混凝土的裂缝及修补课件

混凝土的裂缝及修补技术主讲人：赵文经主要内容引言形成裂缝的劣化原因混凝土结构表面缺陷混凝土的修补一、引言砼修补涉及砼劣化机理，监测评估，修补方法，材料。劣化砼举例：1984年美国洲际公路网56万座桥中，一半以上出现钢筋锈蚀，严重失效的9万座；日本有21.4%桥的锈蚀：顺筋裂纹；我国沿海地区使用7—25年的桥有89%钢筋锈蚀，连云港一桥不到3年，宁波一桥不到5年即锈蚀严重；20世纪30年代美国俄勒冈州（Alsea）拱桥因水灰比太大氯离子侵入导致钢筋锈蚀，引起结构破坏。正常情况水泥水化用水为水泥重量的23%。2、变形⑴塌落度变形，不同塌落度引起的骨科的下沉，下沉中的阻，化学收缩；塑性变形。⑵干缩湿涨水分蒸发形成毛细

压作用，宏观上表现为水泥浆体和砼结构体收缩。收缩率一般为（300-600）×10-6，水泥净浆为2500×10-6，200M连续梁干缩后变形可达60-120mm。⑶湿度变形，收缩率一般为10-5/0C，00C--400C，100M变形可达40mm。⑷徐变：砼在恒定外力作用下，变形随时间而增加，砼结构在长期荷载作用下，随时间而增加的变形。变形率可达（300-1500）×10-6，此力对钢筋砼可消除内部应力集中，但对预应力砼会导致钢筋的预应力消失。3、耐久性指抵抗气候，化学侵蚀，磨损等劣化作用的能力。⑴钢筋腐蚀C1+侵入诱导，破坏钢筋的钝化膜，降低了PH值，增大了电导率。一般PH=12的环境有保护作用。⑵砼冻融劣化⑶砼碳化即砼中Ca(OH)2与侵入的CO2化学反应的结果，降低了砼中的PH值。湿度在50%-75%之间的碳化率最高（从12.5下降到6-9）。碳化腐蚀在表层。⑷化学腐蚀硫酸盐，海水、酸侵蚀等从内部破坏。⑸碱骨料反应引起砼体积膨胀乃至开裂。水泥等中的含碱量，对碱活性骨料的作用。二、砼结构的表面缺陷1、八种常见缺陷的成因⑴表面气孔混凝土表面的气孔的表面特征：分散、单独，小于10mm的气孔。产生原因：①骨料级配不合理，粗骨料过多，细骨料偏少；②骨料大小不当，针片状颗粒含量较多；③用水量较大，水灰比较高的混凝土；④振捣不充分；⑤使用表面刷油的钢模板；⑥混凝土引气量过大。⑵表面裂缝混凝土结构的表面特征：裂纹，通常不延续，有时呈网络状，多发生在顶面。各类混凝土裂纹产生的主要原因包括：塑性收缩、干缩、混凝土硬化之前沉降、基层不平整造成混凝土的开裂等。⑶蜂窝麻面蜂窝麻面的表现特征：露石和粗糙表面。产生原因：①混凝土拌和料中胶凝材料用量不够；②粗骨料中细料不足；③振捣不充分；④施工中在模板接缝处或在连接螺栓孔处漏浆。⑷错牙失准（错牙）的表现特征：凸出、成波形或其他种类与原设计不符的情况。产生的原因：①模板安装不准确；②浇筑时，在荷载作用下或在由于模板含水量发生变化而造成变形。⑸掉落（掉角）掉落（掉角）的表现特征：硬化的混凝土掉落。产生的原因：①拆模过早，提前拆模时，施工中不小心而使模板与混凝土结构发生碰撞，极易产生掉落；②混凝土本身的强度过低，不能承受碰撞；③骨料不符合要求，易碎；④模板表面粗糙，脱模剂涂抹不匀，混凝土与模板黏附在一起，拆模时造成脱皮。2、常见缺陷图解钢筋混凝土因在各种劣化机理产生的各种破坏在前面已经阐述，其主要劣化症状图解及定义如图所示。