ACI 224.1R-07混凝土裂缝的原因分析及修补

1、混凝土裂缝的原因分析及修补ACI 224.1R-07版权为美国混凝土协会，Farmington Hills, MI.所有。保留所有权利。没有ACI的书面许可，不得以任何打印、电子、胶片或其他发布和存储的方式复制或复印本材料的全部或部分。对ACI委员会的报告和标准负责的技术委员会努力避免本文件中出现歧义、遗漏和错误。尽管很努力，ACI文件的使用者偶尔会发现一些信息或要求有不止一种解释或不完整或不正确。使用者对ACI文件的完善有任何建议，请联系ACI。ACI委员会文件是供那些有能力评估其内容的重要性和局限性，能接受应用其包含材料的责任的使用者使用。以任何方式使用本文件的个人，应承担和接受应用和使用

2、本信息的所有风险和全部责任。本文件中的所有信息都为“如实”，没有任何形式（明示或暗示）的保证书，包括但不限于，用于特殊或非侵权目的的可销性和适用性暗示保证书。ACI及其成员不承担任何形式损坏的责任，包括因使用本文件而造成的任何特殊、间接、偶发或必然的损坏，包括没有限制，损失收入或损失利益。本文件的使用者有责任建立与其特定使用环境相适应的健康和安全规程。ACI不对关于健康和安全事宜以及本文件的使用做任何描述。使用者必须在应用该文件时确定所有规定限制的适用性，必须遵守所有使用法律和规定，包括但不限于，美国职业安全与健康管理局（OSHA）的健康与安全标准。订购信息：如需通过电子订购、或转载获得打印的

3、、下载的、CD-ROM形式的ACI文件，请联系ACI。大多数ACI标准和委员会报告都收集在每年修订一次的ACI混凝土规程手册（MCP）中。美国混凝土协会摘要：本文件总结了混凝土结构裂缝的原因。陈述了评估混凝土裂缝所用的程序以及修补混凝土裂缝所用的主要技术。讨论了裂缝修补的主要方法，并提供了正确应用这些方法的指导。关键词：碱硅反应，碱金属碳酸盐反应，自动强化，混凝土，凝固，腐蚀，裂缝（龟裂），干收缩，环氧树脂，评估，灌浆，水化热，大体积混凝土，异丁烯酸盐，配合比，覆盖，塑性，聚合物，预制混凝土，预应力混凝土，钢筋混凝土，修补，树脂，沉降收缩，收缩，地面板，规格，热膨胀，体积变化。目录 TOC o

4、 1-2 h z u HYPERLINK l _Toc359250078 前言 PAGEREF _Toc359250078 h 4 HYPERLINK l _Toc359250079 第一章裂缝原因和控制 PAGEREF _Toc359250079 h 4 HYPERLINK l _Toc359250080 1.1 介绍 PAGEREF _Toc359250080 h 4 HYPERLINK l _Toc359250081 1.2 塑性混凝土裂缝 PAGEREF _Toc359250081 h 5 HYPERLINK l _Toc359250082 1.3 硬化混凝土裂缝 PAGEREF _T

5、oc359250082 h 6 HYPERLINK l _Toc359250083 第二章开裂评估 PAGEREF _Toc359250083 h 21 HYPERLINK l _Toc359250084 2.1引言 PAGEREF _Toc359250084 h 21 HYPERLINK l _Toc359250085 2.2混凝土开裂位置和程度的确定 PAGEREF _Toc359250085 h 22 HYPERLINK l _Toc359250086 2.3修补程序的选择 PAGEREF _Toc359250086 h 30 HYPERLINK l _Toc359250087 第三章裂

6、缝修补的方法 PAGEREF _Toc359250087 h 31 HYPERLINK l _Toc359250088 3.1引言 PAGEREF _Toc359250088 h 31 HYPERLINK l _Toc359250089 3.2环氧注射 PAGEREF _Toc359250089 h 32 HYPERLINK l _Toc359250090 3.3切槽和密封 PAGEREF _Toc359250090 h 35 HYPERLINK l _Toc359250091 3.4近表面补强和钉住 PAGEREF _Toc359250091 h 37 HYPERLINK l _Toc359

7、250092 3.5附加钢筋 PAGEREF _Toc359250092 h 38 HYPERLINK l _Toc359250093 3.6钻孔和封堵 PAGEREF _Toc359250093 h 40 HYPERLINK l _Toc359250094 3.7重力加料 PAGEREF _Toc359250094 h 41 HYPERLINK l _Toc359250095 3.8灌浆 PAGEREF _Toc359250095 h 41 HYPERLINK l _Toc359250096 3.9干式充填 PAGEREF _Toc359250096 h 42 HYPERLINK l _To

8、c359250097 3.10止裂 PAGEREF _Toc359250097 h 43 HYPERLINK l _Toc359250098 3.11聚合物浸渗 PAGEREF _Toc359250098 h 44 HYPERLINK l _Toc359250099 3.12覆层和表面处理 PAGEREF _Toc359250099 h 45 HYPERLINK l _Toc359250100 3.13自然修复 PAGEREF _Toc359250100 h 45 HYPERLINK l _Toc359250101 第4章参考文件 PAGEREF _Toc359250101 h 46ACI委员

9、会的报告、指南、标准规程和评注是用于指导计划、设计、执行和检查施工。本文件是供那些有能力评估其内容和建议的重要性和局限性，能接受应用其包含材料的责任的使用者使用。美国混凝土协会对所表述的准则不承担任何责任。对于从中造成的任何损失或损坏，协会不承担任何法律责任。本文件的参考资料不能作为合同文件。如果建筑师/设计师想用本文件中的某条作为合同文件的一部分，建筑师/设计师需使用规定的语言将其重述以编入合同。前言混凝土裂缝有多种原因。裂缝可能仅影响外观，或可能表明结构损伤或耐久性不足。裂缝可反映出损坏的总体程度，或表明更重要的问题。其重要性取决于结构的类型，以及裂缝的特性。例如，房屋中允许的裂缝可能不允

