對混凝土結構而言,其病害的最終形式是裂縫。雖然裂縫在規(guī)范里是作為正常使用狀態(tài)中耐久性來評價,但結構損壞乃致倒塌往往是從裂縫的擴展開始的,由安全狀態(tài)隨著時間的延伸而逐漸轉化為不安全狀態(tài)。

非荷載裂縫

混凝土收縮裂縫:當收縮受到約束而產生的拉應變大于當時砼的極限拉應變就會 產生與拉應力方向相垂直的裂縫。

構件表面收縮龜裂:這類收縮裂縫多數(shù)是混凝土構件表層由于養(yǎng)護不當,表層失水、干縮所造成。這類裂縫一般不深,多數(shù)深度不超過鋼筋保護層厚度。

墩臺混凝土的豎向收縮裂縫:在巖石基礎上澆筑的墩臺混凝土,混凝土墩身要收縮,巖石基礎不收縮,由此產生收縮差,巖石基礎阻止墩身砼收縮而在橫向產生拉應力,當該拉應力大于該時段的混凝土極限拉應變就會產生豎向裂縫,這類墩身、臺身的豎向裂縫為下寬上細,當臺身較厚,由于表層收縮大、內部收縮小,因此顯示表層裂縫寬些、內部裂縫細些,一般不貫通。在先澆筑好的砼承臺上再澆筑薄壁砼墻身(C30,水灰比達0.63,泵送砼)。由于第一次澆筑的砼齡期長些,其收縮已完成一部分,后期收縮要小一些,但后澆的薄壁墻身收縮顯然要大于先澆部分砼的后期收縮量,導致產生收縮差而裂縫。由于墻體薄,故裂縫貫通。

在先澆注的砼承臺上澆注橋臺墻身的砼收縮裂縫

•預制T梁由于鋼模拆除不及時,造成腹板豎向裂縫,圖為蘇嘉杭高速公路T 梁收縮裂縫。

鋼模板拆模引起T梁收縮裂縫 

•老橋混凝土腹板的碳化收縮現(xiàn)象

如蘇式T梁腹板經(jīng)常發(fā)現(xiàn)棗核形裂縫,即二端細,中間粗。裂縫下端細是由于下緣配筋量大,裂縫上端由于逐漸上伸到受壓區(qū)而消失。裂縫中間粗有二個原因:一是腹板水平鋼筋少;二是在原有裂縫基礎上,由于碳化收縮而使裂縫寬度增寬,圖為蘇式T梁裂縫狀況。

蘇式T梁裂縫

預制構件拼裝濕接頭收縮裂縫的危害:

(1)拱片之間的橫系梁、橫隔板的濕接頭產生收縮裂縫后,大大減弱橋梁橫向整體性。

造成拱片頂部橋面順橋向裂縫。荷載橫向分布集中,降低承載能力。產生橫向搖擺。

(2)空心板梁鉸縫砼收縮產生縫隙后,當橋面鋪裝鋼筋配筋率低時,易造成橋面沿梁長產生順橋向裂縫,降低橫橋向整體性,使荷載橫向分布集中,并由此降低橋梁承載能力。

3)空心板梁封頭板砂漿收縮裂縫引起滲水,使空腔內聚積大量水,曾經(jīng)在一塊空心板梁的空腔底部鉆一孔, 出水量達0.6m3,對普通鋼筋砼空心板梁的受力裂縫在受荷時張開內部水滲出,導致鋼筋銹蝕嚴重。

空心板梁封頭板砂漿收縮裂縫滲水

4)中層式拱吊桿上端封錨砼因收縮裂縫滲水,通過錨頭孔隙流水鋼束而銹蝕。

• 解決方法:

•1)采用補償收縮砼 •補償收縮砼是在普通砼中按規(guī)定比例摻加有效膨脹劑,如UEA用量為水泥用量的12~14%,可防止產生收縮裂縫。

•2)收縮裂縫,一般采用裂縫封閉方法解決 •

① 注入稀環(huán)氧樹脂膠 

②鑿槽后采用無收縮水泥基專用修補砂漿修補

③裂縫較深者鑿槽后采用高強度免振無收縮砂漿修補

④涂抹滲透結晶型水泥基漿料,封閉裂縫。

由于混凝土剛澆筑、振搗,抹面壓光后,混凝土在自重作用下仍有繼續(xù)沉縮趨勢,此時受到鋼筋阻礙,或模板約束,就會產生裂縫。

混凝土沉落裂縫

a—鋼筋阻礙的沉落裂縫

b—模板阻礙的沉落裂縫

•原因:① 振搗不充分  ②  漏漿③  跑模 ④  模板剛度不夠 ⑤  砼保護層太、  砼坍落度過大  ⑦  空心板梁空腔氣囊漏氣

空心板澆筑砼初凝后因氣 囊漏氣而產生裂縫

這類裂縫一般為表層裂縫。

處理方法:沿裂縫鑿U型槽、采用專用修補、砂漿修補;這類裂縫較密時可整片鑿除混凝土保護層,采用免振自流平砂漿修補。

鋼筋銹蝕引起的裂縫

砼中鋼筋產生銹蝕后,由于銹皮會吸濕產生化學反應而膨脹,其體積將增大2~4倍,從而脹裂砼保護層。

對于鋼筋銹蝕,首先要分析是先銹后裂,還是先裂后銹。

鋼筋銹蝕引起裂縫形態(tài)一般是順筋向的。對先銹后裂的混凝土構件,實際上在鋼筋銹蝕早期,構件內部已有層離裂縫存在,但外部還尚未裂縫,此時可用小錘輕敲聽聲,有空殼聲表示內部已有裂縫起殼,然后鑿開檢查。

鋼筋銹蝕引起順筋向裂縫 

箍筋銹蝕裂縫,手摸裂縫邊緣有突出高差感覺。

箍筋銹蝕崩裂混凝土保護層

鋼筋銹蝕后,內部混凝土產生層離狀態(tài)。

橋梁箱體腹板和頂板鋼筋大面積銹蝕而崩裂混凝土保護層。

腹板鋼筋銹蝕崩裂混凝土表面

箱內頂板鋼筋銹蝕成片頂裂混凝土保護層

鋼筋銹蝕的危害:

1、  粘結力減弱,降低承載能力

2、  鋼筋截面減小,降低承載能力

3、  鋼筋銹蝕后易產生應力集中,增加脆性

4、 預加應力鋼筋銹蝕后,在高應力作用下會加快銹蝕,即所謂應力腐蝕現(xiàn)象。

維修加固方法:

1、   銹蝕鋼筋徹底除銹,補焊鋼筋,彌補鋼筋銹損,然后用砼包裹保護。

2、   銹蝕鋼筋,徹底除銹,砼補強,外粘貼鋼板或碳纖維布,補充鋼筋截面損失。

3、   保護層混凝土已全面碳化,不防銹,采取封閉砼毛細孔,隔離水及腐蝕性物質,防止鋼筋      

4、  滲入阻銹劑,防止鋼筋銹蝕

骨料膨脹引起的裂縫

由于空心板梁頂部處于受壓區(qū),如受壓區(qū)碎裂到一定程度,則易導致空心板梁突然斷裂,為此必須予以重視。 

承臺頂面混凝土有放射狀裂縫,和龜紋狀裂縫。

根據(jù)承臺裂縫二側有高差,多處呈放射形及龜紋裂縫的特征,可以判斷為粗骨料膨脹所引起,根據(jù)承臺裂縫分布形態(tài)確診含有這類膨脹性骨料是彌漫性的,通過局部打開層離裂縫部位,可見骨料表面附著一層白色粉汗水沫或白色漿狀物質,這是一種反應物,正是這種反應特的膨脹,是造成承臺嚴重裂縫的根本原因。

