混凝土结构裂缝讲座.ppt

砼结构裂缝类型特点和原因分析 摘要 1 本讲座主要根据建设工程中 段结构经常出现的裂缝 按其性质 特点及规律进行了分类 并提出裂缝形成的原因 为在实际工程中 对砼结构裂缝进行科学正确的 诊断 进而提出有效的治理方法提供依据 摘要 2 砼与钢筋砼结构是一种耐久性较好的结构体系 但是由于砼的匀质性较差 抗拉强度较低 又有膨胀收缩 徐变等特性 因此在实际工程中 往往由于设计不周 施工粗糙 使用不当等原因 致使栓的构件与结构出现不同程度的裂缝 砼结构造成一定的损伤 影响建筑物的正常使用 有些裂缝则危及结构的安全 甚至造成建筑物的严重破坏和倒塌 为了防止和减轻砼裂缝对建筑物的损害 正确 诊断 砼裂缝形成的原因 提出切实有效的 防治 方法 是至关重要的 摘要 3 砼的裂缝可分为 微观裂缝 和 宏观裂缝 两大类 这里主要探讨 宏观裂缝 问题 由于砼的组成材料 结构体系 结构构造和受力状态的不同 以及约束条件和所受外界影响的差异 致使砼产生裂缝的原因较为复杂 因而对砼结构性能的影响也各不相同 但归纳起来 根据砼裂缝的特点规律形成的原因大致可分为以下十七种类型 1 塑性塌落裂缝 1 一般多在砼浇注过程中或浇注成型后 在砼初凝前发生 由于砼拌合物中的骨料在自重作用下缓慢下沉 水向上浮 即所谓的泌水 若是素砼 在全内部下沉是均匀 若是钢筋砼 则砼沿钢筋下方继续下沉 钢筋上面的砼被钢筋支顶 使砼沿钢筋表面产生顺顶筋裂缝 这种塑性塌落裂缝 对于大流动性砼或水灰比较大的砼尤为严重 一般情况下 塑性塌落裂缝的深度多达钢筋的表面 裂缝宽度一般1 2mm 见图1 塑性塌落裂缝 2 另一种塑性塌落裂缝多发生在采用拉模生产工艺的空心板 一般多在拉抽钢管时发生 砼裂缝位置就在空心孔洞的上方 沿板面纵向分布 其原因是 砼水灰比较大 抽排管时 砼沿管塌落 加之在抽管时 管子有上下跳动现象 抽管速度不均匀或偏心受力等 见图2 2 塑性收缩裂缝 一般多在砼浇注后 还处于塑性状态时 由于天气炎热 蒸发量大 大风或砼本身水化热高等原因 而产生裂缝 实测结果表明 通常当砼拌合物表面水份蒸发率超过0 5kg m2h时 砼将产生急剧收缩 特别是大流动性砼 其塑性收缩值为200 10 4 中等流动性砼 其塑性收缩值约为 60 100 10 4 此时对于结构表面系数大 水灰比较大的薄壁构件 施工时未及时覆盖导致砼表层失水过快 砼初凝前又未做收水 及二次搓毛压平措施时 也易产生塑性收缩裂缝 塑性收缩裂缝宽度一般在0 5 2mm左右 见图3 3 干缩裂缝 1 一般多在在全硬化过程中 由于在全失水干燥 引起体积收缩变形 这种体积变形受到约束时 就可能产生干缩裂缝 砼因失水干燥 引起的体积变形 主要是由于毛细管压力所造成的 在全中毛细管孔隙 在砼干燥过程中逐渐失水 毛细管也逐渐变形产生毛细压力 导致砼产生体积收缩 如果在全水灰比增大 毛细管孔隙也增多 砼体积收缩也相应增大 当砼周围有约束存在时 砼内部将产生拉应力和拉应变 当其拉应力超过在全抗拉强度极限值或其拉应变超过砼极限变形值时 砼就会产生干缩裂缝 试验表明 水泥用量和水灰比越大 其干燥收缩变形也越大 且收缩延续时间越长 在全保温养护不到位 则会使砼早期收缩加剧 根据国外20年的干燥试验资料 半个月仅完成20年干缩的20 25 3个月完成50 60 1年完成75 80 干缩裂缝 2 砼干缩裂缝 