10、许出现在挡水结构中。好的裂缝修补技术取决于了解其原因并根据原因选择合适的修补程序。否则，修补只能是临时性的。成功的长期修补程序必须说明裂缝原因以及裂缝本身。本报告可作为裂缝分析以及混凝土结构修补过程中的工具。混凝土裂缝的原因可根据裂缝控制所用的主要程序总结出来。塑性混凝土和硬化混凝土都要考虑。讨论设计、详图、施工程序、混凝土配合比和材料性能的重要性。描述了裂缝分析的技术和方法学。强调确定裂缝原因是修补的必需先决条件。选择成功的修补技术应考虑裂缝原因，裂缝是活动的还是休眠的，以及修补的必要。裂缝修补程序的选择标准取决于预期的结果。陈述了十二种裂缝修补方法，包括各种方法的技术、优缺点以及应用范围。

11、第一章裂缝原因和控制1.1 介绍本章节简要总结了裂缝原因及控制方法。按照产生于塑性混凝土或硬化混凝土中对裂缝进行分类（Kelly 1981; Price 1982）。除此处提供的信息外，ACI 224R和Carlsonet al. (1979), Kelly (1981), Price(1982), 以及Abdun-Nur (1983)的条款中陈述了更多详细信息。本章引用了额外的参考资料。1.2 塑性混凝土裂缝1.2.1 塑性收缩裂缝当新浇筑混凝土表面水分蒸发比其泌水快时，混凝土表面产生收缩。由于干燥表层下的混凝土的制约，脆弱的、正在变硬的混凝土中产生张拉应力。这会导致深浅不一的裂缝，这些裂缝

12、形状不一，呈多边形，或基本互相平行（图1.1）。表面的这些裂缝可能会相当宽（约1/8英寸3mm）。其长度范围从几英寸到数英尺不等，相隔几英寸（毫米）到多达10英尺（3米）。塑性收缩裂缝从浅缝开始，但以后会变深。图1.1典型混凝土收缩裂缝（Price 1982）塑性收缩裂缝通常与由于综合因素（包括较高的气温和混凝土温度，较低的相对湿度，以及混凝土表面风速较高）导致的水分快速损失有关。泌水量小的混凝土，例如含有矿物添加剂（特别是硅粉）的混凝土比泌水量大的混凝土更能承受收缩裂缝。因为塑性裂缝是由于塑性混凝土中不同体积变化造成的，成功的控制措施要求 降低表面和混凝土其他成分之间的相对体积变化。可采取措

13、施防止因高温天气或干燥风造成的水分快速损失（ACI 224R, 302.1R, 205R）。这些措施包括在饰面操作之间使用喷雾嘴湿润表面空气和使用塑料薄片覆盖表面。用防风设备降低风速和用遮光物降低表面温度也是有帮助的。最好在安装防风设备之后安排平面混凝土施工。在炎热有风且湿度较低的天气下，建议重新安排混凝土浇筑时间或在夜间开始混凝土浇筑。1.2.2 沉降裂缝混凝土在初次浇筑、振捣和饰面后有继续凝固的趋势。在这期间，塑性混凝土可能局部受到钢筋、前一次混凝土浇筑或模板的约束。该局部约束会在邻近约束物件出造成孔隙，裂缝，抑或二者皆有（图1.2）。当与钢筋有关时，沉降裂缝会随着钢筋尺寸的增大、坍落度的

14、增大以及遮盖的减少（Dakhil et al. 1975）而增大。图1.3中显示了这些变化的限制范围。沉降裂缝的程度会因振捣不足或使用了渗漏或高弹性的模板而加剧。Suprenant和Malisch (1999)证实添加纤维能减少沉降裂缝的形成。以下几项能减少沉降裂缝：按照ACI 347进行模板设计混凝土振捣（和重新振捣）（ACI 309R）柱混凝土或深梁混凝土浇筑与板和梁混凝土浇筑之间有一定时间间隔（ACI 309.2R）使用最低的可能坍落度增加混凝土覆盖添加纤维1.3 硬化混凝土裂缝1.3.1 干燥收缩混凝土裂缝的常见原因是干燥收缩。干燥收缩是因水泥浆成分水分损失而造成的，其会收缩多达1%。

15、幸好骨料颗粒作为内部制约将该体积变化数值降低至0.06%。另一方面，当混凝土被浸湿时有膨胀的趋（体积增加与观测到的因收缩造成的数值顺序相同）。这些水分诱因的体积变化是混凝土的特点。如果混凝土收缩的产生不受任何约束，混凝土将不会产生裂缝。是收缩和约束（来自结构的其他部分，地基，或因潮湿的混凝土内）的共同作用造成了张拉应力的产生。当超过材料的抗拉强度时，混凝土产生裂缝。应力远小于造成裂缝发生所需应力时，裂缝将会增加（ACI 446.1R）。在大体积混凝土中，张拉应力是由混凝土表面和内部的不同收缩造成的。表面较高的收缩造成裂缝可能向混凝土深处延伸。因体积变化造成的张拉应力数值受许多因素的共同影响，包

16、括收缩的数量和比率，约束程度，弹性模量，蠕变量。干燥收缩量主要受骨料以及混合物中水泥浆（水泥和水）成分的类型与数量的影响。随着骨料数量增加，收缩随之减少（Pickett 1956）。骨料越坚硬，其减少混凝土收缩越有效。即，含砂岩的混凝土将比含花岗岩、玄武岩或优质石灰岩的混凝土的收缩大两倍多。（Carlson 1938）。水和水泥含量越高，干燥收缩量越大（美国垦务局1975; Schmitt and Darwin1999; Darwin et al. 2004）。墙和板的表面龟裂（鳄鱼皮状裂纹）是少量干燥收缩的例子。龟裂通常在混凝土表层水分含量比内部高时发生。会造成一系列浅的、密布的、细小裂缝。

