混凝土结构损伤与裂缝(辽宁)修改稿

1、混凝土结构混凝土结构损伤与裂缝分析损伤与裂缝分析 哈尔滨工业大学 教授辽宁大通公路技朮公司 顾问张树仁混凝土结构损伤与裂缝分折 混凝土结构的耐久性是指结构对气候作用、化学侵蚀、物理作用或任何其它破坏过程的抵抗能力。 在役桥梁结构随着使用时间的延续，受结构使用条件及环境侵蚀等因素的影响，加之设计和施工的不当，将发生材料老化与结构损伤，这是一个不可逆的过程，这种损伤的累积将导致结构性能劣化，承载力下降和耐久性降低。混凝土结构损伤与裂缝分析 外界环境因素对混凝土结构的破坏是环境因素对混凝土结构物理化学作用的结果。环境因素引起的混凝土结构损伤或破坏主要有： 混凝土碳化； 氯离子侵蚀； 碱骨料反应； 冻

2、融循环破坏； 钢筋腐蚀。一、环境因素引起的混凝土结构损伤1、混凝土的碳化混凝土碳化是指混凝土中的氢氧化钙（Ca(OH)2）与渗透进混凝土中的二氧化碳（CO2）或其他酸性气体发生化学反应的过程。混凝土碳化可用下列化学式表示：CO2+H2OH2CO3Ca(OH)2+H2CO3CaCO3+2H2O （1）一、环境因素引起的混凝土结构损伤 碳化的实质是混凝土的中性化。水泥在水化过程中生成大量的氢氧化钙，使混凝土内部的孔隙中充满了饱和氢氧化钙溶液，其pH值为1213。在这样高的碱性环境中埋置的钢筋容易发生钝化作用，使钢筋表面生成一层难溶的三氧化二铁（Fe2O3）和四氧化三铁（Fe3O4），通常称为钝化膜

3、，能够阻止混凝土中钢筋的腐蚀。当有二氧化碳和水气从表面通过孔隙进入混凝土内部时，和混凝土中的碱性物质中和，会导致混凝土的pH值降低。当pH值小于9时，埋置于混凝土中的钢筋表面的钝化膜被逐渐破坏，在水分和其它有害介质侵入的情况下，钢筋就会发生腐蚀。一、环境因素引起的混凝土结构损伤 混凝土碳化特征曲线是表征混凝土碳化深度随时间的变化规律。国内外大量的研究资料表明，在非侵蚀性介质的正常大气条件下，混凝土碳化特征曲线可用幂函数方程表示。 （2）式中：D混凝土碳化深度； t混凝土碳化龄期； 碳化速度系数。Dt一、环境因素引起的混凝土结构损伤 混凝土碳化深度测量是桥梁检测的重要工作内容之一，通常采用在混凝

4、土表面点滴1%的酚酞溶液的方法测试，未碳化的混凝土与酚酞液反量呈粉红色。 在实际工作中，可通过对使用若干年后结构大量的实测碳化深度的统计分析，推算钢筋的混凝土保护层完全（或部分）碳化的时间，预测钢筋可能产生锈腐的时间，为结构的耐久性评估提供必要的基础资料。 。某一钢筋混凝土桥使用16年后实测混凝土深度为20mm，若保护层厚度分到为25mm、30mm和40mm，达到保护层完全碳化，钢筋开始腐蚀的剩余使用寿命为多少年? 20165 保护层c25mm完全碳化所需时间为: t=(25/5)2=25年, 剩余寿命为25-16=9年 保护层c30mm完全碳化所需时间为: t=(30/5)2=36年, 剩余

5、寿命为36-16=20年保护层c40mm完全碳化所需时间为:t=(40/5)2=64年, 剩余寿命为64-16=48年2、氯离子侵蚀混凝土是一种耐久性较好的建筑材料，但在化学侵蚀介质的作用下，它保持自身能力是较差的。对桥梁及港工结构而言，最危险的化学侵蚀是氯离子的侵蚀。一、环境因素引起的混凝土结构损伤2.1氯离子存在的广泛性 一般硅酸盐水泥本身只含有少量的氯化物。若在混凝土拌制时加入了含氯化物的减水剂，掺入用海水淬冷的高炉矿渣或使用海水排湿的粉煤灰等，均可能会使混凝土含有相当多的氯化物。就大多数情况而言，氯化物对混凝土结构的侵蚀是氯离子从外界环境侵入已硬化的混凝土造成的。一、环境因素引起的混凝

6、土结构损伤 海水是氯离子的主要来源，海水中通常含有3%的盐，其中主要是氯离子。海风、海雾中也含有氯离子，海砂中更含有一定量的氯离子。我国的海岸线长，大规模基本建设多集中在沿海地区，尤其是海洋工程，如码头、护坡和防堤等由氯离子侵入引起的钢筋腐蚀破坏是十分突出的。同时，沿海地区已经出现河砂匮乏的情况，不经技术处理就使用海砂的现象日趋严重。国外的工程经验和教训表明，海水、海风和海雾中的氯离子和不合理地使用海砂是影响混凝土结构耐久性的重要原因之一。 近半个世纪以来，世界各国公路交通发展迅猛，为了保证交通畅通，冬季向道路、桥梁桥面撒盐化雪除冰，使得氯离子渗透到混凝土之中，引起钢筋腐蚀。我国北方地区大量使

7、用氯化钠、氯化钙化雪除冰，由于氯离子除冰性能好，价格便宜，从经济角度考虑，短时期内很难取消使用撒盐除冰的方法，不少地方还将继续使用。对此类人为造成的氯离子环境的腐蚀危害，必须采取防盐腐蚀的技术措施。2.2 氯离子对混凝土结构的危害 氯离子对混凝土结构的危害是多方面的，但最终表现为钢筋的腐蚀。 我国早期修建的港工和桥梁结构，混凝土强度等级低、抗渗性差，由于氯化物侵蚀造成钢筋蚀腐破坏的情况是触目惊心的。混凝土遭受氯化物的侵蚀，形成大量可溶性盐类，并在混凝土的孔隙和毛细孔中反复积聚，引起膨胀性反应，使混凝土的孔隙加大，或出现裂缝。加大了氯化物渗入混凝土内部的通道，导致钢筋腐蚀。钢筋腐蚀后出现锈胀裂缝