•骨料膨脹裂縫的辨別方法: 膨脹骨料在構件淺層,一般呈網(wǎng)狀及放射形裂縫,裂縫交點處為膨脹骨料所在位置。

骨料膨脹剪錐體

當膨脹骨料在鋼筋背后,則骨料膨脹后,會把鋼筋頂彎,此時有可能產生順鋼筋裂縫,但其長度不長,同時可能出現(xiàn)砼被沖剪破裂,其裂縫為周邊一圈。

砼沖剪錐體邊緣裂縫的二側有高差。若內部膨脹骨料為彌漫性分布,其內部有可能產生層理狀千層餅似的裂縫。

多顆膨脹源引起層離裂縫

與網(wǎng)狀收縮裂縫的區(qū)別有二點:一是收縮裂縫一般發(fā)生時間較早,多在施工后即發(fā)生,而骨料膨脹裂縫均在幾年之后發(fā)生;二是收縮裂縫二側無高差,而骨料膨脹裂縫二側有高差。

•處理方法 •

1、在施工前,應該對骨料進行檢驗,對水泥及添加劑的堿含量加以控制,做好防水隔離,這是最好的預防措施。 

2、對于已建結構,必須發(fā)現(xiàn)一處應及時進行有效修補一處,同時作好混凝土毛細孔封閉工作,隔絕水分或潮氣浸入,以減緩病害發(fā)展速度。若發(fā)現(xiàn)病害已較嚴重維修加固已不經(jīng)濟時,則應拆除重建。

•大體積混凝土水化熱引起的裂縫

•大體積混凝土澆筑過程中,由于水泥水化過程中會產生大量熱量,導致內外溫差而裂縫,一般在澆筑過程中,應采取措施控制內外溫差而裂縫,一般在澆筑過程中,應采取措施控制內外差不超過25℃;但往往由于管理不善,保溫措施不力而裂縫。

•承臺混凝土西側面中部豎向裂縫

荷載裂縫

•正截面裂縫是指垂直于構件軸線的截面在正彎矩或負彎矩作用下產生的裂縫,這類裂縫一般垂直于構件軸線方向。

•在梁端的剪力作用下,當主拉應力超過混凝土抗拉強度,即為產生斜截面裂縫(圖34),對于箱梁,在扭矩作用下,也會產生斜截面裂縫。

在裝配組合式結構中,往往由于結合面強度不足,并在結合面未予配筋而在結合面受剪較大處及結合面受拉較大處產生裂縫。這類裂縫必須引起重視,由于結合面裂縫后,會造成截面承載能力極度降低,在作荷載試驗時,一般應該檢測截面整體性檢驗 。

預加應力不足引起裂縫

預加應力不足,會導致混凝土結構提前出現(xiàn)裂縫,圖為由于對箱梁剪滯效應估計不足,而導致預加應力不足而產生正截面裂縫。

預應力混凝土錨下應力集中引起裂縫

看圖可知在錨具處作用局部的集中力后,     在錨具下一定范圍內是處于橫向受壓狀態(tài),但過后即產生橫向受拉狀態(tài),當其拉應力大于當時混凝土抗拉強度,即會沿預應方向裂縫。

橋面縱向裂縫:

•橋面縱向裂縫主橋梁上部結構橫向整體性差所致。

拼裝式T 梁,由于橫隔板拼縫處下緣焊接鋼板脫焊,導致橫向整體性差而使橋面產生錯動裂縫。

•空心板梁由于鉸縫構造較小,施工時又不注意混凝土強度,在活載作用下極易剪裂,而造成橋面產生縱向裂縫。

槽形梁由于兩梁之間簡支板在活載下,產生撓曲變形而導致縱裂。

•支座變位引起的裂縫

連續(xù)梁因橋墩不均勻沉降引起的裂縫。

拱圈因拱腳變位引起的裂縫 。

裂縫調查方法:

•在裂縫邊約3~5mm處用粉筆或記號筆或毛筆勾畫線,以示醒目和照相記錄。

•沿裂縫劃三個小圈,第一個圈是裂縫寬度最寬處(如①);第二個圈是主鋼筋重心處裂縫寬度(②如);第三個圈是裂縫未處裂縫寬度(如③)。并予以注明分子――裂縫寬度以mm計;分母――時間(年、月、日)