17、能帮助减少沉降裂缝以及墙体干燥裂缝的步骤是，如果墙体从下往上浇筑的，降低混凝土水分含量（美国垦务局1975；ACI 304R）。使用此步骤，墙体低处的泌水会使墙体内水分含量相等。次步骤若要成功，需谨慎控制混凝土和恰当的凝固。图1.2因阻碍沉降形成的裂缝覆盖钢筋尺寸坍落度钢筋尺寸： No.4 No.5 No.6 (No.13) (No.16) (No.19)坍落度： 2英寸 3英寸 4英寸 (51mm) (76mm) (102mm)图1.3因钢筋尺寸、坍落度和覆盖作用造成的沉降裂缝（Dakhil et al.1975）收缩裂缝可以使用收缩缝和恰当的细化补强来控制。使用补偿收缩水泥或补偿收缩水泥混

18、合物可以减少甚至消除收缩裂缝。减少或消除子板限制同样可以减少地面板的收缩裂缝（Wimsatt et al. 1987）。即使在裂缝控制非常重要的地方，ACI 318中的最低要求是不够的。在ACI 224R中详细论述了这些点，描述了设计为帮助控制发生干燥裂缝的额外施工规程，在ACI 224.3R中，描述了混凝土施工中接缝的使用和作用。自体收缩“是干燥收缩的特例”（Mindess et al.2003）是由水-水泥基材料比（w/cm）在0.42以下的混凝土自动干燥（内部干燥）引起的，通常w/cm在0.30以下时观测到。因此，这个问题通常和高强度混凝土有关。自体收缩通常不是伴随整体混凝土的水分损失而

19、发生。当内部孔隙内部的相对湿度低至75-80%时，发生自身干燥，这会导致大面积收缩。典型的自动收缩张拉力大约为40至10010-6（Davis 1940），但在w/cm为0.20（AI 2000）的混凝土中，其测量值高达230010-6。Houk et al. (1969)发现自动收缩随着温度、水泥含量和水泥精细度的增加而增大。1.3.2 热应力混凝土结构中的温度差可能是由于结构的不同部分的水合热损失率不同造成的，或者由于天气条件使结构中某一部分升温或降温幅度与其他部分不同或与结构其他部分的升温或降温率不同造成的。温度差会导致不同的体积变化。当因不同体积变化造成的张拉应力超过抗拉强度，混凝土将

20、会产生裂缝。因水泥的水合热损失造成的温度差和与之伴随的体积变化通常与大体积混凝土有关（可包括大柱子、平台、梁、基脚和大坝），然而因环境温度的变化导致的温度差会影响任何结构。大体积混凝土的裂缝可能是由于内部温度高于外部造成的。温度梯度可能是由于混凝土中心升温比外部快（因水泥水合热期间的热释放）或内部降温比外部快。两种情况都会造外部张拉应力，且如果超过抗拉强度，就会产生裂缝。张拉应力与温度差、热膨胀系数、有效弹性模量（被塑性变形减少）以及约束程度成比例（Dusinberre 1945; Hoighton 1972, 1976）。结构越大，潜在温度差和约束越大。能帮助减少热诱因裂缝的步骤包括降低最大

21、内部温度、延迟降温开始时间、控制混凝土降温率、增加混凝土抗拉强度。在ACI 207.1R、207.2R、207.4R、224R中陈述了这些用于减少大体积混凝土裂缝的方法。硬化混凝土的热膨胀系数可能从3到7 106/F (6 to 13 106/C)之间变化，典型值为5.5 106/F (10 106/C)。当结构的一部分经历包括温度在内的体积变化，就存在潜在的热诱因裂缝风险。设计师应特别考虑某些部分温度变化，其他部分却局部或全部受保护的结构。外露部分的温度降低可能会导致裂缝，结构的被保护部分的温度升高也可能导致裂缝。温度梯度导致结构件偏离和旋转，若受到制约，会造成更严重的应力(Priestle

22、y 1978; Hoffman et al. 1983; Haynes 2001; ACI 343R)。使用恰当设计的收缩缝和隔离缝允许位移和正确的详图有助于缓解这些问题。1.3.3 化学反应有害的化学反应可能造成混凝土裂缝。这些反应可能是由于用于使混凝土或材料在混凝土硬化后与之接触的材料产生的。此处陈述了一些降低有害化学反应的基本观念，但只有提前测试混合物或现场经验能确定特殊措施的有效性。因骨料含有源自水泥水合、混合或外部来源（例如养护水、地表水、除冰化学物、以及最终结构使用或存储的碱性溶液）的活性硅和碱之间缓慢的膨胀反应，混凝土会随着时间发生裂缝。当水泥中的碱与敏感骨料颗粒发生反应，骨料周

23、围会形成碱-硅凝胶的反应边。如果该凝胶暴露到水汽中，它就会膨胀，会导致混凝土体积增加，进而造成裂缝并最终导致结构完全恶化。控制措施包括使用不反应的骨料、低碱水泥和主要含有非常细的高活性硅的火山灰。第一种措施也许能阻止问题发生，后两种措施有降低碱硅反应率的效果，并形成不膨胀的钙碱硅水化物。一定的与碱反应的碳酸盐岩在某些情况下会产生不利的膨胀和裂缝。这些不利的碱-碳酸盐反应通常与非常小颗粒的（隐晶的）结构有关（ACI 201.2R）。受影响的混凝土特点是网状裂纹。该反应与碱-硅反应的区别是裂缝上没有表面凝胶。该问题可以通过避免活性骨料、用不反应的骨料稀释，使用更小的最大尺寸骨料、使用低碱水泥来减小

24、（ACI 201.2R）。土壤和水中的硫酸盐对于混凝土是一个持久性问题。当硫酸盐渗透水合水泥浆，其将与水合铝酸钙接触。形成硫铝酸钙，会造成体积增加。膨胀会造成密集的裂缝并最终损坏混凝土。ASTM C150 II和V型硅酸盐水泥，三钙铝含量较低，能减小硫铝酸钙的形成。ASTM C595和C 1157中描述的抗硫酸盐水泥对改进抗硫酸盐性同样有用。已经过测试的证实能提供额外的硫酸盐抵制的火山灰也是有益的。使用w/cm低的混凝土对于防止有害的硫酸盐侵袭是很重要的。在硬化混凝土表面使用除冰盐时也可能发生有害条件。除冰化学物中的氯化物会渗入混凝土，降低混凝土保护预埋钢筋防止锈蚀的能力。因为锈蚀的产品比原金

