对钢筋混凝土结构裂缝宽度限值分类及取值的意见.pdf

对 钢筋混凝土结构裂 缝宽度 限值分类及取值的意见 耐 久性 专题研究组 钢筋混凝土结构构件裂缝宽度限值 以下简称 裂宽限值 是指钢筋混凝土结构构件侧表面对应于 受拉钢筋部位的长期裂缝宽度限值 它主要用来控 制设计钢筋混凝土结构构件的最大裂缝 宽度 同时 也是衡量现有建筑工程中所采用带裂缝工作的钢筋 混凝土结构构件耐久性的重要标志之一 因此 对这 一课题的研究 无疑是具有一定的实用意义与经济 价值 我们对我国不 同温度 湿度地区如东广 海南 岛 贵州 南京 常州 兰州 济南 青岛等地进 行了工程调查 还在不同温度 湿度有代表性的地 区如贵州 济南 武汉 兰州 海南岛放置了 根带裂 缝的钢筋混凝土及预应 力钢筋混凝土成 组双梁试件 进行室内 外长期暴露试验 准 备在 年陆续进行破型 其中龄 期 年的试件已破型 此外 还制作了 根小型试件进行了干湿循环 盐水浸抱 快速碳化 等三种快速试验 因此 所提出的对钢筋混凝土结 构设计规范 一 中有关钢筋混凝土结构构 件最大裂缝宽度允许值的修改意见 是以上述试验 研究和工程调查结果 参照国 内 外 有关研究成 果 并以金属腐蚀 理论为基础 一 铜筋混扭土构件裂缝处钢筋锈蚀机理及主 要形响 因素 当钢筋混凝土构件一旦产生裂缝 在裂缝处 的 钢筋表面上的钝 化膜遭到破坏 产生电化学腐蚀 腐蚀反应如图 二 对枷筋混报土构件裂缝宽度限值分类 的愈 见 钢筋混凝土结构设计规范 一 中的分 类方法 主要问题是 分类概念不明确 分类不 合 理 从表中标题上看是按结构所处条件分 但表中 分类的内容既有按构件重要性分的因素 也有按构 件种类和环境分 的因素 如果说是把三种因素结合 起来分 但条文中并没有充分的体现这一特点 你厂认 沪肋 洲友夕一 旧 一 马 功坑 图 腐 蚀反应 经过对国内典型地区的工程调查 长期暴露试 验研究与快速试验结果 表明 在建筑工程中带裂缝 的钢筋混凝土 构件 在裂缝处钢筋的锈蚀情况 归纳 起来有三种不同的类型 第一类是处于正常无水源 的室 内 带裂缝的钢筋混凝土构件 其裂缝 宽度甚 至 大至几毫米 如调查使用七十年的构件 钢筋 上 基本不出现锈蚀 第二类是处于室外与有水源 的 室内带裂缝的钢筋混凝土构件 在不同地区的钢筋 混凝土构件裂缝处的钢筋上 都存在不同程度的锈 蚀 第三类是处于沿海大气中带裂缝的钢筋混凝土 构件 由于受到氮离子等腐蚀介质的影响 在裂缝 处钢筋上的锈蚀较为严重 综上所述 我 们认为裂缝宽度限值的分类主要 应考虑构件的耐久性 在影响耐久性的 因素中 起 关 键作用的是钢筋的锈蚀 而在通常大气条件下影 本专题的参加者有 国家建工总局四局科研所宋 绍文 许碧坚 山东省建筑科研所粱炳钦 朱安 民 甘肃省建工 局建筑科研所谭晓华 邹彦发 武汉市建工局建筑科研所骆有顺 郭 炎廷 广东 省海南建筑科研所吴坤 发 陈大铎 南京工学院 丁大 钧 庞同和 南京水利科研所邪恒权 本文 由谭晓华执笔 响钢筋锈蚀 的许多因素中 又以水 包括有溶解 氧 这一因素为主 这一因素实际反映为不同环境 条件下对裂绝处钢筋的腐蚀 因而按环境条件来分 类与裂宽限值有比较直接的关系 关于上 述原因 我们建议对于一般大气条件及 沿海建筑中的钢筋混凝土构件 其裂宽限值分为三 类 