1混凝土开裂损伤与结构的安全性和耐久性

1、精品文档第1章 混凝土开裂损伤与结构的安全性和耐久性混凝土是当今世界上用量最大、用途最广泛的工程材料。在土木、水利与建 筑工程，海洋及港湾建设工程，交通运输与铁路工程，甚至航空航天工程，都有 混凝土应用的实例。混凝土材料为人类的文明与建设，作出了巨大的贡献。我国是世界上混凝土生产与应用最多的国家。2004年，我国水泥的产量达到了 94亿t;混凝土的产量约20亿品。在我国，建造了大量的高层与超高层建 筑，钢筋混凝土铁路桥、公路桥、跨海大桥，海港码头及航空港等。混凝土结构 的安全性和耐久性，对我国人民来说尤为重要。混凝土是一种人造石材，应具有类似天然石材的耐久性。但试验和应用证明： 混凝土结构在使

2、用过程中，受土壤中、水中及空气中有害介质的侵蚀，或混凝土 材料本身有害成分的物理、化学作用，会产生劣化；宏观上会出现开裂、剥落、 膨胀、松软及强度下降等，严重影响了混凝土结构的使用寿命，甚至会发生结构 破坏、倒塌，造成人员伤亡和经济损失。混凝土结构的过早劣化开裂与破坏， 也是资源与能源的巨大损失，给环境带 来了污染。混凝土的开裂，是混凝土结构劣化病变的宏观体现，也会进一步引起其他病 害的发生与发展。因此，要了解混凝土开裂的原因与机理；了解混凝土结构开裂 与安全性、耐久性的关系；以便采取措施抑制裂缝的发生与发展。1. 1钢筋混凝土建筑物的劣化现象钢筋混凝土建筑物的劣化，一般来讲，是由以下 8个方

3、面造成的。开裂、漏水、强度劣化、大挠度、中性化、钢筋腐蚀、冻害与表面劣化等。如表1-1所示。但是，在这些劣化现象中，如中性化是造成钢筋腐蚀劣化的原 因，但混凝土本身还没有发生直接劣化现象。 而大挠度变形以及漏水等其他方面 的原因，会造成混凝土结构物出现劣化现象；止匕外，开裂与强度劣化、钢筋腐蚀 等，和混凝土本身的劣化现象混杂在一起， 这些现象的相互关系如图1 -1所示, 是相当复杂的。因此，推论各种劣化现象的原因以及由此而引起的修补和补强也 就变得复杂了。-1 -欢迎下载精品文档 11副舫混凝土建筑的八大劣化现象中性化醒凝土中的CatOH)”与空气中的C5柞用，津渐地变成了 CK5.失去r碱性

4、的现 象*是造咸楙前腐也的原因强度劣诜使用低品质的材料，由于使用环境、然的作用和化学作用等.使混凝土强度降低，还不 如初始强度的场合很多钢筋腐撞由于中性化，开裂 口及口一作用，锅筋生带卷藤，能混凝土开裂、剥落尊现象发生海凝土开裂混艇土景到拉力,发生龟雪失去狭体性的现象造成钢筋腐蚀的同时.混凝土结构也产生开裂混凝土中的水分受到反复礁融.由于舞胀而使程靛土升裂.从混凝土表舸产生剥落.接 着会发生劣此现象大饶度交慧就板等水平构件引起的抗零变形，过就而出现结构大接度变形，这一方面是由于设if上 构科的断面尺寸不足,施工时钢舱偏移而导致的屋停上、外墙以及室内与水接触部分,由于混凝土的开裂.从缝隙中漏出水

5、的现象表质劣化由于使用环境、然作用、化学作用等,混凝土衰面没生开裂居有.度密化大 捷 度集蚀Im日常安金性国1T八大劣化现象的美麻图因此，钢筋混凝土结构物是由混凝土和钢筋组成的， 钢筋混凝土结构的劣化， 可以认为是其组成材料劣化的结果。 这样对劣化原因的推定，对维修、补强的方 法，也可比较明快地选定。从上述观点出发，钢筋混凝土结构的劣化，可以分成混凝土的劣化和钢筋的 劣化。如果把混凝土开裂作为混凝土劣化的代表， 而钢筋的劣化以腐蚀为代表的 话，那么这两种劣化现象的原因及其相互关系如图 12所示。-2 -欢迎下载精品文档躬度势化强度不足I水灰比j干烽收蛔反复的温度变化碱一骨科反应混凝青劣化利筋混

6、展土的劣化施工不良.冷接罐水化f串大悭积混凝土U桐筋腐饨地整I算曲，四断I过荷fiu大变彩j里船不同沉降表面劣化I火灾 穆比4保护层即不足病筋的劣化纲筋痛蚀中性化r-内部盐害 叔离子 _L外部砂害劣化原因劣化现象图】-2混疑土结枸劣化现象与劣化原因的关系1. 2混凝土的开裂1.2.1三混凝土结构开裂渐增的原因表示混凝土劣化征兆最一般的现象是开裂。自古以来对抑制混凝土开裂就有许多研究。关于混凝土发生开裂的原因、开裂现象的详细分析，如表 12所示。 其原因可以列举出40项以上。这些原因对裂缝发生的综合影响是复杂的。即使 是现在，对裂缝发生的抑制与防止，还没有一个十分有效的方法，由于种种原因 混凝土

7、结构的开裂依然呈现出渐增的趋势。-3 -欢迎下载精品文档* 1-2混蕖土开裂的廉因分 类!因.分 类阴因材料使用环境水泥凝疏不正常T篌梗模板便/水泥的水化热M水水泥能异常施服脱模太早骨科的哀温量模鞭支撑下沉低品位的骨料其他不适当的款打碱一骨料反应填充不良混程士国发土中的辄化物使阴环境榭网环境环境赧湿度变优壮廉土的沉降能水构杵曲曲温度,密度基海凝土的干热收埔受刎了反朦他混凝土的自收埔火灾X混凝土嬉合料不均匀分布表面受热展抨时间过长化学环境限.It类的化学作用泵送时配合比例的变化由于中性化内部铜树镌通不适当的建筑程序由于北离子漂谴内部钢材酒馋境就太快转构外力蔺发设计荷戴内的长翔作用荷载振揖不充分超