25、属占更大的体积，锈蚀会导致混凝土分层和裂缝。除冰盐会使混凝土更易受到冻结和解冻损害。为了限制这些影响，遭受水溶性盐的混凝土需充分混入空气，对钢筋有足够的保护层，且为优质、低渗透性的混凝土。ACI 201.2R中更详细的讨论了与混凝土耐久性有关的问题的影响。硅酸钙水合物和水化水泥浆中的氢氧化钙会与空气中的二氧化碳结合生成碳酸钙。若是如此，混凝土将经历不可逆的碳酸化收缩，会导致表面裂纹。另外，新浇筑的混凝土表面暴露在二氧化碳中（在开始的24小时）更容易粉化，（二氧化碳来自在冬季用于混凝土保暖的燃烧加热器通风不畅）。1.3.4 风化导致裂缝的风化过程包括冻结和解冻，湿润和干燥，升温和降温。冻结和解冻

26、产生的损害是最常见的天气相关的物理损害。混凝土会因水泥浆中的水或骨料中的水或二者中的水结冰而被损坏（Powers 1975）。硬化水泥浆的冻结损坏是由于水冻结的移动，冰晶的增长产生的液压造成的（Powers 1975）。骨料颗粒被水泥浆包围，能防止水分的快速丢失。当骨料在关键的饱和度以上时，在冻结时所吸收的水膨胀会造成周围的水泥浆裂缝或对骨料自身产生损坏(Callan 1952; Snowdon and Edwards 1962)。通过使用最小颗粒w/cm和总含水量、耐久骨料、充足的加气剂来保护混凝土防止冻结和解冻。在暴露到冻结条件之前的养护也是重要的。使结构在养护后干燥将会增加其冻结和解冻耐

27、久性。其他会导致裂缝的风化过程是湿润和干燥，升温和降温。这些过程都会产生体积变化进而造成裂缝。如1.3.1和1.3.2节中所述，如果超过体积变化过度，将会发生裂缝。1.3.5 钢筋锈蚀金属锈蚀是一种电气化学过程，需要有氧化剂、水分和金属内部的电子流动。金属表面和周围会发生一系列的化学反应（ACI 201.2R&222R）。保护金属防止锈蚀的关键是停止或逆转化学反应。可通过切断氧气或水分，或在阳极提供超量的电子来阻止金属离子形成（阴极保护）。钢筋通常在混凝土中不会腐蚀，因为紧密粘附保护氧化层在强碱环境中形成。这就是被动保护。如果通过碳酸化作用降低了混凝土的碱度，或如果钢材的被动性被离子（通常是氯

28、离子）损坏，钢筋可能腐蚀。钢材锈蚀产生铁离子和氢氧化物，其体积远大于原始精铁体积（Bentur et al. 1997）。该体积增加导致钢筋周围产生很高的径向爆裂应力，会导致局部径向裂缝。该爆裂裂缝会沿钢筋增加，导致形成纵向裂缝（与钢筋平行）或混凝土散裂。裂缝为氧气、水分和氯离子提供了便利通道，即，极小的爆裂（纵向）裂缝会产生加速锈蚀和裂缝产生的条件。如果混凝土可渗透性低，与钢筋横向的裂缝通常不会造成钢筋继续锈蚀。裂缝中钢筋的暴露部分起阳极的作用。在早期，发生局部锈蚀；裂缝越大，锈蚀越严重。因为更大部分的钢筋已丧失了其被动保护。由于继续发生锈蚀，氧气和水分可能到同一根钢筋的其他部分，或直接电气

29、连接的或通过硬件如支承件的钢筋上。如果密度和保护层厚度足够阻止氧气和水分，锈蚀过程会自动封闭（Verbeck 1975）。如果纵向裂缝与钢筋平行，则会继续发生锈蚀，因为许多位置都已丧失其被动性，氧气和水分存在于裂缝全长中。其他导致纵向裂缝的原因，如高黏合应力，横向张拉力（例如沿箍筋或沿板的双向拉力），收缩，沉降会让锈蚀开始。对于一般混凝土施工，最好的防止锈蚀在内的爆裂是使用低渗透性混凝土和足够的保护层。钢筋保护层增加能通过限制碳酸化作用，限制氧气、水分和率离子通道而有效的延缓锈蚀，并能抵抗锈蚀或横向拉力造成的爆裂和散裂（(Gergely 1981; Beeby 1983）。在钢筋尺寸大保护层厚

30、的情况下，须增加小的横向钢筋（保持最小覆盖要求）以限制爆裂并减小表面裂缝宽度（ACI 345R）.在很严峻的暴露条件下，需要额外的保护措施。有多项选择，如喷涂钢筋，密封件，或覆盖混凝土，防锈蚀添加剂，以及阴极保护（Transportation Research Board 1979）。有效防止氧气和水分进入到钢材表面的步骤或逆转阳极电子流的步骤都可以保护钢材。大多数情况下，必须让混凝土呼吸，即，必须让水分从混凝土中蒸发掉。1.3.6 糟糕的施工操作各种各样的差的施工操作会造成混凝土结构裂缝。其中最重要的是在混凝土中加水以增加其可使用性的操作。增加的水有降低强度、增加沉降、增加干燥收缩的影响。当

31、伴随着用更高的水泥含量抵消强度降低，水含量增加意味着结构内部和外部温度差增加，造成热应力和可能的裂缝增加。另外，通过添加水泥基材料，尽管w/cm保持一致，却因水泥浆体积增大而造成更多收缩。养护不足会增加混凝土结构中的裂缝程度。过早的终止养护会在混凝土强度较低时产生收缩。因干燥导致水泥水化不足，不仅会造成长期强度降低，也会降低结构的耐久性。其他会造成裂缝的施工问题是模板支撑不足、加固不足、施工缝浇筑与高应力点。模板支撑不足或加固不足会造成混凝土在产生能支撑其自重的强度之前发生沉降和裂缝，施工缝位置错误会造成接缝想这些高应力点开启。防止因这些和其他施工程序造成的裂缝的方法是总所周知的（ACI 22

