo)致的收縮應(yīng)力大于混凝土的抗拉強度時，混凝土就會出現(xiàn)由表及里的干燥收縮裂縫。早期的干燥收縮裂縫比較細微，隨著時間推移，混凝土大蒸發(fā)量和干燥收縮量逐漸增大，裂縫逐漸明顯。一般混凝土90d干縮率為0.04～0.06％，這是混凝土結(jié)構(gòu)比較普遍地發(fā)生裂縫的主要原因。

2)溫差脹縮裂縫?；炷翝沧⒑?，水泥的水化熱使混凝土內(nèi)部溫度升高，一般每100kg水泥可以使混凝土溫度升高10℃左右。加人混凝土的入模溫度，在2～3d內(nèi)，內(nèi)部溫度可達50～80℃，而混凝土的線膨脹系數(shù)約為10×10－6℃。試驗表面，在標準環(huán)境下，混凝土表面溫度和環(huán)境溫差大于25℃時，即出現(xiàn)肉眼可見的溫差收縮裂縫。對于大體積混凝土，溫差脹縮裂縫的影響非常大。

3)水化收縮及自生干縮裂縫。水泥在水化反應(yīng)過程中，會產(chǎn)生水化收縮。硅酸鹽水泥的水化收縮量約為1％～2％。水化收縮在初凝前表現(xiàn)為漿體的宏觀體積收縮，初凝后則在已形成的水泥石骨架內(nèi)生成空隙。水泥在繼續(xù)水化過程不斷消耗水分導(dǎo)致毛細孔中自由水減少。濕度降低，在外部養(yǎng)護水供應(yīng)不充分的情況下，內(nèi)部產(chǎn)生自干燥現(xiàn)象。由于白干燥作用導(dǎo)致毛細孔內(nèi)產(chǎn)生負壓。引起混凝土自干燥收縮。由于一般混凝土的水膠比較高所以比較少發(fā)生自干燥收縮。但是對于高強商品砼水膠比可能小于0.35，自干燥收縮則不可忽略。

3 修補材料特性

當裂縫已經(jīng)發(fā)生存在，影響耐久性了，必須考慮影響設(shè)計和選擇修補措施的諸多因素。那就要采用修復(fù)補救措施來保持結(jié)構(gòu)的正常使用功能?；炷列扪a為了達到耐久性目的，選擇修補材料是許多相關(guān)的措施之一，無論修補工作如何細心，修補材料的不恰當使用都可能導(dǎo)致修補工作過早失效。與現(xiàn)澆混凝土結(jié)構(gòu)物相比，修補材料的約束收縮，即通過先澆混凝土基N I-的膠結(jié)材料產(chǎn)生的約束力是大大增加大多數(shù)修補工作復(fù)雜性的主要因素。當相對薄的修補段由于修補材料干縮、自身體積變形和溫度變化時，修補材料也產(chǎn)生了收縮拉應(yīng)力。當這些應(yīng)力**過修補材料的極限抗拉強度時，裂縫發(fā)生了。在大面積較厚的修補中，通過在修補的界面或收縮縫上涂抹防粘劑可使約束作用減到小。在討論耐久、無裂縫的修補材料時，應(yīng)該考慮下述的材料的一些性能。

1)收縮。由于大多數(shù)修補是在老混凝土結(jié)構(gòu)上進行的，如果有干縮的話，老混凝土結(jié)構(gòu)干縮也很小。因此，修補材料基本上也一定要無收縮或即使有收縮但沒有失去粘結(jié)性。無論任何原因，當以水泥為主的修補材料失去水分時，它會收縮。而且，這種收縮通常被先澆混凝土的基面膠合力所約束。當收縮引起的應(yīng)變**過修補材料的極限抗拉強度時便產(chǎn)生裂縫。

2)滲透性。滲透性即材料滲透液體或氣體的能力，在許多修補中是重要的材料性能。然而，不顧具體情況。規(guī)定采用低滲透性修補材料的趨勢應(yīng)該避免。同樣，注意到下列事實也是重要的，即在修補中的產(chǎn)生的一些貫穿裂縫將大大抵消使用很低滲透性修補材料所帶來的好處。因此，在提出耐久性修補時，無裂縫的混凝土修補應(yīng)該是主要的目標。

3)抗壓強度。一般認為修補材料的抗壓強度應(yīng)該與先澆混凝土基面的抗壓強度相同。通常，修補材料的抗壓強度**混凝土基面的抗壓強度，不一定就有多少好處。事實上，膠結(jié)材料的較高強度表明其含有過多的水泥，這有助于產(chǎn)生較高的水化熱并增加干縮。另外，與高抗壓強度相聯(lián)系的較高的彈性模量將降低塑性變形。

4)抗拉塑性變形。在混凝土結(jié)構(gòu)物修補中，修補材料的塑性變形應(yīng)該與混凝土基面塑性變形類似，然而在保護性的修補中，較高塑性變形也有其優(yōu)點。對于后者，通過抗拉塑性變形釋放的應(yīng)力減少了裂縫發(fā)生的可能性。彈性模量E就工程而言，結(jié)構(gòu)修補材料的彈性模量應(yīng)該與混凝土基面的彈性模量相同，使載荷能均勻地穿過修補的地方。

5)拉應(yīng)力。拉應(yīng)力是指在沒有形成一條連續(xù)的裂縫時修補材料所能承受的大應(yīng)變能力。達到極限應(yīng)力90％的拉應(yīng)變通常被定義為極限應(yīng)變。所有測量拉應(yīng)力(彎曲、直接拉伸和內(nèi)部約束)的常規(guī)方法中的應(yīng)變速率比在收縮過程中生產(chǎn)的應(yīng)變速率快很多。一旦**過大拉應(yīng)力或者極限應(yīng)變，混凝土就開裂。減少裂縫可以通過大限度地減小干縮引起的應(yīng)變和大限度地提高抗拉強度。在實踐中，可能很少選擇材料或修改配比。這樣對所有相關(guān)特性都有相當大的影響。

4 結(jié)語

為達到耐久的修補效果，必須通盤考慮影響設(shè)計和選擇修補手段的諸多因素，這里只是略提修補材料所要關(guān)注的一些特性。對混凝土使用中的裂縫及其耐久修復(fù)問題，我們要了解發(fā)生的機理，通過事前預(yù)防控制來減少混凝土的裂縫發(fā)生，同時通過有效的事后補救來達到保持結(jié)構(gòu)正常使用功能。


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