8、又会进一步加大氯离子侵入混凝土内部的通道，导致钢筋腐蚀加剧，如此恶性循环，最终造成钢筋的严重腐蚀破坏。一、环境因素引起的混凝土结构损伤 对桥梁结构特别是城市立交而言，来自海洋环境和除冰盐的氯化物侵蚀而引起的钢筋腐蚀是严重威胁混凝土结构耐久性最主要和最普遍的病害，已造成了巨大的损失，应引起设计、施工及养护管理部门极大的重视。 钢筋周围混凝土未碳化，钢筋锈蚀是由于氯离子引起3、混凝土的碱骨料反应3.1 碱骨料反应作用机理 碱骨料反应是指混凝土中某些活性矿物骨料与混凝土孔隙中的碱性溶液之间发生的反应。碱骨料反应的类型与骨料活性成份有关，最常见的是碱 硅酸反应。 碱 硅酸反应是二氧化硅在骨料颗粒表面溶

9、解，逐渐形成硅酸盐凝胶。硅酸盐凝胶具有粘性，吸水后体积膨胀3-4倍，将引起混凝土开裂破坏。3.3 碱骨料反应的破坏特征 碱骨料反应破坏的最重要特征之一是混凝土表面开裂。碱骨料反应产生的裂缝形态与结构中钢筋形成的限制和约束状态有关。钢筋限制约束力强的混凝土，碱骨料反应形成的裂缝为顺筋裂缝；限制约束作用弱的混凝土，碱骨料反应形成的裂缝为网状或地图状裂缝。另外，碱骨料反应引起混凝土开裂的同时出现局部膨胀，以至使裂缝边缘出现不平的错台状态，这是碱骨料反应裂缝所特有的现象。 在工程病实诊断时，应注意碱骨料反应裂缝与混凝土收缩裂缝的区别。混凝土的收缩也会出现网状裂缝，但出现的时间较早；碱骨料反应裂缝出现较

10、晚，多数在施工后数年甚至十几年后出现。收缩裂缝和碱骨料反应裂缝均与环境温度有关：环境越干燥收缩裂缝越大，而碱骨料反应裂缝则是随着环境湿度的增大而发展。碱骨料反应裂缝首先出现在同一工程相同混凝土的潮湿部位，而干燥部位却安然无恙，这是碱骨料反应裂缝与其他原因裂缝最明显的外观特征差别之一。 杭州清泰门立门桥骨料膨胀病害 杭州清泰门立交桥端横隔板由于碱 活性骨料膨胀引起的裂缝形态。 杭州清泰门立交桥西部第七孔和第八孔实景 清泰门立交桥西部第七孔和第八孔之间伸缩缝西侧第七孔端横梁底裂缝 清泰门立交桥第七孔端横梁裂缝形态 清泰门立交桥第八孔端横梁底裂缝形态 清泰门立交桥第七孔端横梁凿入内部发现碱骨料反映特

11、征变质辉绿岩外圈产生白色反应环 清泰门立交桥第七孔端横梁内部层离状裂缝形态 空心板梁梁底因骨料膨胀而产生冲剪裂缝形态，放射形裂缝交点内部有一膨胀源（膨胀骨料） 北京平谷刚架桥桥墩裂缝分析具备碱骨料反应特征具备碱骨料反应特征 1 该桥建成8年后发现桥墩出现裂缝 2 桥墩漏水严重,桥台无漏水现象，未有裂缝 3裂缝表面不平,有错台 4 混凝土设计标号为15号,还渗有大量片石,混凝土密实度差 3.4 碱骨料反应对混凝土结构的危害 碱骨料反应引起的混凝土结构破坏的发展速度和破坏程度，比其他耐久性破坏更快、更严重。混凝土发生碱骨料反应时，一般不到两年就会出现明显开裂。出现裂缝后，空气、二氧化碳的侵入会使混

12、凝土碳化和钢筋腐蚀速度加快。在寒冷地区，混凝土出现裂缝后，又会使冻融破坏加速，这样就造成混凝土工程的综合性破坏。 碱骨料反应是导致混凝土耐久性能丧失的一项重要因素，它与其他破坏因素如冻融，干湿交替，钢筋腐蚀等因素形成的危害往往同时发生。碱骨料反应造成的最大危害是推波助澜，助长其他耐久性破坏作用加速，产生破坏的协同效应。碱骨料反应一旦发生，就很难控制，还会加速其他耐久性破坏过程，所以，有时也称碱骨料破坏是混凝土结构的“癌症”。3.5 碱骨料的防止 对付碱骨料反应重在预防，因为混凝土结构一旦发生碱骨料破坏，目前还没有什么可靠的修补措施。 防止混凝土碱骨料反应应采用综合手段，从根本上加以解决； 选用

13、含碱量低的水泥，水泥的含碱量不应大于0.6%； 不使用碱活性大的骨料； 在混凝土中掺入适量的火山灰活性细掺料； 选用不含碱或含碱量低的化学外加剂； 通过各种措施，保证混凝土的总含碱量不大于3kg/m3； 提高混凝土密实度或采用复合纤维混凝土，增强混凝土抗渗性，阻止水分的侵入。4、混凝土的冻害 混凝土早期受冻使混凝土表面爆裂，强度损失严重，对结构的承载力和耐久性影响很大。处于寒冷潮湿环境的混凝土在冻融循环的反复作用下，将引起混凝土表层剥落和开裂，对结构的耐久性危害很大。北方地区公路撒盐除冰，由于盐类化合物与冻融循环共同作用引起的盐冻破坏是一种最严重的冻融破坏，共破坏程度和速率比普通冻融破坏要大得

14、变。4.1 混凝土冻融破坏机理 由于混凝土冻害的复杂性，目前国内外对混凝土冻融破坏机理的认识还不够统一。一般认为水泥浆体中的孔隙水结冰膨胀是引起混凝土冻害破坏的根本原因。水结冰时产生9%的体积膨胀，如果混凝土的孔隙中完全充满水，这么大的膨胀足以使混凝土开裂破坏。4.2 混凝土冻融破坏的特征 冻融破坏的特征是混凝土剥落，在混凝土表面出现粒径23mm的小片剥落，随着使用年限的增加，剥落量及剥落粒径增大，剥落由表及里。剥落一经开始，发展的速度是很快的。最典型的冻融破坏实例如黑龙江省某电厂的冷却塔，从建成到发现混凝土表层小颗粒剥落只有12年，从小颗粒剥落到大颗粒剥落乃至整个保护层破坏，完全丧失承载能力