塑性开裂是指新拌混凝土在浇筑后初期仍处于塑性阶段时混凝图表面发生的开裂。（见图1）图1塑性开裂砂眼是小的规则或不规则的空穴，通常直径不超过15mm，它是由于在浇筑和硬化期间成型混凝土表面上引入气泡形成的。普通光滑形，清水混凝土表面已有很多均匀分散的气孔，大多数在3～7mm范围内。砂眼与其他各种大小的孔洞共同存在，其在横向上有25mm左右长，有些比较深。（见图3）图3砂眼鼓起是混凝土路缘或混凝土板在连接缝或裂纹处发生的局部的向上运动。当连接缝填充了不可压缩性的材料，在炎热的天气下热膨胀会产生足够大的压力引起路面、人行道或路缘翘曲，常常会发生鼓起。还可能产生平行或垂直于连接缝的开裂。（见图5）图5鼓起碱骨料反应是指硅酸盐水泥中的碱（钠和钾）和集料中某些活性碳酸盐物质、硅质岩或矿物，如蛋白石质燧石、鳞石英、酸性火山灰玻璃体之间的膨胀反应。在使用期间，反应产物可能会产生不正常的膨胀和混凝土开裂。（见图6）图6碱骨料反应起粉是指在硬化混凝土表面产生很容易脱落的软的、粉状物质。（见图7）图7起粉鼓泡是在混凝土表面终饰过程中在砂浆致密表层下形成或充水的膨胀凸起。其直径约在6～75mm之间，在抹灰时可以移动，只有当终饰完成后才可以看见。混凝土硬化后交通开放时才会发生破坏。（见图8）图8混凝土起泡突起是指在小部分的混凝土表面因局部的内部压力而脱离，留下浅的典型圆锥形的凹坑；小弹出块留下的坑的直径为10mm左右，中等弹出的块留下的坑的直径为10～50cm，大弹出块留下的坑的直径大于50mm。（见图9）图9突起风化是指混凝土或在砌体表面形成通常是白色沉淀物。溶解在溶液中的盐或碱，由于蒸发或碳化作用而形成沉淀物。（见图10）银纹是微细裂纹的扩展，是混凝土表面上一个随机细裂纹体系。存在于表面的微细裂纹的形貌也称为龟裂纹。（见图10）图10风化、银纹分层是沿平行于表面的分离，如涂层和基层的分离，或各涂层之间的分离，对于混凝土板，则是沿板中近似平行且靠近上表面的平面的水平劈裂、开裂或分离；分层在桥面板中最常见，其通常是钢筋腐蚀或在冻融所造成。类似于散裂、剥落或托盘，但分层会影响大面积的区域，且通常分层只能通过无损检测如轻敲法或拖链法来检测。剥落是硬化混凝土表层部分的局部片落或剥离。ACI116-2000“水泥和混凝土术语”中定义了剥落的程度：轻微剥落：不暴露粗骨料。中等程度剥落:抹面砂浆的厚度损失在5～10mm，暴露的粗骨料。严重剥落：抹面砂浆的厚度损失在5～10mm，集料颗粒周围砂浆的厚度损失在10～20mm。非常严重剥落：粗集料颗粒和砂浆的厚度损失一般大于20mm。混凝土钢筋锈蚀是批混凝土因碳化或氯离子等原因诱导引起的钢筋腐蚀。三、砼的修补1、砼的修补设计⑴调查及评估对结构的现状进行全面、合理的评价是进行任何维修或修补工程的第一步，也是正确选择修补技术方案和维修材料的基础。混凝土评价的一般程序包括现场调查、相关工程资料查阅以及检测分析等。E、服役环境调查与评估

主要包括结构所处环境的年平均温度和湿度条件、构件所处结构部位、机构所处位置的地下水位、水质、土质的有害介质含量以及病害混凝土内部有害介质化学分析与测定等。F、结构形式与荷载情况

主要包括病害结构的设计要求和主要用途、所受荷载类型和频度、病害构件结构部位以及服役年限等。G、结构设计与施工情况

