裂縫形成的原因與修補(bǔ)

時間：2020-05-11作者：上海凱諾實業(yè)有限公司瀏覽：103

  高等級公路的養(yǎng)護(hù)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(qiáng)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(qiáng)度，導(dǎo)致混凝土發(fā)生裂縫?；炷猎跐沧⒊尚秃?，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(hù)的時候我們就要隨時觀察裂縫的動態(tài)，并及時進(jìn)行修補(bǔ)。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(bǔ)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?；炷猎谟不院?，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(qiáng)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(xì)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(dá)50～80℃，而混凝土的線膨脹系數(shù)約為10×10－6℃。試驗表面，在標(biāo)準(zhǔn)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(xì)孔中自由水減少。濕度降低，在外部養(yǎng)護(hù)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(xì)孔內(nèi)產(chǎn)生負(fù)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(qiáng)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(bǔ)材料特性

當(dāng)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(bǔ)措施的諸多因素。那就要采用修復(fù)補(bǔ)救措施來保持結(jié)構(gòu)的正常使用功能。混凝土修補(bǔ)為了達(dá)到耐久性目的，選擇修補(bǔ)材料是許多相關(guān)的措施之一，無論修補(bǔ)工作如何細(xì)心，修補(bǔ)材料的不恰當(dāng)使用都可能導(dǎo)致修補(bǔ)工作過早失效。與現(xiàn)澆混凝土結(jié)構(gòu)物相比，修補(bǔ)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(bǔ)工作復(fù)雜性的主要因素。當(dāng)相對薄的修補(bǔ)段由于修補(bǔ)材料干縮、自身體積變形和溫度變化時，修補(bǔ)材料也產(chǎn)生了收縮拉應(yīng)力。當(dāng)這些應(yīng)力**過修補(bǔ)材料的極限抗拉強(qiáng)度時，裂縫發(fā)生了。在大面積較厚的修補(bǔ)中，通過在修補(bǔ)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(bǔ)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(bǔ)是在老混凝土結(jié)構(gòu)上進(jìn)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(bǔ)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(dāng)以水泥為主的修補(bǔ)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(dāng)收縮引起的應(yīng)變**過修補(bǔ)材料的極限抗拉強(qiáng)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(bǔ)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(bǔ)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(bǔ)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(bǔ)材料所帶來的好處。因此，在提出耐久性修補(bǔ)時，無裂縫的混凝土修補(bǔ)應(yīng)該是主要的目標(biāo)。

3)抗壓強(qiáng)度。一般認(rèn)為修補(bǔ)材料的抗壓強(qiáng)度應(yīng)該與先澆混凝土基面的抗壓強(qiáng)度相同。通常，修補(bǔ)材料的抗壓強(qiáng)度**混凝土基面的抗壓強(qiáng)度，不一定就有多少好處。事實上，膠結(jié)材料的較高強(qiáng)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(qiáng)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(bǔ)中，修補(bǔ)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(hù)性的修補(bǔ)中，較高塑性變形也有其優(yōu)點(diǎn)。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(bǔ)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(bǔ)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(bǔ)材料所能承受的大應(yīng)變能力。達(dá)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(qiáng)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(dāng)大的影響。

4 結(jié)語

為達(dá)到耐久的修補(bǔ)效果，必須通盤考慮影響設(shè)計和選擇修補(bǔ)手段的諸多因素，這里只是略提修補(bǔ)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(jī)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(bǔ)救來達(dá)到保持結(jié)構(gòu)正常使用功能。


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