15、也只有2年左右。 北方地区处于水位变化处的混凝土桥墩，冻融破坏较为普遍，表层混凝土剥落，剥蚀破坏由表及里，发展很快，减小了截面尺寸，影响结构安全。混凝土冻融破坏发展速度快，一经发现冻融剥落，必须密切注意剥蚀的发展情况，及时采取修补和补强措施。 盐冻破坏主要出现在道路和桥梁工程中，根据大量的现场调查和实验室试验结果，盐冻破坏区别于其他破坏形式的主要特征是：、表面分层剥落，骨料暴露，但剥落层下面的混凝土完好，传统的钻芯取样实测强度不低；、破坏速率快，对未采用防盐冻措施而使用除冰盐者，少则一冬，多则数冬，即可产生严重盐冻破坏；、在没有干扰的剥蚀表面或裂缝中可见到白色盐结晶体（以氯盐为主）。河北保津高

16、速公路大清河大桥桥面铺装层破坏情况（铺装层混凝土表层剥落，钢筋外露，腐蚀严重）4.4 采用引气混凝土技术是提高混凝土抗冻耐 久性的重要措施 国内外大量的研究表明，掺入引气剂的混凝土抗冻耐久性明显提高，这是因为引气剂形成的互不连通的微细气孔在混凝土受冻初期能使毛细孔中的静水压力减小。在混凝土受冻结冰过程中，这些孔隙可以阻止或抑制水泥浆中微小冰体的形成。 引气混凝土是成熟技术，国外已广泛采用，我国水工和港工结构引气混凝土的应用较多。 我国在应用引气混凝土技术方面与国外差距较大，是造成混凝土结构耐久性差的主要原因之一。特别是在北方寒冷地区的道路与桥梁工程，尽快推广使用引气混凝土，对提高结构的抗冻耐久

17、性具有十分重要的意义。5、钢筋腐蚀 大量的工程实践表明，钢筋的腐蚀是影响钢筋混凝土结构耐久性的主要因素。处于干燥环境下，混凝土碳化速度缓慢，具有良好保护层的钢筋混凝土结构一般不会发生钢筋腐蚀；而处于潮湿的或有侵蚀介质（例如氯离子）的环境中，混凝土将加速碳化，钢筋钝化膜逐渐破坏，钢筋将逐渐腐蚀,最终将导致结构的严重破坏。钢筋腐蚀伴随有体积膨胀，使混凝土表面出现顺筋裂缝（爆裂），造成钢筋与混凝土之间粘着力的破坏，钢筋截面面积减少，构件承载力降低，变形和裂缝增大等一系列不良后果，并随着时间的推移，腐蚀会逐渐恶化，最终可能导致结构的完全破坏。 四川路桥箱体腹板和顶板钢筋大面积锈蚀而崩裂混凝土保护层图2

18、8-a 腹板钢筋锈蚀崩裂混凝土表面 盖梁箍筋锈蚀 立柱锈胀裂缝 延庆县滴水湖桥板影响钢筋腐蚀的因素 混凝土结构中的钢筋腐蚀受许多因素影响，其中主要包括：混凝土的液相组成（pH值及Cl含量）、混凝土密实度、保护层厚度及完好性和外部环境等。、混凝土液相pH值 钢筋腐蚀速度与混凝土液相pH值有密切关系，当pH值大于10时，钢筋腐蚀速度很小；当pH值小于4时，钢筋腐蚀速度急剧增加。、混凝土中氯离子Cl含量 混凝土中氯离子Cl含量对钢筋腐蚀的影响极大。一般情况下，钢筋混凝土中氯盐掺量应少于水泥重量的1%，掺氯盐的混凝土必须振捣密实，且不宜采用蒸汽养护。、混凝土的密实度和保护层厚度 混凝土对钢筋的保护作用

19、包括两个方面：一是混凝土的高碱性使钢筋表面形成钝化膜；二是保护层对外界腐蚀介质、氧气和水分等渗入的阻止。后一种作用主要取决于混凝土的密实度及保护层厚度。、混凝土保护层的完好性 混凝土保护层的完好性是指混凝土是否开裂，有无蜂窝、孔洞等。混凝土裂缝对钢筋腐蚀有明显影响，特别是对处于潮湿环境或腐蚀介质中的混凝土影响更大。许多调查表明，在潮湿环境中使用的混凝土结构，裂缝宽度达0.2mm时，即可引起钢筋腐蚀。、粉煤灰等掺合料的数量 粉煤灰等矿物掺合料能降低混凝土的碱性，从这种意义上讲可能会影响混凝土结构的耐久性。但是，国内外许多研究表明，在掺有优质粉煤灰等掺合料时，在降低混凝土碱性的同时，能提高混凝土的

20、密实度，改变混凝土内部孔隙结构，从而能阻止外界腐蚀介质、氧气和水分的渗入，这无疑对防止钢筋腐蚀是十分有利的。近年来，我国的研究工作还表明，掺入粉煤灰可以增强混凝土抵抗杂散电流对钢筋的腐蚀作用。因此，综合考虑上述效应，可以认为在混凝土中掺入符合标准的粉煤灰，不但不会影响混凝土结构的耐久性，有时反而会提高混凝土结构的耐久性。、环境条件 环境条件如温度、湿度及干湿交替作用、海水飞溅、海盐渗透等是引起钢筋腐蚀的外在因素，对混凝土结构中钢筋的腐蚀有明显影响。特别是混凝土自身保护能力不合要求或混凝土保护层有裂缝等缺陷时，外界因素的影响更为突出。许多实际调查表明，混凝土在潮湿及腐蚀介质中的使用寿命要比干燥环