包括机构设计图纸、施工工艺、相关施工记录和验收资料，混凝土的设计等级要求和混凝土配合比和钢筋的情况等。⑵修补方案选择为了获得耐久性良好的修补结果，准确无误地了解修补的作用和目的，选择正确的修补技术方案非常必要。①修补效果包括三方面的内容，即对结构的保护、外观效果的改善以及承载能力的提高。②修补技术方案必须有针对性和有效性。不同的混凝土病害应该采取不同的修补技术方案。如对于冻融破坏引起的混凝土病害的维修，采取表面维修技术方案并不能决水流向混凝土的问题。正确的修补技术方案是：首先内部注浆处理切断水源，然后外部进行防水处理或引流将水疏导处理再修补；或是加大修补层厚度，使混凝土含水区处于冻融部位以内的范围。⑵修补材料修补材料的分类：修补材料可按不同分类方法进行分类。从使用用途来看，主要分为裂缝修补材料、灌浆材料、快速修补材料、密封材料、表面防护材料等。从胶凝材料性质分类，主要分为：水泥基胶凝材料、聚合物增强水泥基胶凝材料、聚合物胶凝材料、纤维增强聚合物材料等。从材料性质来看，主要包括无机修补材料、有机修补材料等。①修补材料的性能收缩性能；热膨胀系数；渗透性；弹性模量；粘结强度；抗拉强度；抗压强度；电学性质；化学性质；颜色性能。②水泥基修补材料：混凝土和砂浆及其他水泥基胶凝性材料是修补材料的最佳选择。③聚合物水泥基复合修补材料加入聚合物（PMC），可提高其粘结性能，抗拉强度，提高抗渗性；抗化学侵蚀性。用在PMC中的树脂包括：环氧树脂，甲基丙稀酸，甲酯单体，氨基甲酸，乙脂，呋喃树脂，酚醛树脂。主要用于已损坏结构的修补。④灌浆修补材料：如水泥净浆，水泥粘土浆，水泥水玻璃浆。⑤纤维及纤维增强复合材料，如玻璃纤维，碳纤维，钢纤维，芳纶（Vevlar）纤维。（见图13）单向纤维复合材料纤维含量/%（质量）密度/（kg/m3）纵向拉伸模量/GPa拉伸强度/MPa玻璃纤维/聚酯树脂GFRP板50~801600~200020~55400~1800碳纤维/环氧树脂CFRP板65~751600~1900120~2501200~2250芳纶纤维/环氧树脂AFRP板60~701050~125040~1251000~1800图13GFRP、CFRP和AFRP的力学性能⑥渗透、填充、密封类材料。如水泥基渗透结晶防水材料；液体渗透结晶型防水材料（水性材料有很强的渗透性）；橡胶沥青，聚氨脂焦油类嵌缝材料等。⑦表面防护材料：如有机环氧树脂；无机的氟硅酸盐类；硅烷防护材料；原浆型涂层等。⑴砼裂缝修补①表面涂覆法（表面密封法）：对≤0.2mm裂缝涂覆低黏度环氧树脂液，水泥树脂砂浆、聚硫化合物等。②开

密封法：用于较大或潜伏性裂缝上，对一般6-19mm深缝中，开

、灌浆、密封。