8、过设计曲式的梃期作用蒋载疑但箭受到Kt动炉荷拿作用设计作用苛炭内的蚯翔荷载旱胡养护过程中干餐过快粗过设过荷魇的短阴荷截早期冻害结构设计新面所配筋不足植工翼设置茶身支水条件结构物的不同况降铜旃纲前装异乱冰上保护层厚度不，其 他.混凝土浇灌方法伴随着混凝土泵送施工，必须是塑性、流动性混凝土，同时也带来砂率和单 方混凝土用水量增大，其结果是耐久性降低，裂缝增加。.骨料的质量下降为了抑制骨料质量下降而带来的混凝土强度和和易性下降，要增加水泥用 量，同时也带来混凝土裂缝增多。止匕外，由于使用具有碱活性的骨料，混凝土也 由于膨胀而发生开裂。这也使得混凝土开裂增多。.保护层厚度不够由于保护层厚度不够，碳化到

9、达钢筋的时间变短了，混凝土中氯化物增加以-4 -欢迎下载精品文档由外部浸人的氯化物增加，内部钢筋的生锈膨胀而导致发生开裂的现象也在增 加。.不同沉降与过我由于结构物不同部位的沉降与过载，而导致的结构裂缝也在呈增加趋势。1.2. 2钢筋混凝土结构物与建筑物的收缩开裂与荷载作用开裂钢筋混凝土结构物与建筑物发生的裂缝，对不同结构部位所发生裂缝的位置 以及裂缝的形态来看，可以估计到裂缝发生的主要原因。裂缝一般是在混凝土受拉应力集中的部位发生。 混凝土的抗拉强度低，只有 抗压强度的1/10左右。在窗户、出入口、换气口等开口部位的四个角，由于收 缩最容易产生开裂。周边受约束较大的墙面；长向构件受约束力虽小

10、，但受拉应 力集中的部位，也会开裂。如图1 3图1 8所示。图1-3开口部角头处收缩开裂图1-4地面上开口部转角处的收缩开裂-5 -欢迎下载精品文档图1-5墙面的沉降开裂图14游泳池冏边混屣土收缩开裂图1-7墙体受剪开裂图大墙面发生干燥收缩开裂-6 -欢迎下载精品文档混凝土的风蚀图卜9建筑物干缩收缩开裂与漏水白）温度变化与干皤开裂 公干Si开裂与漏水1.2.3环境条件的作用对混凝土结构弓I发的开裂我国西部地区，气候条件特殊，冷热温差悬殊，干旱少雨，相对湿度低；混 凝土结构在浇筑成型过程中，水分从混凝土表面迅速蒸发，如果养护不善，表面 产生龟裂，如图110所示。风蚀使混凝土表面在风沙的强力磨耗下

11、，产生麻面，如图 1-11所示。西部地区气温低、温差大；昼夜之间温差更大。一天之内，、可能出现多次 冻融循环。在反复低温冻融作用下，混凝土桥墩剥蚀开裂，如图1-12a、b所示。特殊的气候条件和生态环境，给混凝土施工也带来了困难；混凝土结构在服 役过程中又受到严酷的环境作用。 因此，提高混凝土结构承载力，控制裂缝的发 生与发展，对保证混凝土结构的安全性、耐久性更显事要。-7 -欢迎下载精品文档alb)困1 12拣融造成结构的开裂与剥落。混凝土桥常利落h干湿麻分受陈却落图M3建筑物的柱子因箍筋保护层厚度不弊导致沿着荆筋开裂剥落碳化使混凝土中钢筋失去碱性保护而发生锈蚀， 使混凝土开裂，如图1-13所

12、示。钢筋混凝土结构物遇到火灾时，由于温度迅速上升和干燥，发生网状细小裂 缝的同时，在梁和柱发生几乎是等距离的粗大裂缝。 而且有部分的爆裂剥落，如 图1 14所示。混凝土结构受到酸、盐类的化学作用时，混凝土的表面受到侵蚀，大多数在钢筋 位置发生开裂，混凝土表面部分剥落，如图 1-15所示。-8 -欢迎下载精品文档我国西部地区，盐碱地上的混凝土结构，受硫酸盐等侵蚀，从根部开裂发展 到“断根”，如图1 16、图l 17所示。氯化物渗透扩散进入钢筋混凝土结构，使钢筋锈蚀，保护层开裂，如图 1- 18所示。图1-14结构物受火灾产生的开裂to)图1-15受化学腐曲的劣比情况 化槽瀛榔混浅土开粮 净化槽的

13、化学修使用176电杆根部腐蚀开裂图I*由于硫酸并腐蚀而发生烂根-9 -欢迎下载精品文档图1T3即州海希懈人码头混凝土保护层利前沿海的钢筋混凝土桥梁，更容 易受到C厂的腐蚀开裂。如图1 19、图l 20所示。除了外部的氯离子通过扩散 渗透进入混凝土结构内部，造成 钢筋锈蚀，混凝土开裂以外，还 有混凝土施工应用过程中带进的 氯离子对混凝土结构造成的开裂 破坏。例如使用海砂配制混凝土， 往往使混凝土中C含量超 标，造成钢筋腐蚀，混凝土开裂。 如图121所示。图1-19山东潍河大桥桥墩受海水的干湿冻融部分已剥落开裂该超高层建筑2000年时才投 入使用，不可能由于中性化使钢 筋锈蚀，也不可能由其外部 C