21、境及无腐蚀介质情况下减少23倍。、钢筋应力状态 钢筋的应力状态对其腐蚀的影响很大，应力腐蚀比一般腐蚀更危险。钢筋的应力腐蚀一般是先形成腐蚀坑，造成应力集中产生裂纹源，进一步发展造成裂纹尖端部位材料的脆化，引起裂纹扩展，最终导致钢筋断裂。钢筋应力越高，应力腐蚀的敏感性越大。 二 混凝土结构裂缝分析 1、混凝土结构裂缝类型和成因混凝土结构裂缝类型和成因 混凝土结构的裂缝是由材料内部的初始缺陷、微裂缝的扩展而引起的。引起裂缝的原因很多，可归纳为两大类： 第一类：由外荷载引起的裂缝，称为结构性裂缝（又称为荷载裂缝），其裂缝的分布及宽度与外荷载有关。 第二类：由变形引起的裂缝，称为非结构性裂缝（又称非荷

22、载裂缝），如温度变化、混凝土收缩等因素引起的结构变形受到限制时，在结构内部就会产生自应力，当自应力达到混凝土抗拉强度极限值时，就会引起混凝土裂缝。裂缝一旦出现，变形得到释放，自应力也就消失了。二 混凝土结构裂缝分析 两类裂缝有明显的区别，危害效果也不相同。调查资料表明，在两类裂缝中以变形引起的裂缝占主导的约占80%，以荷载引起的裂缝占主导的约占20%，有时两类裂缝融在一起。对裂缝原因的分析是裂缝危害性评定、裂缝修补和加固的依据，若对裂缝不经分析研究就盲目进行处理，不仅达不到预期的效果，还可能潜藏着突发性事故的危险。1.1 结构性裂缝（荷载裂缝） 结构性裂缝是由于结构受到外荷载的作用，导致混凝土

23、内部产生的拉应力达到混凝土的极限拉强度，使混凝土产生的裂缝。 对于桥梁工程中大量采用受弯构件而言，结构性裂缝主要表现为弯曲裂缝和剪切裂缝两种形式。二 混凝土结构裂缝分析 11.1弯曲裂缝 弯曲裂缝是指在弯短作用下，因拉应力过大而产生的裂缝。一般出现在承受弯矩较大梁段的受拉区，如简支梁跨中梁段下缘受拉区，连续梁跨中梁段下缘和支座处上缘的受拉区。对纵向受力钢筋配置较少的个别部分，也有可能因拉应力过大产生弯曲裂缝。二 混凝土结构裂缝分析 对板梁桥（实心板梁，空心板梁）而言，由拉应力过大而产生的弯曲裂缝，一般表现为在板的跨中梁段底面出现若干条大致平行分布的横桥向裂缝。对T梁桥（或箱梁桥）而言，由拉应力

24、过大而产生的弯曲裂缝，一般表现为在梁的跨中梁段的腹板（梁肋）上出现若干条大致平行布置，且与底面贯通的竖直裂缝。竖直裂缝在腹板（梁肋）上的延伸长度一般不超过梁高的一半。 图3 所示为钢筋混凝土简支梁的典型结构性裂缝分布示意图。图中所示的跨中截面附近下缘受拉区由拉应力引起的竖向裂缝，是最常见的结构弯曲性裂缝。在正常设计和使用情况下，裂缝宽度不大，间距较密，分布均匀。212北京后苏公路月牙河桥主要病害：横向裂缝。 怀柔京加路安洲坝桥跨中多条裂缝 北京后苏公路月牙河桥主要病害：横向裂缝。 预加应力不足引起裂缝预加应力不足引起裂缝 预加应力不足，会导致混凝土结构提前出现裂缝，图为上海中山西路三号桥由于对

25、箱梁剪滞效应估计不足，而导致预加应力不足，由此产生正截面裂缝。 上海中山西路三号桥由于预加应力不足引起箱梁底板下缘裂缝 红光跨线桥红光跨线桥 3-6号底板纵向、横向裂缝号底板纵向、横向裂缝 辽宁辽宁 红光跨线桥红光跨线桥 3-6号底板纵向、横向裂缝号底板纵向、横向裂缝 1.1.2剪切裂缝 剪切裂缝是指在剪力或剪力与弯矩共同作用下，因主拉应力过大在腹板（梁肋）两侧产生的斜裂缝，一般出现在承受剪力较大的支点附近截面及同时承受剪力和弯矩均较大的梁段。另外，梁的抗剪配筋薄弱处也可能出现剪切斜裂缝。图3中为简支T梁桥腹板出现的剪切斜裂缝。辽宁某高速公咯 K36+990小桥小桥 1-7 号腹板斜向裂缝号腹

26、板斜向裂缝 剪切斜裂缝的特征是在腹板（梁肋）两侧基本上对称布置，倾斜角度为30- 50，倾斜方向与主压应力迹线方向一致（即与斜筋布置方向相垂直）。大致在梁高一半处裂缝宽度最大。靠近支点附近截面的斜裂缝向下延伸长度不大，一般不与底面贯通。跨径内梁段受弯矩的影响较大，斜裂缝向下延伸长度较大，有可能与底面贯通，形成弯剪斜裂缝。 预应力混凝土锚下应力集中引起裂缝预应力混凝土锚下应力集中引起裂缝 由于预应梁在张拉时，若混凝土强度未达到一定要求，或锚下配置抗应力集中钢筋不足时，就会出现距锚具一定距离产生顺应力钢筋方向的纵向裂缝。 某桥预应力横梁端部产生明显的锚下应力集中裂缝1.2非结构性裂缝 混凝土的非结

27、构性裂缝根据其形成的时间可分为：混凝土硬化前裂缝、硬化过程裂缝和完全硬化后裂缝。非结构性裂缝的产生受混凝土材料组成、浇筑方法、养护条件和使用环境等多种因素影响。1.2.1、收缩裂缝 在混凝土凝固过程中，混凝土中多余水分蒸发，体积缩小称为干燥收缩（干缩）。同时，水泥和水发生水化作用逐渐硬化而形成的水泥骨架不断紧密，体积缩小，称为塑性收缩（凝缩）。收缩中以干缩为主，占总收缩量的8090。收缩量随时间增长而不断加大，初期收缩较快，尔后日趋缓慢。普通混凝土在标准状态下的极限收缩变形约为0.0000324。1.2.1.1 塑性收缩裂缝 塑性收塑裂缝是指混凝土浇筑后，在硬化前由于塑性收缩导致的裂缝。 塑性