③钻孔嵌塞法（见图14）图14钻孔嵌塞法④灌浆法⑤裂缝阻隔法（见图15）图15裂缝阻隔法⑵钻清除技术类别具体技术技术特点需要考虑的要点/限制条件1、爆破施工使用约束在一系列孔中的快速膨胀的气体来产生可控制的破裂并清除混凝土爆炸大多数用来清除界面厚度在250mm或更大体积混凝土，产生易于清除的较好混凝土碎片在设计和施工时要求工作人员有高的技术，在运输、存储以及使用炸药时必须遵守严格的安全规则，必须控制爆炸能量以避免对周围的危害2、锯切施工使用周切方式清除大块的混凝土高压水喷射（无磨损）适用于对平板、面板以及其他薄混凝土构件进行挖切清除；切去不规则和弯曲形状部分；作没有切角的挖切清除；精度高；振动、尘土产生；碎片易清除仅限于薄截面的挖切清除；施工慢，比用钻石刀锯更不经济；产生中等程度的噪声；需要水来控制废物流出；由于产生高压水，因而要注意安全钻石锯适用于对平板、面板以及其他薄混凝土构件及逆行挖切清除；精度高；振动、尘土产生；碎片易清除仅限于薄截面的挖切清除；施工性能受钻石类型和钻石与金属部分的黏结影响；切块中刚进含量越高，施工越慢费用越高；骨料硬度越大，施工越慢费用越高；需要水来控制废物流出2、锯切施工使用周切方式清除大块的混凝土钻石金属线（丝）锯适用于大的或厚的混凝土块；钻石金属线（丝）锯带能无限长；没有灰尘和振动产生；大的混凝土块能用起重机或其他机械工具容易取出；在任何方向的锯切效率相同切锯带必须连续；必须有贯穿混凝土截面的孔；锯带上必须有水；需要水来控制废物流出；骨料硬度越大，施工越慢费用越高；施工性能受钻石质量、类型以及数量和钻石与金属部分的黏结影响机械切剪适用于对平板、面板以及其他薄混凝土构件进行挖切清除；能够剪切刚进；仅产生有限的噪声和振动；碎片易清除仅限于边缘有孔或可以作孔的薄截面；暴露的钢筋会被破坏不能使用；对剩余的混凝土有危害；在剪切边缘有极不规则的轮廓；清除后有粗糙的毛边点钻适用于仅有一面可以进入的混凝土结构的挖切清除；碎片易清除旋转冲击钻比钻石钻头更经济有利；然而，对剩余混凝土危害更大；切削的深度取决于钻孔设备的精度；削切深度越大，要求钻孔直径越大，费用越高；邻近钻孔之间没有切除的部分会阻碍清除；切钢筋需要更多的时间和费用；骨料的硬度（对钻芯）和韧度（对冲击钻）影响切削给用和效率；噪声高，员工必须戴听力保护设备热力切锯用于大型加筋板、梁、墙以及其他薄到中等厚度的混凝土构件的挖切；切钢筋混凝土的有效方法；可切不规则形状；噪声、振动、灰尘少商业可用性有限；不用语限制排渣的场合；对剩余混凝土有热危害，钢筋附近的混凝土损害更大；产生烟和粉尘；工作人员必须不受热渣的伤害3、冲击施工使用大的物体对混凝土表面重复冲击以使其破坏手持破碎器适用于有限体积的混凝土清除以及限制爆炸呢功能的场合；商业上广泛应用；工作空间有限的场合；产生相对少并易处理的废渣施工性能取决于混凝土的完好性和骨料的韧度；当破裂作用不是想下时，效率大大地损失；清楚边缘需要锯切以避免毛边；剩余的混凝土可能受到危害；产生大的噪声、灰尘以及振动悬臂破碎器适用对于平板、棉班以及其他薄混凝土构件的全深度范围的清除以及大型混凝土结构的表面清除；能使用在垂直向和正上方向的表面；商业上广泛应用；产生依处理的废渣要限制传递到混凝土上的爆炸性能量以保护修补的结构和周围的结构免受高循环作用产生能量的危害；施工性能取决于混凝土的完好性和骨料的韧度；剩余的混凝土以及钢筋可能受到危害；产生毛边；产生大的噪声、灰尘以及振动整修器低的初始费用；可以使用非熟练工；适合工作空间有限的场合；可以有效清除墙或地面表面的劣化混凝土；商业上可以容易得到高的循环的能量作用在结构上可能对原有结构造成开裂；仅能清除有限深度的区域；产生大的噪声、灰尘4、磨耗施工使用路面破坏机(松土机)清除混凝土表面松土机适合清理平板、面以及大体积混凝土构件的劣化表面；悬臂切削机可用来清除墙和天花板的表面；清除轮廓可控制；产生相对少和易清理的废渣。