一般有两种形状 一种为不规则龟纹状或放射状裂缝 另一种为每隔一段距离出现一条裂缝 有时上述两类裂缝同时在砼构件上出现 砼干缩裂缝 因约束条件 配筋形式不同 裂缝形状也不相同 对于表面积较大的板类钢筋砼构件 多为上口大下口小的模形裂缝 对于厚度较薄的板 如厚度120mm以下的板 特别是采用泵送砼 严重者 裂缝则贯穿板厚 对于钢筋砼梁式构件 多为两头大中间小的枣核形裂缝 且在梁两侧面裂缝较重 梁底面和顶面裂缝较轻 裂缝高度多在梁高2 3以上 但裂缝深度较浅 轻者为砼保护层厚度 重者达到1 100mm 裂缝宽度一般在0 1 0 5mm之间 严重者可达0 5 1 5mm 见图4 图11 干缩裂缝 图片 干缩裂缝 图片 干缩裂缝 图片 4 温度裂缝 1 一般多在大体积或高强砼施工过程中 由于砼水化热很高 致使砼内部温度与砼表面温度以外部环境的温度相差较大 加之有约束的存在 就会产生水化热裂缝 通常情况下 大体积在全当砼内部与表面温度超过25 在全表面温度与环境温度超过15 时 最高浇注温度大于28 且在全断面温度变化梯度较大时 则易出现水化热裂缝 温度裂缝 2 一般是由于外界温度变化 使砼产生胀缩变形 这种变形即为温度变形 当砼构件受到约束时 将在砼构件内产生应力 当由此产生的砼内部的拉应力超过砼抗拉强度极限值时 有全便产生温度裂缝 温度裂缝 3 对于一般工业与民用建筑 在夏季屋面受到太阳幅射影响 表面温度最高可达55 65 而室内温度一般在25 35 在冬季 屋面温度约为 10 15 而室内温度一般为16 22 即屋面内外将有25 30 的温差 当屋面保温 隔热达不到节能设计标准时 将导致砼构件间 如板 梁 柱等构件 产生温度变形或温度变形差 加之在全结构有约束存在时 就会导致砼出现温度裂缝 由于屋面保温隔热性能不佳产生的温度裂缝 往往具有顶层重 下层轻 两端重 中间轻 向阳重 背阴轻 且随温度变化而变化的特点 温度裂缝 4 砼结构的温度裂缝 由于其约束程度不同 将产生较大的差异 在全约束大致可分为 外约束 和 内约束 两大类 外约束 是指一个物体受到其它物体的阻碍 一个结构变形受到另一个结构的阻碍 这种物体与物体之间 结构与结构之间的相互牵制作用称作 外约束 内约束 是指一个物体或一个构件本身各质点之间的相互约束作用 称为 内约束 砼结构产生的温度裂缝 绝大部分与 外约束 有关 少部分是由于 内约束 所造成 温度裂缝 5 砼构件布于约束程度不同 其温度裂缝形状亦有较大差异 例 由于屋面保温 隔热性能不好 导致预应力砼屋面板接缝裂缝 预应力大型屋面板在温度作用 特别是在有较大温差的情况下 由于支座焊接的约束 产生温度起伏变形 导致屋面板间接缝裂缝或屋面板面四角出现斜向裂缝 现浇屋面板由于有刚度较大的钢筋砼梁约束 当有较大温差时导致屋面板与梁交界处产生水平裂缝 甚至在梁端出现斜向裂缝 表面积较大 厚度较薄的现浇砼楼 屋面板 由板砼梁的约束 其温度裂缝的多在端板四大角部位出现近45 的斜向裂缝 温度裂缝 6 短肢剪力墙结构现浇板 由于剪力墙的约束 其温度裂缝在剪力墙约束较大的部位 出现斜向裂缝 由于屋面保温隔热未达到建筑节能设计标准要求 导致在砼结构端单元墙体出现八字裂缝 剪力墙内外温差较大时 由于框架柱的约束作用 造成剪力墙出现竖向裂缝 具有内外环的园形筒体结构的砼现浇板 由于内外环筒体的约束 其温度裂缝多呈放射形状等 至于 