14、厂的渗透扩散而造成钢筋锈蚀，只有内部存在 Cl 才能解释，即是由于使用海砂造成的。我国沿海地区的部分钢筋混凝土桥梁， 运行使用不到10年，钢筋严重锈蚀， 混凝土保护层开裂，有的成片剥落，虽经修补，但 23年后又开裂剥落，致使 有些桥梁被宣布无法修补，需要重新建造。桥梁过早损伤破坏，以至失效重建，会给社会带来很严重的影响。桥梁倒坍 或危桥不能通车，交通中断，运输不畅，不仅经济损失，也会带来民怨，影响党 和政府在人民心目中的形象。-10独迎下载精品文档混凝土结构的开裂，导致过早损伤破坏，也造成资源的大量浪费，使有用的图1-20氯离子腐蚀开裂（美加州某桥）资源迅速转化成建筑垃圾，造 成环境污染。以每

15、延米混凝土结构 桥梁的重量为20t来计算；全国公 路危桥据保守估计约有3232451延 米，总计约700万t钢筋混凝土材 料将变为建筑垃圾，不仅造成资源 损失、交通运输损失、资金损失， 而且给环境也带来了严重污染。据统计，我国1999年一年内 因混凝土结构开裂损伤劣化，以及 各种腐蚀造成结构的破坏，其损失 约为（18003600）亿元。因各种 侵蚀和结构劣化损伤，修补费用往 往是初期建设费用的23倍。1.2.4国外混凝土结构开裂、劣化 的情况在国外，如在日本，也出现过图1-21深圳某超高层建筑电梯间候梯处顶板钢筋锈蚀开裂混凝土结构开裂、突然破坏的情况。例如，新干线的混凝土隧道，由于混凝土受 硫

16、酸盐侵蚀开裂，使用不到10年，出现了大面积的剥蚀开裂现象，导致突然破 坏，发生了砸在行走列车上的重大事故。 这引起了日本建筑业界的重视，开始全 面调查混凝土结构物的开裂损伤与劣化问题。日本于1999年调查了钢筋混凝土的土木结构物 2344件（除隧道外），并将 其劣化程度分成5级，如表13所示。将调查结果分成不同劣化程度的件数，按-11独迎下载精品文档程竣工年头划分所占件数的比例如图 1 22所示。1964年及其以前建造的结构 物，劣化度为III、IV、V级的占调查总件数的10%;这时正好迎接东京奥运会， 主要是因抢工，施工质量无保证而造成的；到了 1985年，劣化度II级以下的建 筑物占总调查

17、数量（件数）已经降到10 %以下，而且没有劣化度III、IV和V级的件数。说明当时工程的施工质量好转，抗劣化性能得到提高。7一自E林口劣化度【 国劣化度II 幽劣化度H【 国省化度A 宪正度祓工年-火化度：建道以外：理工期代图L22技工年与劣化度 1-3 劣化程度的判定基准劣化度 一毂伏况I_ 健全状态0有轻微开裂,铁筋汁外海现象m再劣化,需再一步进行劣化的追踪地杳.生化显著，对修补必要性要详细调看V劣化显著.必别性扑，朴强不同时期建造的混凝上结构物，技其劣化的主要厚因，旧讷如图】工所刀劣化原因的发展；隧酒以外,省化度口口I拄盅 獴雷 不明I 站419657 力4197 VH 9R4F985

18、设七年代图173劣化开裂的原因与件数 （按不同矮工年限的T程分类）I溟壁土低品生I配粒不良-12独迎下载精品文档混凝土结构的开裂与损伤劣化，与施工质量的关系很大。日本在经济高速发 展时期的1974年竣工的结构物1140件，现在调查发现，II级以上劣化程度的 已达403件，约占35%。说明该时期的施工只图速度快，对质量注意不够。由图1-23可见，劣化的原因是混凝土质量低劣（蜂窝麻面、冷接缝、开裂 等）和配筋不良（露筋、铁锈汁）等引起的。说明了确保混凝土浇筑密实，保护 层厚度符合要求等施工精度十分重要。在劣化原因中，碱骨料反应有22件，盐害引起的有33件，但在1986年后，两者造成的劣化现象消除了

19、。由图12可见，钢筋混凝土结构的劣化是由混凝土劣化和钢筋劣化造成的。 但这两方面的劣化构与混凝土的开裂有关。由于混凝土的开裂，使碱骨料反应、 冻害、中性化、氯离子扩散渗透等进一步发展，促进了其他病害的发生与发展。 混凝土的开裂与钢筋锈蚀是一种相互关联的劣化现象。1. 3混凝土开裂原因的分析混凝土是由水泥浆将砂、石粘结起来而成的多相复合材料。混凝土的收缩开 裂，主要是由水泥浆的收缩开裂所造成。例如：以315g水泥，相对密度（相对于水）为 3.15 ,与200cm3水拌合成 水泥净浆（w/c=0.64）,初始体积为100+ 200=300cm。假定1cm3的水泥完全水 化后产生2cm3的水化物体积

20、；则水泥净浆在不同水化程度时，毛细管孔体积不 同，即使100%水化，还有33%的毛细孔，如图1 24所示。造成水泥石收缩开 裂。对不同水灰比的水泥净浆，达到相同的某一水化程度时，水泥的固体水化产 物相同，但毛细孔体积不同。例如水灰比为 0.7、0.6、0.5和0.4的四种水泥浆Uss007O0E寺=庄垃一项。Q O O O Q 厚白心0 g Q 4 Q 。回，Luwoom汽周 :诺世侬出f二中叁国町 fl qo oofloooc Euoo-04OOO 口oaD 愚母畜 艇 HBF - D 。I001 O尸。Ialo一毛细管水水化产物未水化水泥不同水化程度-13独迎下载精品文档体，假定其水化程度

21、均为100%,完全水化水泥的固体计算体积均为 200cm3; 但不同水灰比的硬化水泥石中，毛细孔的体积不同，分别为120cm3 （总体积的37%）、 88cm3 （总体积的30%）、57cmi （总体积的22 %）和26cm3 （总体积 的11%）,如图1 25所示。虽然不同水灰比的水泥浆中，毛细孔的体积不同， 但都会产生收缩。收缩值也因水灰比而异。o.o 6 obT强9 - 1, a *.1：A - ：:号二0 604水品31靠,峦度，相对于忒J3.I 悴积1。仇：n?图1-25水泥100外水化时,改变水灰比而导致的毛细管体相的变化水化的水泥浆体暴露于相对湿度低于 100%的环境时，将开始失