32、4R, 224.3R, 302.1R,304R, 305R, 308R, 309R, 345R, and 347），但需要特别注意以保证其正确执行。1.3.7 施工超载施工荷载通常比使用中遭受的那些荷载严重。不幸的是，这些情况可能在混凝土最易被损坏的早期发生，且经常造成永久性裂缝。预制构件，如梁和板，更频繁的受到这种伤害，但现浇混凝土也受影响。当预制件在运输和安装中没有正确支撑时会发生常见错误。使用随意或便利的掉电可能造成严重损坏。吊耳、销和其他附件应由设计详细说明或批准。如果吊装销不切实际，必须有通往构件底部的通道以使用吊装带。质量控制大纲标准（1983,1985）的PCI委员会提供了与预制

33、或预应力梁、柱、空心板和工形材的加工和装运有关的裂缝原因、预防和修补。吊装装置的操作员必须遵从告诫并意识到尽管使用正确的吊装配件也可能造成损坏。大的梁或板下降速度过快并突然停止会造成相当于构件静负载数倍的冲击荷载。另一个应该避免的常见施工错误是撬动板的一角以吊离其基座或吊起。当考虑运输时构件的支撑时，设计人员应了解在运输过程中会出现的荷载。例如，在使用牵引车或拖车运输大型预制构件时，跨越路沿石或穿过高速公路的急弯、牵引车或拖车与不同的路况的高差不同、和牵引车或拖车不同的加速度等。先张梁在应力释放过程中会出现独特的裂缝问题-通常当梁的龄期小于1天时。应以特定的样式对多个张力施加线股进行张力释放，

34、防止构件受到不良的偏心荷载。如果在梁的一边的所有线股均已释放，而在另一边的线股仍处于应力状态，在未释放线股的一边就会出现裂缝。这些裂缝是有害的，却与线股平衡释放密切相关。如果T型梁有密集钢筋法兰和高预应力薄网，裂缝同样会出现在网板和法兰的交界处。另外一种会引起裂缝的惯例是，在梁端附近，预埋承重板与浇筑平台平台焊接，用于混凝土浇筑。获得足够预应力后，传递过来的应力将其破坏。直到此时，梁的底部一直受到约束，而梁的其他部位均受到压力。如果焊缝过强，裂缝就会出现在承重板附近。如果处理不当，热冲击会导致蒸汽养护的混凝土中出现裂缝。使用的最大冷却频率为70（40）每小时（ACI 517.2R,verbec

35、k 1958; shiedeler 和toennies1963,Kirk-bride 1971b)。当使用了应变能力低的脆骨料时，冷却的速率应降低。即使遵循了这个惯例，也通常会发生由于热冲击而导致的裂缝。温度限制应适用于整个梁，而不仅仅是温度监控的位置。当保温的防护油布被掀开，用于切割梁端部的线股时，并且当环境温度较低时，就会发生热冲击。温度记录员通常不会出现在这种关键区域。当表面温度快速下降时，类似的情况和潜在的裂缝就会出现在预制块、路沿石和窗户板上。许多人（ACI 517.2R,Mansfield 1948,Nurse 1949,Higginson 1961,Jastrzebski 196

36、1,Butt et al 1969,Kirkbride 1971a,澳大利亚混凝土协会 1972， PCI能源委员会 1981）认为快速降温仅会出现在非常厚的混凝土的表层，并且快速降温不会对标准预制产品的强度和使用寿命产生不良影响（PCI能源委员会 1981）。一个例外是，在张力释放前收到快速冷却而在预张梁中观察到了横向裂缝。处于这种原因，在蒸汽养护终止后，必须马上对预张构件进行张力释放。当在寒冷天气条件下，在结构中使用加热器提供工作温度时，现浇混凝土会受到未知的施工荷载。典型地，会使用防水油布对门窗孔洞进行封堵，大体积加热器会在密封的区域内使用。如果加热器魏延外部混凝土构件特别是较薄的墙体附

37、近，会在构件中形成不良的温差。墙体内部会相对于外部发生膨胀。应将加热器远离这些外墙，降低这种影响。良好的惯例同样有此要求，避免局部干燥收缩和碳酸化收缩。在施工过程由材料储存和设备操作引起的荷载很容易比结构本身设计承受的荷载还要大。应进行严格控制，防止超负荷情况。如果设计人员提供了关于荷载极限的信息并且施工人员留意这些极限，就能防止施工超荷载而引起损坏。1.3.8 设计和细化过程中的错误-不当的设计和细化的影响范围从使用性能差到灾难性故障。只有对结构的行为（在此表示广义的行为）进行了充分的理解，就能减少这些问题。可能会引起不良裂缝的设计和细化错误包括墙体、预制构件和板的凹角细化不当、钢筋选择和细

38、化不当，或两者，由于温度和湿度的不同引起体积变化导致构件收到的约束，缺少足够的施工缝，以及基础设计不当，导致结构内不同的位移。Kaminetzky(1981)和Price(1982)给出了这些问题的例子。凹角是应力的集中位置，因而，它是裂缝出现的主要位置。不管应力是由于体积变化、平面荷载或由于弯曲引起的，设计人员都应认识到在凹角的附近的应力通常较大。总所周知的例子是混凝土墙体和端部互嵌梁中的门窗孔洞和，如图1.4和1.5所示。需要适当增加额外的斜向锚筋将裂缝保持，防止扩大。使用数量不当的钢筋会引起大量裂缝。典型的错误是，因为构件是非结构性构件就使用数量较少的钢筋。该构件（如墙体），有可能是与结