内约束 的例子 一般砼烟囱筒壁由于非均匀受热 使得砼烟囱外壁产生竖向温度裂缝 钢筋砼深梁 由于非均匀受热在深梁两端出现竖向温度裂缝等 此外 某些钢筋砼构件 长期受到热辐射的作用 造成在全出现大量裂缝 严重者导致在全强度和弹性模量都有所降低 总炎温度裂缝 由于与温度场分布 温差大小 约束程度以结构构件的类型不同 其温度裂缝的形状和发生的部位 都有较大的差异 同时 还会随时间的推移 温度裂缝会逐渐开展 甚至恶化 温度裂缝是砼裂缝中较为复杂的一类 见图12 图22 温度裂缝图片一 温度裂缝 温度裂缝图片二 温度裂缝图片三 温度裂缝图片四 5 水化热裂缝 应当指出 大体积砼的水化热裂缝 除主要与温度有关外 还与其周边的约束条件以及砼原格料性质和砼自身的收缩变形等因素有关 正因如此 大体积砼水化热裂缝的形态 也不完全一致 就其裂缝的类型而言 有表层裂缝 内部裂缝 底层裂缝 贯穿裂缝 非贯穿裂缝和转角 截面突变部位及孔洞角部的热应力集中裂缝等类型 就其裂缝形状而言 有龟裂缝或放射性裂缝 水平裂缝 垂直裂缝 斜向裂缝等 见图23 图25 水化热裂缝图片 6 收缩 温度裂缝 1 一般在砼硬化过程中或使用一段时间后产生 这种裂缝是在有约束的条件下 由于砼的体积收缩 外界温度变化导致在全产生收缩和温度应力和变形 当其收缩和温度应力达到砼抗拉强度极限值或砼极限变形值时 砼即产生收缩温度裂缝 由于这种裂缝是由于收缩和温度共同作用引起 因此其裂缝形态比较复杂 如砼结构首先是由于砼收缩引起的裂缝 则其裂缝规律一般为每隔一段距离有一条裂缝 且具有温度低时裂缝开展宽度较大 温度高时 裂缝开展宽度较小的规律 如果砼结构裂缝首先是由于温度应力所引起 则这种裂缝不仅随着温度变化而变化 而且还随着砼收缩的增大而增大 收缩 温度裂缝 2 通常情况下 如果导致产生温度应力的根源未进行彻底治理的情况下 收缩温度裂缝将随时间的推移而逐渐发展 例如较长的现浇钢筋砼挑檐裂缝 即是一种常见的砼收缩温度裂缝 见图26 图27 7 地基沉陷裂缝 1 一般情况下 当砼结构主体和基础刚度较大时 其抵抗地基沉陷的能力还是较强的 但是地基处理不满足规范要求时 特别是在严重湿陷性黄土 冻胀土 膨胀土 盐渍土 软弱土等不良场地 仍时常产生地基沉陷 膨胀 裂缝 地基沉陷裂缝 2 地基沉陷裂缝具有底层重 上层轻 外墙重 内墙轻 开洞墙重 实体墙轻等特点 且大多为斜向裂缝 少数为竖向和水平向裂缝 地基沉陷裂缝首先在砼梁上出现 或在梁柱交界处发生 当上部主体结构刚度较大时 有时也在独立基础与柱根处出现水平裂缝 见图28 图32 地基沉陷裂缝图片一 地基沉陷裂缝图片二 8 应力集中裂缝 1 一般多在主体结构建成后出现 砼结构应力集中裂缝主要分布在门窗洞口 平面或立面突出凹进以及开结构洞口和结构刚度突变及集中荷载等处 应力集中裂缝 2 对于预应力钢筋砼结构 一般在张拉钢筋锚固端产生局部压应力集中处产生裂缝 在门窗洞口 平面立面突出凹进以及开结构洞处的应力集中裂缝 一般多与砼收缩和温度变化有关 属收缩应力集中裂缝或温度应力集中裂缝 由于荷载或局部应力引起的 属荷载应力集中裂缝 应力集中裂缝一般发生在门窗洞口的角部和平立面突出凹进的转角处 且斜向模形状裂缝居多 在集中荷载较大的部位 易产生劈裂状的裂缝 在预应力结构锚固端的局部承压处 有时出现一条或数条裂缝 并呈放射形状 对于暴露在大气中的砼结构 