22、水收缩。如 果硬化水泥浆体试件在收缩过程中发生约束，将会产生收缩应力，如果此应力大 于硬化水泥浆体试件的抗拉强度，则会发生开裂，如图 126所示。由上述可见，水泥水化物将砂、石粘结成为混凝土。当混凝土中的硬化水泥 浆失去毛细孔里静水张力所保持的水及失去硅酸钙凝胶内的物理吸附水时，就会导致混凝土的收缩变形。在混凝土收缩的过程中，有约束的条件下，就会造成混 凝土的开裂。据估算完全干燥的硬化水泥浆体于缩率可达 10 , 000X 106,实际已测得 值为4, 000X 10 6；混凝土中的骨料可认为不收缩， 故混凝土实测的手缩率大约 在（2001000） X 10-6的范围内。-14独迎下载精品文档

23、拧束鞭缩自由收缩收端应力诚性原核约束收摊自由畋常al约束收埔应力作用力产生抗拉变的发生约束收缩回力抗拉强度）收嫡冠加不发生裂眸 抗拉程度（收蛇应力士龙生裂整惮长能力抗拉变形：不发生裂缝 伸长能力机拉变形：发生裂矮P2S有无驹束条件下，水泥砂浆试件的收崩与开裂a）试件在有的束条件下收缩与自由收嘱对比h）混凝土的收缩与收缩应力0收写与开裂有的学者认为：“裂缝与混凝土同时存在”。也即混凝土必有裂缝。裂 缝是混凝土材料不可避免的。这是水 泥基材料先天的缺陷。对于混凝土技术工作者来说，必 须探究混凝土裂缝形成的原因，采取 方法加以预防，降低有害裂缝的出 现，对有害裂缝采取补救措施。混凝土发生干燥收缩开裂

24、的主 要原因和条件归纳如图1 27所示。 从中可以找出控制裂缝发生的对策。由图127可见，混凝土的干燥 收缩开裂，由开裂发生的条件所控 制；也就是由自由收缩率、约束率、 约束收缩率、约束收缩应力、抗拉强 度和伸长能力所决定。而混凝土限我二m开裂单方混疆土 水泥量 单方凝凝土 用水1水灰比 骨料水就开裂发生的条华一|自由收缩率约我率约束收缩率约束收轴应力抗也强度伸怅能力转恂物主要原因构件尺寸钢筋间定温度照速气配日风下俅时间干班开弟龄朋图147混雅上发生干出收缩开裂的原因与条件-15独迎下载精品文档开裂发生的条件则有内因和外因，以及结构物主要原因(构件尺寸以及钢筋问 距)等方面。也就是说，要从混凝

25、土的组成材料和配合比；从结构设计以及施工 环境和条件等方面；去控制混凝土的收缩开裂。1.4混凝土裂缝的类型按裂缝的分类.按裂缝的深度分类(1)表面裂缝混凝土表面出现的浅层裂缝。(2)深层裂缝裂缝延伸至部分结构断面。(3)贯穿裂缝裂缝延伸至整个结构断面，将结构分离。.按裂缝开度的变化分类(1)死裂缝裂缝的宽度与长度不再变化。(2)活裂缝裂缝宽度随外界环境和荷载条件变化而变化，但其长度木变 或变化不大。(3)增长裂缝裂缝的宽度或长度随时间而增长。.按裂缝产生的原因分类(1)于缩裂缝混凝土中水泥石的毛细管孔隙，在干燥过程中失水，产生 毛细管张力，使混凝土产生体积收缩，体积收缩增大，混凝土会产生开裂。

26、混凝 土发生收缩变形时，由于周围约束存在，使混凝土产生约束应力，如果这个应力 超过混凝土的抗拉强度，混凝土就会产生收缩开裂。(2)温度裂缝大体积混凝土浇筑后，由于水化热使混凝土温度升高，当 温升到达高峰后，由于环境温度较低，混凝土温度开始下降时，在降温过程中混 凝土发生收缩；在约束条件下，当混凝土温降收缩变形大于极限拉升变形时， 容 易发生开裂；称之为温度裂缝。还有另一种温度裂缝是由于混凝土内外温差引起 的。例如混凝土遭受寒潮侵袭，或夏天混凝土遭受阳光暴晒后突然下雨， 都会使 混凝土内部与表层产生很大温差；混凝土表层温度下降，而内部温度基本不降， 内部混凝土对表层混凝土起约束作用，也会导致温度

27、裂缝的发生。(3)钢筋锈蚀裂缝混凝土中的钢筋，由于混凝土中性化，或者氯离子的扩 散渗透等，会产生锈蚀，其锈蚀产物氢氧化铁的体积比原来增大24倍。从而对周围混凝土产生膨胀应力，当该应力大于混凝土抗拉强度时，就会产生开裂。 这种裂缝一般都为沿着钢筋长度方向发展的顺筋裂缝。(4)碱一骨料反应裂缝碱骨料反应 (AAR有碱硅酸反应和碱碳酸盐反应两 种。水泥中的碱(NaO K2O)和骨料中的活性SiO2、微晶白云石，以及变形石英 等发生反应，生成吸水性很强的胶凝物质。当反应产物增加到一定数量，且有充 足水分时，就会在混凝土中产生较大的膨胀作用， 导致混凝土开裂。这种裂缝称 为碱骨料反应裂缝。在裂缝中会伴有

28、白色浸出物。这种裂缝常为地图状分布。-16张迎下载精品文档（5）超载裂缝当混凝土结构受超载作用时，具结构构件会产生裂缝，称超截裂缝。止匕外，常见的混凝土裂缝还有地基不均匀沉降裂缝，以及地基冻胀裂缝等。1.4.2不同构件、不同部位的主要裂缝形态日本的笠井芳夫根据结构构件所处的部位、相应的环境（室内、外）条件，将混凝土裂缝的主要开裂形态、原因、发生时期，以及危害程度等，汇总如表1-4。这对现场裂缝调查，是很有参考价值的。装1-4不同部位.不同构件的主要裂缝影态.朦因、发生时期及不适宜程度他件名你及 所处都住裂建形态蜕 因强生时期 不适宜程度小中大住室内）沿主觥开群阚舫便悭W簿化物舍收过多，巾性化;