28、收缩裂缝产生的原因在于混凝土表面干燥速度远大于内部，面层混凝土迅速失水结硬，收缩大，变形受到内部约束时产生的拉应力导致混土开裂。因此，塑性收缩裂缝均在表面出现，裂缝形状不规则，多为横向，长度在50-1000mm之间，间距50-90mm,宽度在0.5-2mm左右，细而多且互不贯通。 混凝土塑性收缩裂缝在体表比小的板式结构中最为普遍，天气炎热、蒸发量大或混凝土本身水化热高都是产生塑性裂缝的直接原因。实测结果表明，当混凝土拌和物表面失水速度大于0.5kg/m3.h时，极易产生塑性收缩裂缝。实际施工中，加强覆盖，及时洒水养护，都可有效减少塑性收缩裂缝的产生。采取二次搓毛压平措施，对已形成的塑性收缩裂缝

29、有良好的愈合作用。1.2.1.1 干燥收缩裂缝 干燥收缩裂缝是指混凝土干燥收缩变形导致的裂缝。 干燥收缩变形是混凝土凝结硬化后由于含水孔隙失水导致的体积收缩，混凝土内部和环境之间存在的湿度梯度是水分迁移的驱动力。 混凝土成形后，表面水份蒸发，这种水份蒸发总是由表及里逐步发展，截面上湿度形成梯度，内外干缩量不一样，当混凝土表面收缩变形受到混凝土内部约束或其他约束限制时，即在混凝土中产生拉应力，当拉应力达到混凝土的极限拉强度时，即出现干燥收缩裂缝。 普通混凝土干燥收缩随时间的发展存在一定规律，通常半个月可完成收缩终值的10%-25%；3个月完成50%-60%；1年完成75%-80%，因此，混凝土结

30、构的干燥收缩裂缝通常在1年左右开始出现。混凝土结构的干燥收缩裂缝总是在拉应力集中部位或结构最薄弱部位首先出现，并与拉应力聚集的方向垂直。 视结构约束条件以及配筋形式的不同，干燥收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1条的裂缝，其中以后者居多，多为枣核形，最初表现为不贯穿的表面裂缝，随后大部分裂缝都将逐渐演化为贯穿型裂缝。裂缝宽度通常在0.1-0.5mm，严重时可达0.5-1.5mm。实际工程中，这种干燥收缩裂缝多出现于纵向长度较大或体积表面积比较大的结构。腹板收缩裂缝腹板收缩裂缝图图4：深圳泥岗立交匝道桥腹板收缩裂缝示意图：深圳泥岗立交匝道桥腹板收缩裂

31、缝示意图 12.2 温度裂缝 钢筋混凝土结构随着温度变化将产生热胀冷缩变形，这种温度变形受到约束时，在混凝土内部就会产生拉应力，当此拉应力达到混凝土的抗拉强度极限值时，即会引起混凝土裂缝。这种裂缝称为温度裂缝。按结构的温度场不同、温度变形、温度应力不同，温度裂缝可分为三种类型：12.2.1 截面均匀温差裂缝一般桥梁结构为杆件体系长细结构，当温度变化时，构件截面受到均匀温差的作用，可忽略横截面两个方向的变形，只考虑沿梁长度方向的温度变形，当这种变形受到约束时，在混凝土内部就会产生拉应力，出现裂缝。例如：连续梁预留伸缩缝的伸缩量过小或有施工散落的混凝土碎块等杂物嵌入伸缩缝或堆集于支座处的杂物没有及

32、时清理，使伸缩缝和支座失灵等，当温度急剧变化时，结构伸长受到约束，就会出现这种截面均匀温差裂缝，严重者还可能造成墩台的破坏。12.2.2 截面上、下温差裂缝 以桥梁结构中大量采用的箱形梁为例，当外界温度骤然变化时，会造成箱内外的温度差，考虑到桥梁为长细结构，可以认为在沿梁长方向箱内外的温差是一致的，沿横向也没有温差。将三维热传问题简化为沿梁的竖向温度梯度来处理，一般假设梁的截面高度方向、温差呈线性变化。 在这种温差作用下，梁不但有轴向变形，还伴随产生弯曲变形。梁的弯曲变形在超静定结构中不但引起结构的位移，而且因多余约束存在，还要产生结构内部温度应力。当上、下温差变形产生的应力达到混凝土抗拉强度

33、极限值时，混凝土就要出现裂缝，这种裂缝称为截面上、下温差裂缝。12.2.3截面内外温差裂缝 水泥在水化过程中产生一定的水化热，其大部分热量是在水泥浇注后3天以内放出的。大体积混凝土产生的大量水化热不容易散发，内部温度不断上升，而混凝土表层散热较快，使截面内部产生非线性温度差。另外，预制构件采用蒸气养生时，由于混凝土升温或降温过快，致使混凝土表面剧烈升温或降温，也会使截面内部产生非线性温度差。 在这种截面温差作用下，结构将产生弯曲变形，且符合平截面假设，截面纵向纤维因温差的伸长将受到约束，产生温度自应力。对超静定结构还会产生阻止挠曲变形的约束应力。有时此温度应力是相当大的，尤其是混凝土早期强度比

34、较低时，很容易造成混凝土裂缝。混凝土温度裂缝的分布特征：裂缝发生在板上时，多为贯穿裂缝；发生在梁上多为表面裂缝。梁板式结构或长度较大的结构，裂缝多是平行于短边。大面积结构（例如桥面铺装）裂缝多是纵横交错。裂缝宽度大小不一，一般在0.5mm以下，且沿结构全长没有多大变化。预防温度裂缝的主要措施预防温度裂缝的主要措施 预防温度裂缝的主要措施是合理设置温度伸缩缝，在混凝土组成材料中掺入适量的磨细粉煤灰，减少水化热，加强混凝土养护，严格控制升温和降温速度。2、裂缝对混凝土耐久性的影响 特别需要指出的是，不论何种原因产生的裂缝，都会对混凝土结构的耐久性造成影响。钢筋混凝土结构的裂缝与钢筋的腐蚀相互作用。