一 处于一般大气条件下室内 室内无直接 或间接水源 钢筋混凝土构件的 裂宽限值 二 处于一般大气条件下室外钢筋混 凝土构 件 构筑物和建筑物 以及室内有水源 室内有直 接或间接水源 的钢筋混凝土构件的裂宽限值 三 处于沿海大气条件下的室内 室内无直 接或间接水源 钢筋混凝土构件 处于沿海大气条 件下的室外以及有相应水源的室内 直接或间接水 源 钢筋混凝土构件 三 对处于一般大气条件下宜内 宜内无工接 或间摘水洲 栩筋混扭土构件的裂宽限位的愈见 所谓一般大气条件是指大气中不含侵蚀性气 体 对使用 年至 年的 个带裂缝的钢筋混凝土 构件的 条裂缝的调查结果表明 处于一般大气条 件下室内钢筋混凝土构件 不论其裂缝宽度大小 使用时间长短 地区涅度差异 以钢筋上不出现结 礴或水膜为限 带裂缝的钢筋混凝土构件裂缝处 的钢筋上基本未发现明显的锈蚀现象 长期暴礴试件的破型结果表明 采用 级光圆 粗钢筋配筋 保护层 厚度 裂 缝宽度 丙一 的试件 均存放在室内 在贵州 月平均相对湿度 两年后破型 在济 南 个月后破型 在武汉 个月后破型 在兰州存 放处月乎均相对泥度 三年后破型 这些 地区的破型结果基本一致 在裂缝处钥筋甚本无锈 蚀 此外 采用低碳冷拔丝配筋 保护层厚度 裂缝宽度占 的试件 均存 放在室内 在济南 年后破型 在贵州 年后破 型 结果亦一致 在裂缝处钢丝也墓本无明显锈蚀 现象 国外的一些工程调查结果也表明 在一般大气 条件下的室内 裂缝处钢筋无锈蚀 因此 我们认为 处于一般大气条件下室内钢 筋 混凝土构件的裂宽限值 从耐久性考虑 没有必 要加以限制 但考虑到现行规范有关规定的历史情 况 其对刚度 外观等其他因素的影响以及国外规 范中有关的裂宽限值 宜采取逐步放宽的办法 为 稳妥起见 目前可将一般大气条件下室内钢筋混凝 土构件裂宽限值放宽至 其中直径小于或 等于拓 炯丝配筋的构件 其 裂宽限值为 四 对处于一般大气条件下室外栩筋混扭土构 件 室内有水派 包括有间接水泣如燕气等 的栩 筋混狡土构件的获宽限位的意见 室外钢筋混凝土构件包括室外钢筋混凝土建筑 物与构筑物 室内有水源的钢筋混凝土构件 包括 有直接水源或间接水源 间接水源是指由其他地方 通向室内的蒸气等 以及涅度较大 通风不良 以 致使钢筋混凝土构件裂缝处钢筋上可能产生结落的 室内钢筋混投土构件 对使用 年至 年的 个带裂缝的钢筋混凝土 构件 条裂缝的调查结果表明 处 于一般大气条件 下室外钢筋混凝土 构件以及室内有水源的钢筋混凝 土构件 除一条裂缝宽度 用冷拔丝配 筋的钢筋混撅土构件 钢丝锈蚀较严重 钢丝断面 有所附弱外 其余裂缝处钢筋上有不同程度的表皮 锈蚀 当裂缝宽度衍 裂缝处钢筋上只有 轻微的表皮锈蚀 对长期处于一般大气条件下 在贵州 济南 武汉 兰州等地存放 年至 年的 钢 筋混凝土试 件 破型的结果表明 裂缝宽度与钢筋锈蚀之间近似成直线关系 在一般情况下裂缝深度达到钢筋 则不论裂 缝 宽度大小 姻筋就要锈蚀 裂缝宽度愈大 裂缝处 饥筋锈蚀长度和面积也相应较大 锈坑深度也较 深 近似成直线关 系 图 为兰州室外长期暴礴试 件 年 破型结果 公 住长 度 归 翻班盆 度 图 裂缝宽度与锈蚀长度关系 图 环境对钢筋锈蚀程度有比较明显的影响 在贵州 济南 兰州三地区 所存放的相同试 件存放两年左右 