39、构的其他部分连接在一起的，当结构发生变形时，该墙体可能就会需要承受大部分的荷载。这种非结构性构件开始承受与其刚度不符的荷载，就会出现不悦目的裂缝，甚至整个结构的安全性都成问题。同样情况下，建议将非结构性构件与结构系统隔离开来。图1.4 凹角处典型裂缝样式图1.5 受到服务荷载的端部互嵌梁的典型裂缝样式因体积变化而受到约束的构件通常会出现裂缝。由于受约束徐变、温差和干燥收缩而在混凝土中产生的应力会是受负荷过程中出现的应力的好几倍。一个板、墙体或梁的缩紧收到约束时，即使是预应力的，也可能产生足以导致裂缝的张应力。正确设计的墙体应设置有伸缩缝，在墙体高度上将墙体分为一至三段。应使梁可以移动。不允许预

40、应力构件缩紧的现浇后拉张施工在该构件和支撑结构中都会受到裂缝的损坏。（Libby1977）。结构构件受到约束的问题在两端焊接都支撑结构的预拉和预制构件中特别严重。当这些问题与其他问题同时出现时（如凹角），后果将会是灾难性的。（Kaminetzky 1981和Mast 1981)基础设计不当或导致结构中大量不当的位移。如果这些不同的位移相对较小，裂缝问题可能就如目视所见一样。然而如果出现大幅度不同沉降，结构就可能不能快速重新分布荷载，导致结构崩溃。钢筋混凝土的一个优点就是如果位移发生在一个较长的时间内，徐变至少可以使得一些荷载得到重新分布。正确设计和细化的重要性取决于具体的结构和所设计的荷载。在

41、可能会发生重大使用性问题的结构中，应特别注意结构的设计和细化。作为谨慎设计和细化的补充，在所有施工阶段都应连续地对结构进行检查。1.3.9 外部施加荷载-众所周知，荷载引起的拉伸应力会导致混凝土构件内部裂缝。这一观点广为人知且在钢筋混凝土结构设计中也被接受。当前设计程序（ACI318和AASHTO公路桥标准规范）使用钢筋不仅是为了承受拉伸力，也是为了获取裂缝的适当分布和对裂缝宽度的合理限制。试验证据提供了在挠曲杆件中控制开裂的变量的以下一般结论的依据：裂缝宽度随着钢筋应力、保护层厚度和每个钢筋周围混凝土的面积的增加而增加。在这些变量中，钢筋应力是最重要的变量。钢筋直径并非主要的考虑因素。底部裂

42、缝宽度随着钢筋和梁受拉面之间的应变梯度增加而增加。Gergely 和Lutz在1968年给出了常用来预测最可能的最大弯曲表面裂缝宽度的方程式。该方程的简化版本如下：其中，W=最可能的最大裂缝宽度，英寸（mm）；中轴和受拉面间距离到中轴和钢筋质心间距离的比率（建筑物典型梁取1.20）;钢筋应力，ksi(Mpa);从受拉纤维到最近钢筋中心的保护层的厚度和用钢筋编号划分的钢筋对称的混凝土面积，平方英寸（mm2）在AASHTO公路桥规范中使用了该方程的改进版，其根据外露条件，将裂缝宽度有效限制在0.015到0.012英寸之间。考虑到1.3.5小节中指出了钢筋横向裂缝的表面裂缝宽度和钢筋腐蚀之间的细微关

43、系，不过，这些限制在腐蚀控制的基础上并不显得合理。开裂数据的再分析提供了一种基于物理模型（Frosch 1999）的新的裂缝宽度方程。对于最大裂缝宽度的计算，裂缝宽度计算如下：其中，W=最大裂缝宽度，英寸（mm）；钢筋应力，ksi(Mpa);钢筋弹性模量，ksi (Mpa)中轴和受拉面间距离到中轴和钢筋质心间距离的比率（取1. 0+0.08dc）;从受拉纤维到最近钢筋中心的保护层的厚度，英寸(mm)；以及S=钢筋间距，英寸（mm）在ACI318中使用基于服务状态下应力上的钢筋的间距标准以及在钢筋上的净保护层可以达到裂缝控制的目的。该设计方程是基于方程（1-2），考虑到大约0.016英寸的裂缝宽

44、度。通过深度大于30英寸的梁的腹板的表面钢筋以及一个拉伸法兰的有效宽度内的负力矩的分布的规定，ACI318中同样也包括防止那些远离主筋位置的区域形成裂缝的规定。 ACI318同时要求，在板中的作为T形梁法兰的主要弯曲钢筋平行于梁的地方，应在板的顶部提供垂直于梁的钢筋。设计在板中的横向钢筋，以承受假设作为一个悬挑的在突出板宽度上的设计极限荷载。对于孤立的梁，应考虑悬垂的全部宽度。对于其他T形梁，使用法兰的有效宽度，以设计横向钢筋。当前有许多裂缝宽度控制公式用于预应力混凝土构件（ACI 224R），但是没有一种方法被广泛接受的。拉伸构件的最大裂缝宽度大于弯曲构件表达式中预计的（Broom 1965

45、；Brom和Lutz 1965 ）。拉伸构件的应变梯度和受压区是较大裂缝宽度的可能原因。在有限数据的基础上，建议使用下列表达式预估直接拉伸下的最大裂缝宽度（ACI224R）。在直接拉伸下的混凝土开裂的其他信息也在ACI224.2R中提供。可预测弯曲和拉伸裂缝宽度，以随在持续或重复负载情况下构件的时间增加。荷载导致的裂缝的裂缝控制的基本原则非常容易理解。良好分布钢提供了应对不符合要求裂缝的最好保护。减小的钢筋应力，通过试用更大量钢筋将减小裂缝宽度。但减小的保护层将减小表面裂缝宽度，设计师应牢记1.3.5小节中的内容：垂直于钢筋的裂缝（因此裂缝宽度）对钢筋的腐蚀不产生重大效果，而保护层的减小对于钢

46、筋防腐蚀是有害的。第二章开裂评估2.1引言当预计混凝土需要裂缝修补时，最重要是的首先识别位置和开裂的程度。在考虑当前和预计荷载情况下，应确定裂缝是否预示了当前或将来的结构问题。在指定修补之前，应确定开裂的原因。应审核图纸、规范以及施工和维护记录。如果这些文件，除现场观察单之外未提供需要的信息，应在继续修补之前完成现场调查和结构分析。第一章中讨论了裂缝的原因。观察到的开裂的详细评估可确定在具体情况下适用那种原因。如果裂缝使强度、刚度或结构对于不可接受水平的耐久性减小了，或者结构的功能收到严重损害，则需要修补裂缝。在这些情况下，例如在保水结构中的开裂，结构的功能就指定了修补的需要，即使强度、刚度或