35、钢筋腐蚀与混凝土的碳化、氯离子侵蚀以及水分、氧气的存在条件是分不开的，而提供这种条件的通道一个是毛细孔道，另一个是裂缝，其中裂缝对钢筋腐蚀的影响更大。混凝土开裂后，钢筋的腐蚀速度将大大加快，钢筋腐蚀后，生成的腐蚀物体积膨胀，产生顺筋裂缝，由于裂缝的进一步扩展提供了使侵蚀破坏作用逐步升级、混凝土耐久性不断下降的渠道，形成导致混凝土结构耐久性进一步退化的恶性循环。3、混凝土结构裂缝实例分析 混凝土结构裂缝分析是非常复杂的问题。首先应区分结构性裂缝与非结构性裂缝。对结构性裂缝的判断，应以结构受力分析为基点，综合考虑结构设计、施工和养护管理情况的影响，找出产生裂缝的受力机理；对非结构性裂缝的判断，应综

36、合考虑结构施工和使用期间环境因素影响和材料组成分析及构造细节处理情况。在实际工程中有些裂缝是由多种因素综合作用产生的，分析时应特别注意综合考虑具体分析。 3.1、河北省京沪高速漳卫新河岔河大桥预、河北省京沪高速漳卫新河岔河大桥预应力混凝土箱梁底板裂缝分析应力混凝土箱梁底板裂缝分析 漳卫新河岔河大桥上部结构为630m+730m+630m预应力混凝土连续刚构箱梁。2000年12月竣工通车。2004年7月检测发现，箱梁底板出现大量的横向裂缝，其中以第一联第六跨和第三联第一跨裂缝最为严重，裂缝集中分布在正弯矩较大的跨中部位，裂缝宽度一般为0.15-0.2mm，个别裂缝宽度已达1.21mm，（图5）。

37、分析认为，该桥箱梁底板出现的横向裂缝分析认为，该桥箱梁底板出现的横向裂缝是由于预应力不足所造成的结构性受力裂是由于预应力不足所造成的结构性受力裂缝。该桥采用满堂支架分三期施工，先浇缝。该桥采用满堂支架分三期施工，先浇注中间第二联，预应力筋采用两端张拉方注中间第二联，预应力筋采用两端张拉方案。第一联和第三联施工时，由于中间紧案。第一联和第三联施工时，由于中间紧靠已施工完第二联梁端无法布置张拉千斤靠已施工完第二联梁端无法布置张拉千斤顶，只能采用从东、西两端桥台处一端张顶，只能采用从东、西两端桥台处一端张拉的方案。第一联第六跨和第三联第一跨拉的方案。第一联第六跨和第三联第一跨至张拉端的距离最远，由于

38、管道摩擦引起至张拉端的距离最远，由于管道摩擦引起的预应力摩阻损失也最大。的预应力摩阻损失也最大。 加之施工时没有实测摩阻系数，摩阻系数加之施工时没有实测摩阻系数，摩阻系数的微小偏差将会引起摩阻损失的明显变化。的微小偏差将会引起摩阻损失的明显变化。预应力损失过大是造成该桥预应力不足、预应力损失过大是造成该桥预应力不足、抗裂性降低并出现严重横向裂缝的根本原抗裂性降低并出现严重横向裂缝的根本原因。另外，第一联第六跨和第三联第一跨因。另外，第一联第六跨和第三联第一跨是连续梁的边跨，与中间跨相比处于更不是连续梁的边跨，与中间跨相比处于更不利的工作状态。计算表明，边跨正截面抗利的工作状态。计算表明，边跨正

39、截面抗弯承载力的安全储备与中间跨相比相对较弯承载力的安全储备与中间跨相比相对较低，在车辆严重超载作用下也促进了底板低，在车辆严重超载作用下也促进了底板裂缝的发展。裂缝的发展。3.2 黑龙江绥满公路三股线预应力混黑龙江绥满公路三股线预应力混凝土箱梁裂缝分析。凝土箱梁裂缝分析。 三股线跨线桥为三股线跨线桥为35m+60m+90m+60m+35m预应预应力混凝土刚构一连续梁混合体系。力混凝土刚构一连续梁混合体系。1997年年7月竣月竣工通车。工通车。2007年年5月检测发现该桥的主要病害是：月检测发现该桥的主要病害是： 、主跨（、主跨（90m跨）跨中梁段出现跨）跨中梁段出现3条横向裂缝，条横向裂缝，

40、裂缝间距为裂缝间距为3m，其中位于合龙段，其中位于合龙段(3m)跨中的裂缝跨中的裂缝为贯通性裂缝隙为贯通性裂缝隙(顶面宽度为顶面宽度为4mm，底面宽度为，底面宽度为0.1mm)，另二条横向裂缝位于东侧悬臂浇筑段端，另二条横向裂缝位于东侧悬臂浇筑段端部部 、箱梁腹板出现严重的斜裂缝，斜裂缝集中分、箱梁腹板出现严重的斜裂缝，斜裂缝集中分布在不设弯起预应力束的梁段，与梁轴大致呈布在不设弯起预应力束的梁段，与梁轴大致呈30 40，裂缝宽度为，裂缝宽度为0.2-0.5mm，个别裂缝，个别裂缝宽度达宽度达0.8mm。.2.1 底板横向裂缝分析 一般说来，跨中承受正弯矩段底板出一般说来，跨中承受正弯矩段底板

41、出现横向裂缝，与预应力筋配置和荷载现横向裂缝，与预应力筋配置和荷载作用情况有关。但该桥底板裂缝宽度作用情况有关。但该桥底板裂缝宽度大、数量少而间距大，这与一般由于大、数量少而间距大，这与一般由于正截面抗裂性和抗弯承载力不足而出正截面抗裂性和抗弯承载力不足而出现受力裂缝的特征具有明显的不同。现受力裂缝的特征具有明显的不同。初步分析认为，合龙段跨中底板出现初步分析认为，合龙段跨中底板出现的贯通性横向裂缝和悬臂浇注段末端的贯通性横向裂缝和悬臂浇注段末端底板出现的两条横向裂缝与合龙段施底板出现的两条横向裂缝与合龙段施工有关。工有关。 从所周知，合龙段施工时混凝土的重量一从所周知，合龙段施工时混凝土的重