29、 破骨料反魔反应性骨科,氐力过事】长期 氏期O OO O沿带前开裂保护层不是f能工不良）钢筋悟蚀ECL过事.中性世）氏期长期0 O0 O横断面的浸筑罐嘘丁操作不良长桂中轴浇筑缝初期O网状裂缠产煤收福：荐生不足，早期脱模就骨料反应火灾（危需程度艰据火灾温度及延蹶时间而定下陶朝，中期 长期 火灾时Q OOO O O斜向史乂裂尊J地震力作用魏震时O梁（空内）沿匕部主筋汗裂混凝土下沉（配含比和施工不应）钢筋舞伎匚过多*中性化）睡骨料反地t反应性骨科.R,O过多）初期 长明 长期O C。0 O沿着那王朝开赞纲筋曙曲口一过多中程化!麻骨料反应1反应性骨料，后。过多）长期长期O OO沿首肋箭开裂保护房不足瓶

30、r不良）纲斯葫捶式厂过多.中性化）中期K 期O OO O,-网状开裂_1- 一 -干缩（舞生不足,早期脱模了睛骨科反血（反应性骨科.R：。过宙）火灾t危害理度握温度及延续时间而定）初期,中期 氏期 火灾时O OOO O O-17独迎下载精品文档但构件名称及裂酶/布因次生时副不适宜程度所姓都付小中大梏腾度方向提1Mt施工提作不良韧翱O蜜t室内）港号度中央 弯曲裂缝模版支撑诉除太早忱大维（89m路以上）漫it网短初用 梃朗O O0 O斜向开裂:都新不冏沉降（桃基.坛础施工不当）地震作用长期长期地震时O。OO沿纵筋.粮前开裂混凝土下沉f嵇筋配比及腼丁.不良）保护层厚度不足1施工不良）审筋错饨3过禽，

31、中性化）初期 中期长期OOO O内墉网状开裂干结（养生不足，脱耀过早了喙馋料反应（反应性骨料，R式）过去） 火灾工危害性视程度和延时前定,中期 氏期 火灾时O 0。O O O浇筑舞施工分段花良（高度太大、太簿的墙1初期O疑向开裂不同玩肆（桩，莘砒施工不良）霆害K期迪震时OO O升匚部角头开裂千簿上养生不够,抑制开概配筋不足，K期O 0外境（除了 与内墙发生 美似的裂缝 以外）网状开漏水快汁AAR沔染修骨料反应f反应性骨料.&。过攀J裂缝,旅工缝上的雨水间室内渗漏由于鲫窗怫蚀M箱线处潺出槌汁污雏墙面AaR发生开裂.从盘中灌出白色龊胶隹期中期、氏期民期长期O OO 0 O。沿上部主都、 鹭力拓开裂

32、混隆土沉降（配合比与施工不CD初期O O沿F部主箭. 壹力筋开裂保护层不邹（地工不良）-P钢筋物浊（CI一过多.中性化）中斯K 期O OO O室内 楼检沿着板与镶固定上部开裂楼板支棒推去太早.早期干慢过快初期0。沿着板下端的向开裂X形讦裂网状开裂；超教.上部肥筋下将* 4筋重叠楼盘太大.混赛土覆度不健干地i养生不足）火宪（危害性视温度及廷时）中期长期 初、中期 火灾时O OO OO。O O 0-18独迎下载精品文档（续）构件名称及 所处部改裳健形态 因发生时期不适宜程度小中大厘隙板t除室内楼板发生的裂 健之外）网状开裂AARC反应性骨料、&。过客）K期漏 水从裂缝和施工跳向室内漏水中期，长期_

33、 _2_八AR污能黄土色的汁从裂遗渗出，污於室内顶棚长期0雨罩奉野固定端上邮的躯体开会上部配好不足.配筋下移过早拆模中期O O沿氏度方向直前的开裂早期收骊,配舫不足.拆模过早中用O 0沿普南单下部钢筋开裂桐舫精馋（保护屋不哪，中性化*。一过零）中期。0女儿墙脚部水平方向开裂屋阖上防水菸混器士里攀第骚外伸长期O斜向裂植 网状裂腌 &*陌染温度造虚干塔（养生不良*脱模过早）从裂捷中滴出黄土色凝胶污染墙面雨罩等氏期初，中期OO注* AAR-BC一骨料反应,1.5裂缝允许宽度裂缝是否有害，取决于裂缝宽度、裂缝性质、所处环境，以及所采用的标准 而定。对钢筋混凝土的建筑物来说，允许的裂缝宽度应根据结构物所

34、要求的性能来 决定。对钢筋混凝土结构的建筑物所要求的性能应包括：安全性、使用性、耐久 性与修复性等四个方面。（1）安全性结构的承载能力、韧性（变形性能、抗震性能）、刚性等。止匕外, 还要考虑到保护层及饰面瓷砖剥落时，对第三方面的影响程度。（2）使用性防水性、气密性等；美观、景观也应考虑在内。（3）耐久性结构物服役期间能否维持其性能。（4）修复性维护管理及性能降低时是否容易修复。1.5.1裂缝宽度与钢筋腐蚀在钢筋混凝土结构构件，一般情况下，在设计荷载作用时，发生宽度为0.1 0.2mm左右的弯曲裂缝。发生开裂部分对钢筋的腐蚀，不单看到表面裂缝宽度， 还必须考虑到保护层厚度、环境条件（是否与水接触

35、，周围环境空气中成分、温 度等）等方面的影响。-19独迎下载精品文档混凝土开裂后，水分和空气通过裂缝渗入混凝土中，是影响钢筋腐蚀的因子。裂缝宽度和钢筋腐蚀的关系，早就有这方面的研究了。表1-5是根据不同研究者试验研究的结果汇总而成。由表1-5可见：* 1小裂境宽度与蜗酹腐蚀关系的试验新究研究者试作布秋1鼻露条件试验结果Trtniper形状；20. 3emX20, 3rmX3. Bem 铜前火费雪Emm)冷寂策鲤4Gmm) 建形国钢4. 5mm和凝 土i w/t=0. 4, 0, 58* 0. 76保护层 1 2. 9cmt 3. Gem * 3. Jem使试件开裂.用鹭畦阳定.偎持裂缝宽 0.