破型后比较其裂缝处钢筋的锈蚀 情况 可以清楚看出 由于兰州比较 干燥 年平均 相对 湿度 左右 裂缝处的钢筋 上仅发现黄 锈 只能测出锈蚀长度 测不 出锈蚀深度 济南为 中等湿度 年平均相对湿度 左右 试件破型 后裂缝处的钢筋上可测出锈蚀深度 贵州比较潮湿 年平均相对湿度 左右 当试件 的裂缝宽度 占 济南两年的锈蚀深度 年平均锈蚀深度 二 贵州两年的锈蚀 深度 年平 均锈蚀 深度 如图 所示 宽度 一种是将裂缝面局部凿开 用塞尺侧 沿保 护层厚度不同部 位裂缝宽度和接近钢筋处裂缝宽 度 另一种方法是用环氧树脂注入缝中 待树脂硬 化后破型 实测混凝土表面裂缝宽度与钢筋表面裂 缝宽度 当保护层厚度 左右 裂缝宽度街 时 实侧钢筋处 混凝土表面 裂缝宽度与钢 筋表面裂缝宽度的比值均等于 裂缝宽度 时 钢筋表面裂缝宽度有较大的增长 如 图 所示 乳 门侧二尸 们 匕 一 旦十 十 川卜 份护月 刀写刃 匆 幻 裂脸宽度 图 裂缝宽度与锈蚀深度关系图 钢材品种与锈蚀程度有关 将在青岛 济南 贵州室外大气条件下存放 至 年带裂缝的以冷拔丝 配筋的试件与以粗钢筋 配筋的试件进行破型比较 在相应钢筋部位混凝土 表面具有同样裂缝宽度情况下 实际上钢丝的保护 层较薄 钢丝表面的裂缝宽度大于钢筋表面的裂缝 宽度 冷拔丝比粗钢筋的锈蚀深度通常要大一倍 左右 这是因为直径价 的钢丝对腐蚀较为 敬感 将在兰州室外大气条件下存放 至 年 分 别以螺纹钢筋与光圆钢筋配筋进行破型比较 螺纹 钢筋锈蚀较为严重如图 这是 因为 在构 件受力 时 螺纹钢筋凸出的肋部产生局部应力集中 肋部 混凝土 由于受到局部剪 力而遭 致局部剥离 当外界 雨水浸入时 这些地方储水 致 使钢筋产生锈蚀 分别以冷拉粗钢筋与未冷拉粗钢筋配筋的带裂 缝试件 在贵州室外大气条件下 存放 年 进行破 型后 冷拉粗钢筋的锈蚀面积与锈蚀深度均 较未冷 拉钢筋为严重 如图 所示 裂缝宽度与保护层厚度的关 系 采用两种方法测 表面裂缝 宽度与钢筋处裂缝 琪绘宽 底 图 在钢筋部位裂缝宽度沿裂缝深度的变化图 梁底与梁侧钢筋水平位置处相应混 凝土表面裂 缝宽度存在一定关系 当缝裂宽度 梁 侧钢筋水乎位置与梁底裂缝宽度之比为 当 裂缝宽度占 二 其比值为 采用干湿循环与快速碳化两种快速试脸方法 均得出与上 述长期暴礴试验 基本一致的结果 国外大 多数研究 者 认为 当裂缝 宽 度 衍 时 钢筋会出现锈蚀 少数研究者认为 占 时 不会 出现锈蚀 但普遍认 为 裂缝宽度 占 时 即使出现 锈蚀 锈 蚀也不严重 对于钢筋锈蚀的发展问题 得出如下 两点结论 裂缝处钢筋上的锈蚀速度随时间的增 长而减慢 钢筋的年平均锈蚀深度 随裂缝 宽 度 钢筋直径 环境条件而异 年平均锈蚀 深 度 年 年之间 根据调查和试验结果 参考国外有关资料 对 处于一般大气 条件下室外钢 筋混凝土构件 室内有 水源 包括有间接水源 如燕气等 的钢筋混凝土构 件的裂宽限值 建议粗钢筋配筋的构 件为 这个限值的含义是 在这种环境 条件下 当缝裂宽 度衍 时 在使用期 内 裂缝处钢筋的锈 蚀不致明显削弱钢筋 的截面 对大多数地区来 说 总的看来比较偏严 这是考虑了我国气候 环 端姚叫帅 咖 咐 哪 四 免 独裸 度帅 海上大气砚趁试件栩筋 性农 年 裂缘宽度 检查悯筋 