42、量一般是由两侧刚悬臂浇注完成的结构承担的，般是由两侧刚悬臂浇注完成的结构承担的，在合龙时随着混凝土浇注，两侧结构的挠在合龙时随着混凝土浇注，两侧结构的挠度不断变化，加上日温变化在两侧结构末度不断变化，加上日温变化在两侧结构末端引起的变位，使合龙段混凝土处于反复端引起的变位，使合龙段混凝土处于反复的挠曲和拉压力状态。合龙段混凝土强度的挠曲和拉压力状态。合龙段混凝土强度增长条件恶劣，很容易出现早期裂缝。浇增长条件恶劣，很容易出现早期裂缝。浇注合龙段混凝土时，两侧结构下挠，混凝注合龙段混凝土时，两侧结构下挠，混凝土早期强度低，加之锚固预应力筋的齿板土早期强度低，加之锚固预应力筋的齿板的受力影响，底板

43、上也很容易出现横向裂的受力影响，底板上也很容易出现横向裂缝。从受力角度分析合龙段正处于最大正缝。从受力角度分析合龙段正处于最大正弯矩部位，在车辆荷载作用下这些先天性弯矩部位，在车辆荷载作用下这些先天性的早期裂缝会进一步扩大的早期裂缝会进一步扩大3.3.1 腹板斜裂缝分析 该桥腹板出现的斜裂缝具有典型的剪切裂该桥腹板出现的斜裂缝具有典型的剪切裂缝特征。共分布特点是斜裂缝集中分布在缝特征。共分布特点是斜裂缝集中分布在剪力作用相对较小，未设弯起预应力束的剪力作用相对较小，未设弯起预应力束的中间梁段，而剪力作用相对较大，但设有中间梁段，而剪力作用相对较大，但设有弯起预应力的近支点梁段则没有斜裂缝，弯起

44、预应力的近支点梁段则没有斜裂缝，这显然与不设弯起预应力束的梁段的剪力这显然与不设弯起预应力束的梁段的剪力钢筋配置情况有关。在不设弯起预应力束钢筋配置情况有关。在不设弯起预应力束的梁段，斜截面抗裂性和抗剪承载力主要的梁段，斜截面抗裂性和抗剪承载力主要靠竖向预应力筋提供，竖向预应力筋预应靠竖向预应力筋提供，竖向预应力筋预应力损失过大，永存应力不足，导致主拉应力损失过大，永存应力不足，导致主拉应力过大，是腹板出现斜裂缝的重要原因之力过大，是腹板出现斜裂缝的重要原因之一一。 该桥设计在该桥设计在45cm宽的腹板上设置一根宽的腹板上设置一根32的竖向预应力筋，纵向间距为的竖向预应力筋，纵向间距为80cm

45、，竖向，竖向预应力筋间距过大，可能出现预应力盲区。预应力筋间距过大，可能出现预应力盲区。竖向预应力筋的长度较短，对锚具变形损竖向预应力筋的长度较短，对锚具变形损失反应敏感。由于车辆荷载冲击作用，可失反应敏感。由于车辆荷载冲击作用，可能引起的螺帽松动和垫板压陷，都会造成能引起的螺帽松动和垫板压陷，都会造成锚具变形损失的激烈增加和永存应力严重锚具变形损失的激烈增加和永存应力严重不足，使主拉应力加大，最终导致大量斜不足，使主拉应力加大，最终导致大量斜裂缝的出现。此外，由于车辆超载（特别裂缝的出现。此外，由于车辆超载（特别车辆轴重加大）和路面不平所引起的冲击车辆轴重加大）和路面不平所引起的冲击力加大，

46、都会促进斜裂缝的进一步扩展。力加大，都会促进斜裂缝的进一步扩展。山东台烟开发区夹河大桥墩台盖梁裂缝分析山东台烟开发区夹河大桥墩台盖梁裂缝分析3.3 后张法预应力混凝土梁的纵向顺筋裂缝分析 在工程实践中发现预应力混凝土结构出在工程实践中发现预应力混凝土结构出现与预应力筋方向大致相同的纵向顺筋裂现与预应力筋方向大致相同的纵向顺筋裂缝的工程实例是屡见不鲜的。后张法预应缝的工程实例是屡见不鲜的。后张法预应力混凝土结构出现纵向顺筋裂缝的原因是力混凝土结构出现纵向顺筋裂缝的原因是极其复杂的，应从设计、施工和养护管理极其复杂的，应从设计、施工和养护管理等多方面查找原因。等多方面查找原因。 3.3.1 以设计

47、角度分析，若预加力过大（或以设计角度分析，若预加力过大（或底板过薄），混凝土受到较大的纵向预压底板过薄），混凝土受到较大的纵向预压应力，由于材料泊桑比的影响，势必将产应力，由于材料泊桑比的影响，势必将产生较大的横向拉应力，这种横向拉应力达生较大的横向拉应力，这种横向拉应力达到混凝土的抗拉极限强度时就要出现纵向到混凝土的抗拉极限强度时就要出现纵向裂缝。正是出于这种考虑，很多学者提出裂缝。正是出于这种考虑，很多学者提出了适当降低预应力度，优先采用混合配筋了适当降低预应力度，优先采用混合配筋的部分预应力混凝土的设计思想。对于预的部分预应力混凝土的设计思想。对于预压应力水平较高的全预应力混凝土结构，压

48、应力水平较高的全预应力混凝土结构，应注意验算并控制横向拉应力不要过大，应注意验算并控制横向拉应力不要过大，避免出现纵向裂缝。避免出现纵向裂缝。 预应力混凝土空心板梁桥板底出现纵预应力混凝土空心板梁桥板底出现纵向裂缝。一般情况下一块板只有一条纵向向裂缝。一般情况下一块板只有一条纵向裂缝，裂缝宽度一般在裂缝，裂缝宽度一般在0.1mm0.3mm，个别裂缝较宽达个别裂缝较宽达0.45mm，相对应处多出现，相对应处多出现渗水白化现象。渗水白化现象。 蒲河北中桥蒲河北中桥4-9号板空心号板空心 板底纵向裂缝板底纵向裂缝 万泉河桥万泉河桥4号空心板号空心板底纵向裂缝底纵向裂缝0.4mm/0.65m依路匝道桥