36、 13mm. 0- 25mm. 0, 50mm. 1.沿海岸边的室外 tff 10年(集国华 塔融气甜班和邮工】北5mm/年岁墟宽613 7 】 3mm的试件中.制 筋姥全腐坟,受腐使 部分并不怎幺大,混 程土的品质和锁通宽 技与腐融之网无明确 的关系S halon and Raphael形状i ?emX JcinX Mem，保护层厚茨mt形状：10cm X 10cm X 50rm,保护屎厚2cm, irm网霸上软例# Hmmr w/c=o, 6, r*3ookg丁基霜试验成五个(Israel)A：高温.高温从性潍：鬲温，高湿D温度，通度， 量化大E：地中海沿岸副缝宽口J5mm U 上,螭筋腐

37、悔.语量、 温度、帼时湿度中. 对腐蚀怅胸最大的是 相时湘度，裂缝餐大. 霭蚀进行越快,装酣 甯度和孔博之周无美稗山形稿；两端费拉试件钠静：SR35. SD35,川3mm.中 1mm.市1 BrUni* 核SmE程凝土w/c=Q, 5S保护爱：2-5cm. 3, 0mt 5. cm. 7. 5ctn生爵后加荷在东京室扑晕鼐试验6吕年di保护层2. 5cm,%三 】37N，mn-.残留裂斡 宽D, 01mm以上均腐 熟；保护05. (Ice. 7.o.=255， mtn1.受力后残留 裂埴变宽.不常生腐 帕。保护层厚度息发 生疆蚀美键西山秋元雷界R匚金弑件裂哮宽1mm 0+2mm.0. 3mm)

38、持续荷越号保持我检宽度东京室外2年号 靠试瞬即使裂盘宽度相扃厂保快厘厚展大的不生锈 1-2年型的承宽力不下降阿，丸山R粢试件麻状：15E1M 和 umKlgOcni鼬h圈例*13mm混 Sj w w /c=0. 410, 78球护房：L Srm加就后加疵.9年事需试聆 再现樨火中翻沙都 分，在水槽中侵泄. 气候温物对钢筋的抗拉强度 响很轻J*.夜晚定 的裂疆宽度范围内(港 漆部CUSmm、獭水中 * 20mmi尤显著腐浊片腔带彩状 Ulii 20X20X75. ZOXOX 150. KX30X仆ftf.ffi ： SR&14. *lEtnm将域面型保持饕馥宽吃过3年修第试 验，荏京京湾雪露 台

39、.大气中覆flt. 大气一海水中鼻露裂籍宽度制大. 妙理客焉* 0. 1mm充 右裂最宽度看轻激腐 蚀-20独迎下载精品文档研究并试件后状事常茶林试瞳域餐西EB -杉木 山形i-rtt3 22 法X埋人抬mtn第)22 20 X fit t? A就；保护球;3 Emm 2为1 .比m. 2, rm*13nun 筋为乱。ei. 2. 5cm使试朴开彩后，用鼻捽固定，保持整fit宽0.05 0.Smm_-在下雪地区2D年雾就冷默&宽值Irrtcn U 下.知肪率做吃厘性鬟选宽0,2 - d 3mni .倒新*悝* 由卜纲筋行南减少甘 相陆的星力影啕不太与取 HJ*官川影状rEiHStkHMScmt

40、坪人”mm料能） 221emX fOcTinXftaTi埠 A筋）保护层 N * EEf L SCTOt 2,ISmniE Z.Ouef ?. 5e使愧嚼发廿开餐之Fi用帽桂固定保持引爆宽 d 05 -4 5mm在下宣地区42年,福武喻我缝宽a2mm以 下.阴霸腐博制度计 情.在羯一个能珑宽 施中的蜴防腐金胆费 立体增同.裂建宽度 与钢新普慷程度尤相 舞性(1)裂缝宽度和钢筋腐蚀有密切的关系在相同环境条件下，相同的保护层 厚度，裂缝宽度大者钢筋易受腐蚀。(2)裂缝和钢筋腐蚀之间没有特定的相关性例如日本学者西山、秋元及富 折的试验，即使裂缝宽度相同，但保护层厚度大的钢筋不生锈。暴露试验12年的梁

41、，承载力没有下降。(3)环境条件对钢筋腐蚀影响大雨量、温度以及相对湿度的环境因素中， 对钢筋腐蚀影响最大的是相对湿度。相同保护层厚度的混凝土构件，裂缝宽度相 同，相对湿度越大，腐蚀速度就越快。经：1年、2年、5年、10年暴露试验的试件，钢筋锈蚀的情况如表 16。悬露耳熟：策第我生麟性的陛护层和襄制宽度1年I裂制宽度5 3mm，保护层厚2cm2年！裂鳍塞度任3mm,紧护屋厚.矍燧宽度3快颦限呼瓦5cm5年 熨缰宽度2(nm.保护辰厚3cm】。年裂缝宽度01mm*保护层厚度和m由表16可见，裂缝宽度相同，保护层厚度大的，钢筋受腐蚀时间推迟。 保护层厚度相同，裂缝宽度小的，钢筋受腐蚀时间推迟。-21

42、独迎下载精品文档图1-28说明暴露试验经过的年数和腐蚀长度率（钢筋腐蚀部分的长度/ 钢筋全长）乂 100%）关系。由此结果可见：保护层厚度都为 3cm的情况下，裂 缝宽由0.lmm, 0.2mm至I 0.3mm宽度越大，腐蚀长度率越大。也可以认为，裂 缝宽度越大，腐蚀程度越大。一般情况下，裂缝宽度在 0.2mm以下，钢筋腐蚀断 面损失是相当轻微的，对钢筋的抗拉承载力影响也很小。L5,2裂缝宽度与防水性L从防水方面来着允许里缝宽度从混凝土裂婕的漏水发，水压力越大，或裂缝宽度稹大，漏水盘也越多, 根据Poi典壮i】公式：(1-1)式中Q水的渗流量J管长;TA一粘性系数-透水面积；透水管半径:压力.