应力集中裂缝出现后 有时还会随大气温度的变化而变动 见图33 图37 应力集中裂缝图片一 9 冻融裂缝 一般在寒冷或严寒地区 由于砼受潮并遭受多次冻融 造成在全裂缝 也可能是由于土体冻胀 使砼产生裂缝 对于一般工业与民用建筑 冻融裂缝大部分出现在顶层砼挑檐 女儿墙 砼压顶等部位 少部分在底层勒角部位出现 有时在卫生间 盟洗室靠近外墙外的栓 因长期受潮多次冻融 也会产生这类裂缝 冻融裂缝的特点是在裂缝附近的砼稣松 剥皮 脱落甚至露筋 导致钢筋锈蚀 这种裂缝 随着时间的推移 会继续发展而不断恶化 见图38 图39 10 钢筋锈蚀裂缝 1 一般是由于在砼中使用外加剂不当 如使用了超量氯离子的外加剂 或砼结构处于有腐蚀性气体或液体的环境中 以及施工时 控制不严砼保护层过薄或露筋 致使砼中钢筋生锈 铁锈 氧化铁 体积膨胀 致使砼产生裂缝 此外 当砼碳化深度超过钢筋保护层时 也会导致钢筋锈蚀膨胀 使砼产生裂缝 这是因为砼中的氢氧化钙与空气中的二氧化碳产生的化学反应 生成碳酸钙 从而消耗了砼中的起基离子 使砼碱性降低 一般砼的PH值小于13 而碳化的砼PH值可能降低到10以下 在高碱性环境下 钢筋表面可形成氧化铁保护膜 而当砼中PH值降低到11以下时 这层氧化膜遭到破坏 从而加速了钢筋锈蚀使砼出现裂缝 钢筋锈蚀裂缝 2 因钢筋锈蚀导致产生的裂缝 多为纵向顺筋裂缝 这种裂缝严重者破坏钢筋与砼间之粘连力 见图40 图42 钢筋锈蚀裂缝 2 11 碱骨料反应裂缝 1 这种裂缝是由于在全中原材料中的水泥 外加剂 混合材料及水中的碱性物质与骨料中的活性物质发生膨胀性的化学反应 碱骨料反应裂缝通常在在全浇注成型若干年后出现 反应生成物吸水膨胀使砼产生内兑部应力而开裂 由于活性骨料一般呈均匀分布 故砼发生碱骨料的反应后 砼各部分均产生膨胀应力和变形 特别是砼在遇水情况下 其体积约膨胀3 4倍 使砼产生膨胀稣松状裂缝 碱骨料反应裂缝 2 砼发生碱骨料反应要具备三个条件 一 砼原材料中含碱量高 二 骨料中有相当的活性成分 三 有充分的水份和湿度的环境条件 当砼处于较干燥的条件 其碱骨料反应是很缓慢的 一般在若干年后才出现 但在处于潮湿和水中条件下 则在较短的时间就会出现上述反应 见图43 12 荷载作用裂缝 1 一般是由于结构物受到荷载作用 导致砼内部产生拉应力超过栓的极限抗拉强度 致使在全产生裂缝 普通钢筋砼结构受变构件 如果无特殊要求 在荷载标准值作用下是允许出现裂缝的 但其裂缝宽度在荷载长期效应组合下不得超过规范限值 实践证明 在全结构如严格按现行设计规范进行正确设计 严格按现行施 荷载作用裂缝 2 工及验收规范精心施工 在荷载标准值作用下 其裂缝宽度不会超过规范限值 砼结构的荷载作用裂缝特点是 一 裂缝出现在结构和构件的受拉区或剪拉区 二 裂缝形状多为模形裂缝 三 受弯构件在正弯矩和弯矩最大区段皆为竖向裂缝 在斜截面剪应田力最大的区段多为斜向裂缝 四 轴心受压和偏心受压柱 在荷载标准值作用下 不允许出现裂缝 如果轴心受压柱出现的劈状裂缝或局部承压裂缝 则表明该柱已接近承载力的极限状态 由于现行规范的设计准则应满足 强柱弱梁 强剪弱弯 强节弱杆 的要来 因此 在荷载标准值作用下 钢筋砼框架结构的梁柱节点核心区 框架柱和一般钢筋砼柱以及一般受弯构件的斜截面剪应力区是不允许出现裂缝的 见图44 图52 荷载作用裂缝图片一 荷载作用裂缝图片二 