49、依路匝道桥1-2号空心板板底纵向裂缝号空心板板底纵向裂缝 3.3.2 3.3.2 在实践工程中更多的纵向裂缝是于构造措在实践工程中更多的纵向裂缝是于构造措施不合理和施工方法不当所造成的。施不合理和施工方法不当所造成的。 、预应力管道灌浆受冻或掺入的膨胀剂过量，、预应力管道灌浆受冻或掺入的膨胀剂过量，都会因灌浆材料的膨胀力作用，使混凝土保护爆都会因灌浆材料的膨胀力作用，使混凝土保护爆裂，出现与预应力方向基本一致的纵向裂缝，这裂，出现与预应力方向基本一致的纵向裂缝，这种纵向裂缝沿预应力筋的全长是贯通的，例如，种纵向裂缝沿预应力筋的全长是贯通的，例如，哈尔滨市二环路安乐交立交采用跨径为哈尔滨市二环路

50、安乐交立交采用跨径为20m的后的后张法预应力空心板。由于管道灌浆操作不当，出张法预应力空心板。由于管道灌浆操作不当，出水阀门关闭过早，致使管道中存有大量的游漓水，水阀门关闭过早，致使管道中存有大量的游漓水，冬季结冰膨胀，使混凝土保护层爆裂，第二年春冬季结冰膨胀，使混凝土保护层爆裂，第二年春天发现大量纵向顺筋裂缝，并有水份从裂缝渗出。天发现大量纵向顺筋裂缝，并有水份从裂缝渗出。这种裂缝是不可恢复的，对结构的耐久性影响很这种裂缝是不可恢复的，对结构的耐久性影响很大，应尽快进行修补处理。大，应尽快进行修补处理。 、若混凝土保护层过薄，混凝土密实性、若混凝土保护层过薄，混凝土密实性差，在氯盐等有害界质

51、的侵蚀下可能因波差，在氯盐等有害界质的侵蚀下可能因波纹管锈蚀出现纵向顺筋锈胀裂缝。纹管锈蚀出现纵向顺筋锈胀裂缝。 若施工时预应力筋定位不准，局部向上若施工时预应力筋定位不准，局部向上弯曲（弯折）或曲线形预应力筋的径向锚弯曲（弯折）或曲线形预应力筋的径向锚固钢筋设置较少，都会因张拉时形成的径固钢筋设置较少，都会因张拉时形成的径向力作用，引起混凝土保护层拉裂（崩向力作用，引起混凝土保护层拉裂（崩裂），局部出现纵向顺筋裂缝。裂），局部出现纵向顺筋裂缝。 例如，安徽省某桥设计时为了增加梁的有效高度，例如，安徽省某桥设计时为了增加梁的有效高度，将正弯矩预应力束布置在底板的下部，采用了规将正弯矩预应力束布

52、置在底板的下部，采用了规范规定的最小保护层厚度。施工时管道垫块放置范规定的最小保护层厚度。施工时管道垫块放置较稀，浇注混凝土时管道局部下弯（最小保护层较稀，浇注混凝土时管道局部下弯（最小保护层厚度只有厚度只有10-20mm），垫块处管道上折。浇注混），垫块处管道上折。浇注混凝土后形成的管道实际形状为多点单向波型。张凝土后形成的管道实际形状为多点单向波型。张拉预应力筋时势必在设置垫块处产生向下的拉应拉预应力筋时势必在设置垫块处产生向下的拉应力，在垫块中间的下弯段产生向上的拉应力。折力，在垫块中间的下弯段产生向上的拉应力。折摸后发现底板下表面沿着预应力筋方向有若干数摸后发现底板下表面沿着预应力筋方

53、向有若干数米长的纵向裂缝。由预应力筋局部下弯段上面的米长的纵向裂缝。由预应力筋局部下弯段上面的混凝土保护层厚度较大，在底板顶面尚未发现纵混凝土保护层厚度较大，在底板顶面尚未发现纵向裂缝向裂缝 3.4 典型钢筋腐蚀锈胀裂缝分析 钢筋腐蚀引起锈裂缝比较容易判断，其基本特钢筋腐蚀引起锈裂缝比较容易判断，其基本特征是裂缝沿钢筋方向分布，并伴有锈迹渗出，锈征是裂缝沿钢筋方向分布，并伴有锈迹渗出，锈腐严重者使混凝土保护层部分或全部脱落，钢筋腐严重者使混凝土保护层部分或全部脱落，钢筋外露。在实际工程中最常见的由钢筋腐蚀引起的外露。在实际工程中最常见的由钢筋腐蚀引起的锈胀裂缝有：锈胀裂缝有： 、由于混凝土保护

54、层厚度不够引起的腹板箍筋、由于混凝土保护层厚度不够引起的腹板箍筋和底板构造钢筋的锈胀裂缝。和底板构造钢筋的锈胀裂缝。 、由于泄水管渗水引起的周边钢筋锈胀裂缝、由于泄水管渗水引起的周边钢筋锈胀裂缝 、由于伸缩漏水引起的钢筋锈胀裂缝。、由于伸缩漏水引起的钢筋锈胀裂缝。辽宁省沈大高速营口立交的墩柱裂缝辽宁省沈大高速营口立交的墩柱裂缝。 该立交工程为多联预应力混凝土连续箱梁，下部该立交工程为多联预应力混凝土连续箱梁，下部结构为双柱式墩台。结构为双柱式墩台。2007年年5月养护门发现有相月养护门发现有相当数量的桥墩柱出现严重的纵向裂缝，个别裂缝当数量的桥墩柱出现严重的纵向裂缝，个别裂缝宽度已达宽度已达1-2mm。纵观全桥墩柱破坏情况分布发。纵观全桥墩柱破坏情况分布发现，出现严重裂缝的都是设置伸缩缝的连续梁分现，出现严重裂缝的都是设置伸缩缝的连续梁分联处的过渡墩，而不设伸缩缝的其他墩柱基本完联处的过渡墩，而不设伸缩缝的其他墩柱基本完好。