43、日本的松下和石川分别以式U-23式（卜3）表示透水量.(1-2)qY式中Q水的渗漏量*C系数（根据裂缝状亳而定）j 裂缝宽；g水的粘性系数，g重力加速度：P 水的密度(1-3)式中一裂缝长度;E一裂缝宽度上 旷水的粘性系数1 d壁厚， H水头； p水的密度工 。系数，-22独迎下载精品文档从式（1 1）,式（12）,式（13）,可见，裂缝中的漏水量与裂缝宽度 的3次方成正比。而实际裂缝漏水比这个计算值还大。 裂缝宽度对渗水影响是相 当大的。因此，将裂缝变小、分散；裂缝宽度降低后，降低漏水的效果是十分明 显的。2 .建筑结构物防水性允许的牟维宽度根据实际建筑物的调查，关于防水允许的裂缝宽度如表1

44、7所示。裂缝宽度与漏水量之间的关系如图129所示。衰1?混疆土的水密性与裂缱宽度研究者允许裂缝 宽/ mm论 述_ _狩野春一等a 06通过数年调查研究，12m厚板覆混裂缝宽由于下雨,几乎 不求.但当裂缝宽为0.06mm时，需水的危险度20坏左右.水压增大时， 比dOEnini小的裂缝也会漏水仕人壹和0. 05厚10rm的混凝土试件.水压Q.001N/mm”与风速5Qm时的风压相 当）.进行了连续lh试物裂缝宽0.。5mm以下时以为薨本土不透水， 对RC建筑物裂缝和漏水情况,袁表明，鞋亮5 05mm对薪水无害澳田陞0.03对实际公寓住宅调壹结果，最初认为0.0bmm裂算宽是法制的临羿报限， 但

45、热近茶杳裂罐宽度应为Q.mm比较适当向井毅0.065cmX 10cmX30cm St 在水压 lOOPu 作用下4验结聚，W 0. 06mm 以下时，例如0.03mm时.试件中是示透水.潮湿现象口但裂Silt度即使 是电OTee时,也基本不漏水.而超过此值则调水神山平弘1石川山三0. 06墉体饱水状高时，无风或It风时，发生漏水的最小裂爆宽度为0,。5 0, 08mm重翕祐地0. 12*15X4cm的砂浆.木头30cm43QOPG的试攀结果，裂缝竟在0.12mm时，透水为0松下清大等0.08厚度15om的砂架试件一面的蒙St宽0.08mm，另一面孰3mm，从一面 长时间的细小滴水, lOmin

46、之后开始海木另二面8. 5miii后开始注水石川之三0. 40。. 350. 100. 300.250. 10-0- 25 -0+ 2G0. 101310. H0.100,05注，1.环境条件类别-黑：室内正常环境；二类工底天环境，性潮处于地下或水下的环境F三类:水位变动区.或有艮伎性蛇下水的地下环境；四处:海水泡滋区及盐寡作用区,潮解并有产童融蚀性介质作用的环境.工大气区与淮港区的分界镂方设计品高水位盘海酒区与水位霍动区的分界畿为设计最底 水位减LQmi水位变动区与水下区的分科线为设计最低水位减LOnn就富作用区为离蹲岸 蛙当00小他围内的地区. 1-9混震土靖梅蚓大舞筑速度梅件类别纲好种黄

47、大气区浪热区水像变初区水下区隙魔力混瞿土冷拉口. m. w级4rH =n，mfi = 0B 3口门=0* 5flri l. 0集京辆丝、纲纹跷，热处理赵筋.LL650班或LL8m级冷轧带助机,二.，斗不许出珑 拉应力=0. 3=C- 5期筋混凝t【，口、皿缴的肪知LL55csi冷孔培劭CL 2 mm.0. 2Tlim0 . 25 mm0+ 3mm 注即混静1持应力的取番盘表1-10由耐久性决定允悴的大裂通宽度条 杵允许舞健冤度mm在于撵空*中或有保护滁层时-0. 40覆空气;或土中0.30与防冻剂接触时a175受海水潮风干现交静作用时0- 15防水堵构构筑物0. 10表bll鳌通大允许速度（C

48、Eli F1P）（由耐久性决定环境条件龙许最大裂痛宽度J#E永A荷觑和桧期作用的专化面载永髭荷尊和匿化荷载的不利蚯合区产量腐忱作用构件at0. 2无黑炉情海的普通构件0.20. 3有保护措施的普通构件a 3从重视E检聆-25独迎下载精品文档* 1-12程霍士裂冷的津值区 分其他因案骷响程度环 境按耐久世考医按防水性考虑苛刻的中等的宽松的H-(A)帚罂修补的鬻搐大。,40,40. 60,2中0, 40, 60.80.2小0.尊0. G3.00,2无需补的我也真窿/mm大1. 00.20.20, 03中1. 00.20,30. 05小10.200.353,Q. O&注 1.其他因京论响程度第指对赛

49、豪士结构酎如tt及防M有害影响的程度.应怅裂畦深度、形式、 保护层厚度、混凝土表面有天漆腰、般材料. 配合比及施工缝等缘合判叁.?.主胃应看*于银品偶位环餐.(6日本土木学会与建筑学会允许的裂缝宽度见表卜13,日本土木学会标准 中把允许裂缝宽度与保护层厚度结合在一起考虑。这就能更好地反映裂缝对结构 产生危害的关系.衰1-13 允许整串宽度牢厝环境条件允许裹堂竟Jmm土本学会温篇土标程说喟书(200)一般环境鼻最事痂，咨通国别X5cPC铜树：6 gm腐性环境6 004广将别尸1宜腐慎坏埴0. 0035c建筑学会混凝土结构开要与对我 (设计，工措盲耳通加值)一般环境0+ 3mm注】，为保护星厚度新