47、外观未严重受损。路面和在地面上的板的开裂可能需要修补，以防止边缘裂片或水对基层的迁移，或是维持预期负载承担力。另外，最好是进行提高混凝土结构表面外观的修补。2.2混凝土开裂位置和程度的确定开裂的位置和程度以及在结构中有关混凝土一般状态的信息可通过直接或间接观察、无损检测以及例如从结构中提取测试岩心的破坏试验的方法确定。信息也可通过图纸以及施工和维护记录获得。2.2.1直接和间接观察-裂缝的位置和宽度应在结构简图中记录。2.1附图：测量裂缝宽度的比较仪附图2.2-用于测量裂缝宽度的卡片在结构表面标注的一个网格可用来准确定位简图中的裂缝。使用裂缝比较仪测量裂缝宽度的准确率可达到大约0.001英寸，

48、比较仪是一个小型的手持式显微镜，带有刻度表，其镜片最靠近可见表面。不过，大多数情况下最方便的方法是使用带有规定宽度线（标注在卡片上）的清晰卡片预估裂缝宽度，如附图2.2所示。穿过裂缝的表面的任何位移都应该记录。对剥落、露筋、表面降级和锈斑的观察都应在简图中记录。在特定裂缝位置的内部情况可通过使用挠性轴纤维内窥镜或刚性管道镜观察。可通过附图2.3中显示的各类机械移动指示仪来监测裂缝的移动。附图2.3中的指示仪或裂缝监视器给出了裂缝位移和旋转的直接读数。附图2.3中的指示仪放大了裂缝位移（50倍）并指出了测量阶段移位的最大范围。机械指示仪的好处是它们不需要湿度保护。如果想要更多详细时间历史，也可使

49、用更广范围的传感器（特别是线性差动变压器以及数据采集系统（范围从条带录音机到基于计算机的系统）新安装监控器裂缝移动之后的监控器在大梁面上的裂缝见右边的等角剖面大梁顶部裂缝大梁底部垂直移动探测器臂水平移动探测器臂大梁面上的裂缝附图2.3-（a）裂缝监测器；（b）裂缝移动指示器简图可使用照片辅助，该照片记录了调查时的结构情况。对服务中混凝土的进行情况调查的导则见ACI201.1R，201.3R，207.3R，345.1R和546.1R。 2.2.2无损检测-可进行无损检测，确定内部裂口和空鼓以及表面可见裂缝的延伸深度。用锤子敲击表面或使用链式刮板都是简单确定靠近表面层状开裂的方法。一个空洞声表示表

50、面下或平行于表面的地方有一个多或多个裂缝。红外成像设备虽然很昂贵，但在确定混凝土分层的区域却被证明很有用。可使用测厚计确定钢筋的存在。可使用很多测厚仪，其范围能力从只能简单指示钢筋的存在到经过校正以容许有经验的使用者获取深度的更详细剥落情况以及钢筋的尺寸。虽然在很多情况下，很有必要移除混凝土保护层（通常用钻取或凿出），以确认钢筋尺寸或校正保护层测量值，特别是在钢筋密集的区域。新型装置使用磁场或计算机程序提供扫描区域的钢筋分布的清晰图像。可使用这种装置探测钢筋、测量混凝土保护层和确定钢筋尺寸和位置（ACI228.2R）如果怀疑腐蚀引起开裂，则最简单的调查腐蚀的办法需要移除一部分混凝土，以直接观察

51、钢筋。腐蚀可能性可使用一个合适的参考半电池进行电位测量探测。最常用的是一个铜-硫酸铜半电池（ASTM C876）；其使用同时要求接近钢筋的一部分。不过半电池技术对于混凝土的湿度条件非常敏感，且当再混凝土干燥时读取读数时，半电池电位可能显示无活跃腐蚀，而实际上，钢筋正在被腐蚀。经过适当培训的人员和仔细评估，使用超声波无损检测设备很可能探测到裂缝。最常用的技术是使用经济可用的设备通过传送检测。传送一个机械脉冲到混凝土构件的一个面上，并在相反面接收，如附图2.5所示。使用电子测量获取脉冲穿过构件的时间。如果已知传送和接收传感器之间的距离，则可计算出脉冲的速度。附图2.4 测厚仪（钢筋指示器）当没有到

52、达相反面的通道时，传感器可定位在相同的一面（附图2.5（a）。当可能使用该技术时，可能并不能直接理解结果。如果内部不连续导致信号的路径长度增加，则对测量的脉冲速度可能发生重大变化。总的来说，脉冲速度越快，混凝土质量越好。通过使用可提供已接收信函直观表示的示波镜可大大提高对脉冲速度测试结果的理解。一些设备仅提供脉冲运行时间的电子读数，而没有示波镜展示功能。如果没有信号到达接收传感器，则会显示重大内部不一致，例如裂缝或空鼓。可通过获取在构件的一系列位置上的读数来反映不连续的程度。应该用经过培训的人员操作超声波设备，并且结果应由有经验的个人谨慎评估，因为湿度、钢筋和预埋件可能影响结果。例如，经过充分

53、湿润的裂缝，超声波测试一般都无效，并且在一些情况下，很难辨明是一组细小的裂缝还是一个很大的裂缝。另一个替代传送测试的方法是脉冲回声技术，即使用一个简单的传感器发送和接收超声波。不过要形成实际的混凝土脉冲回声测试仍然非常困难。形成了强度捕捉系统，该系统使用单个的传送和接收传感器。更多有关脉冲回声的详细信息和其他波传播方法由Malhotra和Carino提供。a）脉冲通过构件传送b）示波镜信号用碰撞回声技术在混凝土缺陷探测中使用波传播技技术已经取得了重大进步。可在构件的一面上用碰撞的方法形成机械脉冲，如附图2.6所示。波通过构件传播，并由一个定位在碰撞点边上的位移传感器接收。附图2.6显示了传感器