仅限于没有加筋的混凝土构件的清除；对完好混凝土的清除率低；会危害剩余的混凝土；会产生噪声、灰尘和振动。5、水力清除施工使用高压水清除混凝土高压水枪适合清除桥梁和停车场面板的劣化表面的混凝土以及清除深度小于6mm的劣化表面的清理；不会危害剩余的混凝土；剩余清洁的钢筋且不危害重新使用；产生易的骨料尺寸大小的碎片清除完好混凝土的效率低；清除轮廓随劣化深度而变化；要求有满足需求的水源；必须控制废水；如果废水进入排水道需要评估环境影响；工作人员要求戴听力保护设备；产生飞溅的废渣；需要附加的安全6、预裂施工在孔中使用水力千力斤顶、水脉或是膨胀剂预裂和破坏混凝土使其易利于清除；能够预裂大的截面，废渣处理容易；限制在孔深度方向的预裂平面的发展大大减少；预裂开口必须足够宽以允许钢筋的切除；为了完全消除需要二次破碎方法水力劈裂器可用来预裂平板。面板、墙以及其他薄到中等厚度的混凝土构件；比切削法的费用低；通过楔和孔的配制可以控制预裂方向；可以用在仅有有限进口的区域；施工者仅需有限的技术；除了钻孔和二次破碎期间不产生振动、噪声以及飞溅岩石现象在预裂平面内存在钢筋时预裂平面的发展大大减少；预裂开口必须足够宽以允许钢筋的切除；为了完全清除需要二次破碎方法；如果孔间隔太远或是孔位予严重受损的区域，则预裂平面的控制会受到损失水脉冲劈裂器经济、方便、结实且容易使用和维修；设备自带电源；产生可以忽略的振动；不受剧烈温度的影响需要钻间隔小的孔来控制裂缝的扩展；裂缝平面深度的控制有限；不能应用在垂直表面上；产生一些噪声；钻孔需要水膨胀剂可用于尺寸为230mm或更大的混凝土表面的清除；能产生大深度的垂直裂缝平面；除了钻孔和二次破碎期间不产生振动、噪声以及飞溅废渣现象最好使用重力堵塞的垂直向或几乎垂直的孔；灰泥稠度的膨胀剂可以使用在水平向或是正上方向的孔中；在预裂平面内存在钢筋时预裂平面的发展大大减少7、磨损性爆破施工使用设备高速推进磨损性介质到混凝土上以磨损表面砂粒爆破粗化表面和暴露骨料的有效方法；清洁钢筋；清除表面污染物干燥的砂粒爆破施工产生大量灰尘；湿砂粒爆破施工缓慢且很难达到法定排放要求射击爆破施工粗化表面和暴露骨料的有效方法；低的灰尘排放量；清除表面污物；可控制混凝土清除的深度；商业上容易获得大型设备可能产生高的噪声；需要高压电力高压水爆破施工(带磨损性)可选择性地清除缺陷混凝土；可有效清除大量的混凝土；精度控制清除过程；清除混凝土的同时也清洁了钢筋；对剩余混凝土产生最小的危害；不产生热及灰尘；磨蚀性喷射施工能切断钢筋和硬质骨料初始投资高；需要附加的保护和安全措施；要求控制废水流4、砼表面缺陷处理⑴混凝土浅层缺陷的修补混凝土浅层缺陷的修补应包括混凝土表层破损深度不超过钢筋保护层的混凝土构件修补。修补材料宜选用聚合物水泥砂浆、环氧树脂水泥砂浆、防水材料、微膨胀水泥砂浆等，面积较大时可采用喷射砂浆或混凝土。混凝土浅层缺陷修补的施工应满足下列要求：①混凝土表面应凿毛，并露出混凝土坚硬部分，表面的松散层、附着物、油污、污垢、灰尘等应清理干净；