50、西兰标准中对允许裂缝宽度的规定* 1-14允件裂螭速度耳埴条件允许裂4f宽度CmNz ZeahndStandard与土塘接触构件,有防潮保护情况下re构件.a4-K构件1必3室升空”中RC构件10.3PC构件,电2飞雪，受潮汽作用，腐域性高的土中RC构件 5 2PC枸心0.1-26独迎下载精品文档(8)各国所提出的由耐久性决定的允许裂缝宽度的标准。日本、法国、美国、前苏联及欧洲共同体等提出的，由耐久性决定的允许裂缝宽度如表115所示。 1-15由耐久性决定的允许裂缱宽度国名提案部门允许裂葬宽度日本运输省燧湾构筑物。,20日本工业标普离心蜕型钢筋混凝土电杆受设计荷载、设计穹域作用时 0. 25雅

51、过设计荷载及设计弯矩作用时0.03法国Brocard美国AC1建筑规范室内构件0, 38 察外梅件 0. 25的苏戢珈筋混凝,理股一6 20欧洲欧洲棉凝士委员会受严重腐坡作用的结构0. 10无保护措施的普通构0. 20有保护措曜的普通结构。,30上述可见，各个国家在一些规程中，对混凝土结构允许的裂缝宽度量值上是 有差别的。主要与混凝土所处的环境条件、 混凝土材料的品质及施工质量所达到 的水平等方面有关；还与混凝土结构表面涂层的质量有关。1. 6强度劣化与结构开裂所谓强度劣化是混凝土强度发展到某一最大值以后，强度逐渐降低的现象。 这种劣化现象无论是在空气中、 水中或土壤中，都存在；只不过由于环境

52、条件不 同，同一强度等级混凝土所能达到的最大值所经历的时间不同，劣化达到同一强度时，所需的时间不同而已。混凝土是一种人造石材，是一种化学复合材料。主要是依靠水泥水化时产生 的水化物把砂石胶结在一起，才能成为一个整体，具有强度。因此，水泥的水化 物的数量和质量决定了混凝土的强度及其劣化。水泥水化物不管是在空气中、水 中或土壤中，都是不断发生变化的；例如，如果其中的Ca(OH)。受到中性化或溶出，水化硅酸钙等就逐渐分解，降低其胶凝性质，从而会导致强度下降，造成 强度劣化。在图1 1中可见，由于强度劣化可以引起开裂与漏水，也会直接引发结构 的安全性能。因此有必要进一步了解强度劣化的发生和发展，以及强

53、度劣化的机 理，并找出对策。-27独迎下载精品文档6. 1强度劣化的试验研究本书作者从美国开拓局编著，由日本近藤素夫译的混凝土手册(ConcreteManual)(国民科学社刊，1966年出版)中发现了混凝土强度与龄期关系如图 131所小o,泮飞尔,韵率光% 圳誓度宝m.含气 4、水泥330k以m3龄期4图1-31早期湿养生后在试验室空气中混凝土的抗插强度图131中的实线为连续湿养生的强度发展曲线， 强度是缓慢上升的。但 是，如果湿养护后28d, 一直存放试验室空气中，强度逐步增加，但90d龄期后, 强度则逐步降低，到180d龄期时的强度比强度最大值降低了 4MPa其他经过3d、 7d、14d

54、湿养护的试件，之后也放在试验室的空气中，强度(180d)均比各龄期 湿养护的强度最大值有明显地降低。日本北海道大学的一位硕士在论文中做了这样的试验：混凝土成型后，将 试件连模一起存放，测定不同带模存放时间，混凝土的强度、弹性模量与龄期的 关系，如图1-32所示。由图l 32可见：(1)墙体混凝土总的来说，混凝土浇筑后。带模存放时间越长，强度和弹 性模量都有增大的倾向。带模存放1d与5d的试件，4周强度差约2.8MPa；弹性 模量4周相差0.3 x 104MPa从强度来看，带模存放的试件，无论是周、Zd、3d、4d和sd,其强度发展3个月龄期时达到了最大值，以后随着龄期的发展不断下降。带模存放不

55、同龄期 的28 d强度与2年龄期强度如表1 16所示。一般强度下降10%15%。-28独迎下载表1TU带模存放不同龄期混接土 28d强度与2年强度比较桶模存放天敷28d 强玩,MP； 19,12年强度/MP；:复度差/MP0115. 5士 32.二20.】8_九32L019*0422.0-19. 03. Q5维0_LS. 0精品文档图卜32带模存放时间是混凝土强度与静弹性模量的变化上SF翘菽望与义二三-XSS制&=弹性模量也明显下降如表】T7所示。 1-17带模存放时间差漉疆土弹性模变化带模存放天数28d静弹性模量 /X10qMPa2痒b弹彘Q/ X 10* MPa弹性原量囊XWMPa1L73

56、1.410, 322L92L410. 5231.921. 510, 4】4I. 92L 42必量一 ， 2.。5_1.57 *0. 4S-29独迎下载精品文档(2)柱子混凝土带模放置的柱子混凝土强度，28d龄期时，存放1d、3d和 5d的强度分别为14MPa 18.2MPa和200MPq到6个月时，强度达到最大值，分 另I为23MPa22MPaffi 25MPa止匕后强度下降，1年龄期时分另为20.5MPa 22MPa 和22MPa比28d龄期时强度高，但比强度最大值也有明显下降。弹性模量也有类似情况。但是，壁的混凝土厚度小，而柱子混凝土厚度大，前者易受干燥影响，强度差异稍大。2年龄期时带模存放1d与5d的强度差2.8MPa；而柱子混凝土，在1年龄期时，id与sd强度才相差1.2MP3图1-33抗拉试验的砂浆试件1.6.2强度劣化的工程检测日本北海