54、接收的表面的时间主导波形。在构件边界或边缘和缺陷之间的构件中建立了一种共响条件。通过分析时间主导波形的频率内容，和共响相关的频率也作为一个峰值振幅出现。在附图2.6的情况下，峰值是和厚度频率相关的。如果存在内部缺陷，则来自缺陷深度的来自反映的重大幅峰将在和缺陷深度频率有关的地方观察到。放射线照相术同样可用于探测内部不一致。X射线和伽马射线设备都可用。程序是最适用于探测平行于放射方向的裂缝平面。很难辨明垂直于放射的裂缝平面。相比于X射线设备，伽马射线设备较便宜并相对轻便，因此可能更适合现场试验。附图2.6-一个实心板的碰撞回声反应；（a）试验构造的图表；（b）位移波形；（c）振幅谱；和 (d)

55、规范化的振幅谱地质雷达，又叫做冲击雷达使用电磁法测量混凝土表面下的不一致情况。该技术可用来定位裂缝、空鼓、钢筋并测量厚度。“由于影响接收信号的物理属性很多，”不过，“当前在结构混凝土中（而非混凝土和钢筋的立体构型的测量）的使用很多都局限于定型比较使用”。（ACI 228.2R）无损检测的重要应用是发现需要更多详细调查的结构的部分，其可能包括岩心测试。2.2.3混凝土岩心测试-通过提取在结构内部的经过选择的位置的岩心可获取重要信息。岩心和岩心孔洞提供了准确测量裂缝宽度和深度的机会。另外，混凝土质量的指标也可通过抗压强度试验获取，不过，包含裂缝的岩心不可用于确定混凝土强度。开裂混凝土的岩相测试可确

56、认开裂的材料原因，例如碱性反应、循环冻害、D形开裂、集料粒度过大、火灾相关损坏、收缩和腐蚀。岩相学同时也可确认其他和开裂相关的因素，例如WLCM、相关浆状物含量和混凝土成分分布。岩相学常常用来确定裂缝的相对役龄并且确认在破碎表面的次生沉积，其对于修补方案有影响。过多氯化物的化学实验显示了预埋钢筋腐蚀的潜在可能。2.2.4图纸和施工数据的审核-应审核原始结构设计、钢筋定位和其他施工图纸，以确认除钢筋之外的混凝土厚度和质量满足或超过了主要建筑物规范中标出的强度和适用性要求。实际加载应和设计荷载对比。在计算混凝土形成（徐变、收缩、温度）导致的拉伸应力时，应考虑混凝土构造、限制条件和施工及其他施工缝的

57、出现。应考虑那些平行于在单向钢筋混凝土板的板梁施工缝形成的裂缝，其中的主板钢筋平行于作为由大梁支撑的梁之间的板跨的大梁。2.3修补程序的选择基于开裂程度和原因的细致评估，可按照下列的一个或多个目标选择程序：修复或增加强度修复或增加刚度提高功能性能提供水密性提高混凝土表面外观提高耐久性；和防止钢筋腐蚀性环境的形成根据损坏的性质，可选择一个或多个修补方法。例如，如果不能预测进一步的开裂，则拉伸强度可通过注入环氧或其他高强度粘接剂到裂缝中进行修复。不过，通过增加钢筋或使用后张拉的方法提供额外强度也是必须的。应修补裂缝导致的在保水或其他收缩结构中的泄漏，除非泄漏很小或证明裂缝已经被自动强化密封。当结构

58、正在使用时，进行停止泄漏的修补可能很复杂。外观考虑可能需要对混凝土中的裂缝进行修补。不过裂缝位置可能依然可见，并且实际上可能因为修补而更加明显。根据实际情况，可能需要在整个表面上进行一些形式的涂层。为了减小由于钢筋腐蚀造成的降级，应密封外露在潮湿或腐蚀环境中的裂缝。可用的完成目标的裂缝修补的关键方法将在第三章中叙述。第三章裂缝修补的方法3.1引言在对开裂结构进行评估之后，可选择一种合适的修补程序。成功的修补程序会考虑到开裂的原因。例如，如果开裂主要是因为干燥收缩引起的，则很可能经过一段之间之后裂缝会稳定下来。另一方面，如果裂缝是由于正在进行的基础沉降造成的，则在沉降问题纠正之前修补也于事无补。

59、本章提供了裂缝修补方法的鉴定方法，包括每一流程修补的裂缝的属性的小节、已修补结构的类型、使用的程序的小节。读者也可参考ACI546R,546.1R,546.2R,RAP-1，Emmons和Emmons, Trout , ICRI 导则编号03734，其中详细说明了混凝土修补的内容。3.2环氧注射细如0.002英寸的裂缝可通过注射环氧粘接。技术通常包括沿着裂缝间隔很短时间设置出口和入口，密封在外露表面上的裂缝，在压力下注入环氧。环氧注射在建筑物、桥梁、大坝和其他各类混凝土结构的裂缝修补中被成功使用。不过在纠正了开裂的原因之前，在原始裂缝旁边很可能形成新裂缝。如果无法移除裂缝的成因，则有以下三种选

60、择：1）指出裂缝路径并密封，将其作为一个施工缝；2）设置一个容纳位移的施工缝并将环氧或其他合适的材料注入裂缝中；并且3）在裂缝位置上安装一个额外支架或钢筋，以减小位移。用于结构修补的环氧材料应符合ASTM C881的要求。ACI504R中描述了密封施工缝的惯例，包括施工缝设计、可用材料和应用方法。除了特定的容湿环氧材料，如果裂缝泄漏严重且无法干透，且该技术不适用。湿裂缝可使用容湿材料进行注射，其将在湿度环境下养护和粘接。但裂缝中污染物（包括淤泥和水）将减小环氧对于结构修补裂缝的有效性。在裂缝中使用低模量弹性粘合剂不容许混凝土结构的重大位移。由于材料层很薄和周围混凝土施加的侧向约束很高，裂缝中的