13 地震作用裂缝 1 在地震作用下 砼结构裂缝的严重程度与地震震级 震源深度 地震裂度 地质构造 地形地貌 场地条件 地下水分布 结构布置 结构体系 结构部位以及施工质量等诸多因素有关 在设防裂度地震作用下 砼结构主体承重构件裂缝一般比较轻微 如在结构布置相对较弱的柱头或柱根出现水平裂缝 但填充墙门窗口外多出现水平向裂缝在房屋四角墙体多了现斜向裂缝 在罕遇烈度地震作用下 往往在抗震性能相对较弱的柱头出现水平和竖向顺筋裂缝 严重时 柱头主筋弯曲 砼压碎 甚至造成梁柱节点核心区破坏 地震作用裂缝 2 特别是当地震竖向分量作用较大时 此种现象尤为严重 柱根多出现水平裂缝 钢筋砼短柱多出现交叉 形裂缝 砼框架梁缝出现在梁的两端 多呈竖向或斜向裂缝 砼楼板裂缝相对较轻 一般多出现在平面形状突出或凹进变化应力集中较大的部位 在全剪力墙一般出现交叉状的 形裂缝 在全结构的围护墙体多出现交叉状 形裂缝的或斜向及水平裂缝 见图53 图57 地震作用裂缝图片 14 火灾裂缝 1 砼在火灾高温作用下 由于受火灾表面温度升高比其内部快得多 导致砼中各种水分在不同温度下分解逸出 水分蒸发形成微小孔隙 水泥水化生成的的氢氧化钙脱水 体积膨胀 加之骨料和砂浆的的膨胀系数不同 致使砼内产生一定的内应力 从而使受火温度较高的砼表面首先开裂 并随受火温度的升高和时间的延长而不断向内部扩展 当救火时 在冷水作用下 又使砼表面骤然冷却 导致砼构件产生爆裂裂缝 火灾裂缝 2 砼火灾裂缝多呈不规则状 其裂缝严重程度与的栓的受火时间 温度高低 灭火方式及所处的部位等有一定关系 就一般钢筋结构而言 由于火灾时房间内上部温度高于下部温度 故砼结构的火灾裂缝 一般情况下以在全楼板板底裂缝最重 砼梁坎上 砼柱相对较轻 由于楼板受火面较大 故其爆裂裂分布面积较大 且多为不规则的或网状裂缝 钢筋砼梁为三面受火 故梁的底面裂缝一般重于梁的两侧重 且往往沿梁主筋方向出现纵向裂缝 严重者砼剥落 在梁底面和梁的侧面还出现横向裂缝 并伴有不规则状裂缝 钢筋砼柱则除出现顺筋裂缝外 则多呈不规则状裂缝 且具有柱上部重下部轻等特点 见图58 图60 火灾裂缝图片 火灾裂缝 3 在火灾作用下 不仅砼出现爆裂裂缝 而且在裂缝的两侧多出现的空鼓现象 15 构造裂缝 1 一般是由于砼构造措施不当导致砼产生裂缝 例如 一 在进深梁上搁置预应力空心板 当板受荷载后 板端 即支座处 产生转动变形 造成沿板端部平行于进深梁的裂缝 如果是矩形梁 则板面出现一条平行于进深梁的纵向裂缝 如果是花兰梁 则出现两条纵向裂缝 这主要是因为 设计时预应力空心板按简支板设计 但在构造的上未考虑板受荷载板板端转动变形使板端开裂所致 二 预应力空心板由于板与板间接缝构造措施和施工处理不当 导致板间接缝出现裂缝 构造裂缝 2 二 预应力空心板由于板与板间接缝构造措施和施工处理不当 导致板间接缝出现裂缝 三 跨度较大的进深梁 设计按简支计算 但未充分考虑支座实际嵌固负弯矩的作用 而导致梁端顶部出现裂缝 四 门窗洞口处 未充分考虑应力集中的影响 造成在门窗洞口角部出现应力集中裂缝 五 对于某些截面高度较大的梁 由于腰筋间距较大 导致吐梁两侧出现枣核形裂缝 六 在砼结构与砌体结构交界处 由于未考虑两种结构体在温度及收缩作用下 变形不协调 造成在两种结构体系交界处出现裂缝等 见图61 图67 构造裂缝图片 16 设计不周裂缝 1