中已锈根 数 总根 数 份蚀面积 份蚀坑深 沿 化 裂绝 深 故 度 种悯 篮 筋 仑 息 玉 卫 几 丙 二 吹 曰一 丹 一 几 内 矛 口 夕 盆 矛 口了户 嘴几 勺 勺舀 目 甘甘 二 几 山 工 性 山 甘 几 上 了 了 二 矛户 八 古 几 勺 合 一 占 口乙 卜户尸以以卜 一 自 肠 境条件变化较大 使之在最不利的地方如贵州也能 适用 加之我们对裂宽限值的研究工作时间尚短 故宜采取稳妥的方针 考虑到细钢丝对腐蚀较为教 感 建议对价 钢丝配筋的钢筋混提土构件 裂缝宽度限值定为 五 对处干沿海大气奈件下的宜内 宜内无宜 续或间接水派 们筋混扭土构件 处于大气余件下 的宜外棍筋混趁土构件以及有相应水汀的宜内 宜 内有宜接或间接水派 铆筋混扭土构件的砚宜限位 的意见 所谓 沿海 部位 主要指位于沿海岸边陆上 的钢筋混提土建筑物或构筑物 处于海洋大气中带 裂缝的钢筋混凝土构件 在裂缝处钥筋上的锈蚀情 况与一般大气环境相比 较为严重 因为海水中含 有氮化钠 实际上它是一种溶质为撅离子与钠离子 为主 的稀 电解质溶液 处于沿海大气条件下无水滋 的室内 虽然不直接受海水的侵袭 但是考虑到接 近沿海的室 内空气通常湿度较大 在一定温度下 当通风不良时 形成凝结水的可能性较高 情况比 一般大气条件无水源的室内较为不利 因而将其划 归于此类限值 调查了沿海大气条件下的室外和有水源的室内 的带裂缝的钢筋混凝土构件并对在海南岛存 放 室 内 外两年左右长期暴露试件进行破型 调查和试 验结果表明 直接建造在海边的建筑物 由于海水 冲击或盐雾的影响 且受太阳暴晒及干很循环 促 使钢筋加速锈蚀 并使混凝土娜裂而产生顺筋裂缝 纵向裂缝 离海较远的建筑物 其室内带裂缝 钢筋混凝土构件上裂缝处钢筋并不锈 室外构件裂 缝处钢筋的锈蚀也并不严重 这是因为 首先它不 直接受到海水及盐雾影响 其次是海南岛虽然年乎 均相对湿度在8 5 左右 但经常有较大的海风 且 日照很强 不易形成凝结水 即使裂缝处钢筋接触 到水 也易蒸发 因而在裂缝处的钥筋部位 锈蚀 并不严重 南京水科所将带裂缝的钢筋混凝土试件安放在 距海边 10 0 m室外的平房屋顶上 长期暴礴观察 十年后 的破型结果如下表所列 由表 可见 十年后破型结果 当裂缝宽度匀 0 lm m时 28 根钢筋全部未锈 当 8 0 15m m 时 7 根钢筋中有5根锈蚀 占7 0 左右 年平均 锈坑深度 0 0 l l mm 年 锈蚀情况比较轻微 当占 二 2 2 5 mm 2 根钢筋普追存在不同程 级 曦姻 16Mn 钢 811 注 保护层厚 度4厘米 钢筋直径为6奄米 度的 锈蚀 锈蚀情祝相对有较大增长 总的看来 仍有裂缝宽度越大 钢筋锈蚀越严重的趋势 采用盐水浸饱 模拟此种环境条件下的快速试 验 钢筋的锈蚀情况比干沮循环快速试验的结果较 为严重 日本关博 在海水及感潮部位暴露9年 赤垠雄三 在海岸边放置4年 以及苏联阿瓦科夫 在1 盆化钠溶液中进行快速试验 等的试验研 究 结果均表明 在此条件下 当裂缝宽度为0 1 0 2m m 时 钢筋虽有锈蚀 但并不严重 苏联阿 历克塞耶夫的快速试验结果表明 裂 缝宽度 8 二 1 5 2m m 时 钢筋锈蚀却比较严重 根据工程调查和试验结果 并参考国内 外有 关资料 可 以看出 在此种条件下钢