混凝土裂缝诊断技术

反应，产生CaCO3析出水. 分蒸发，促使体积缩小。
2、混凝土收缩裂缝的原因－自由收缩受到约束 当收缩受到约束而产生的拉应变大于当时混凝土的极限 拉应变就会产生与拉应力方向相垂直的裂缝。 1) 混凝土构件表面收缩龟裂（图1）
图1-a 混凝土表面龟裂
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图1-b 桥面铺装收缩裂缝
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这类收缩裂缝多数是混凝土构件表层由于养护 不当，表层失水、干缩所造成。这类裂缝一般 不深，多数深度不超过钢筋保护层厚度。
混凝土桥梁 裂缝诊断技术
刘仲训
同济大学
2009.04 .
混凝土桥梁裂缝诊断技术
• 第一节 前言
• 混凝土桥梁病害的主要表现形式：
1、裂缝
2、变形（变位）
3、腐蚀
• 对混凝土结构而言，其病害的最终形式是裂缝。
所有混凝土结构的裂缝都是由于混凝土中拉应变 超过当时的混凝土极限拉应变而产生的，因此混 凝土裂缝都是受力裂缝。为了与公路桥涵规范所 述的裂缝类型相对应，裂缝所产生的原因分为两 类：1、非荷载裂缝――由于材料自身内力引起 裂缝，如材料自损和劣化；
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图13-a 封锚混凝土周边收缩裂缝
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图13-b 寿春路桥中承式拱吊杆顶端 封锚处有5cm厚积水
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图14 寿春路桥吊杆钢管内部黄油由于钢丝 锈蚀物混合成咖啡渣状并含水份
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8）预应力管道保护层方向裂缝 ① T梁腹板预应力管道保护层顺管道方向裂缝 （图15）
图15 由于第2根波纹管边缘保护层较薄，粗骨料不 易进入，因此易产生收缩裂缝
模板约束，造成最薄处的腹板竖向裂缝，图5为苏嘉杭 高速公路T梁收缩裂缝。由于腹板较薄，这类收缩裂缝 可能穿透腹板厚度，但对承载能力基本上无影响。
图5 钢模板拆模迟引起T梁腹板收缩裂缝
• 维修方法：封闭裂缝。.
3）老桥混凝土腹板的碳化收缩现象 如苏式T梁腹板经常发现枣核形裂缝，即两端细， 中间粗。裂缝下端细是由于下缘配筋量大，裂缝 上端由于逐渐上伸到受压区而消失。裂缝中间粗 有二个原因：一是腹板纵向水平钢筋少；二是在 原有裂缝基础上，由于碳化收缩而使裂缝宽度增 宽，图6为苏式T梁裂缝状况。
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第二节 非荷载裂缝 一、混凝土收缩裂缝 1、混凝土收缩原因 1）混凝土组成：
–粗骨料 –细骨料 –胶结料：水泥＋水→水化→水泥凝胶体→水泥石
2）混凝土收缩实为水泥石收缩，有三种原因： ① 化学收缩－水化过程中体积缩小 ② 物理收缩－自由水蒸发、干燥引起体积缩小 ③ 碳化收缩－空气中CO2与混凝土中Ca(OH)2发生化学
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图2 岩石基础上混凝土桥台竖直裂缝
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② 在先浇筑好的混凝土承台上再浇筑薄壁砼墙身 （C30，水灰比达0.63，泵送砼）。由于第一次浇筑的 混凝土龄期长些，其收缩已完成一部分，后期收缩要 小一些，但后浇的薄壁墙身收缩显然要大于先浇部分 混凝土的后期收缩量，导致产生收缩差而裂缝（图3）。 由于墙体薄，故裂缝一般贯通。
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• 维修要点： a、凿除湿接段，重新布筋浇筑； b、新浇筑混凝土应采用补偿收缩混凝土，并加强养 护； c、再浇筑一层桥面铺装混凝土覆盖湿接缝； d、增设防水层； e、沥青铺装。
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3、 解决方法 1）补偿收缩混凝土配制方法
补偿收缩混凝土是在普通混凝土中按规定比例 掺 加有 效 膨 胀 剂 ， 如 UEA 用 量 为水泥 用量 的 12～14％，可防止产生收缩裂缝。但一定要连 续保湿三天以上，否则裂缝反而多。 2）裂缝封闭方法 ① 注入稀环氧树脂胶； ② 凿槽后采用无收缩水泥基专用修补砂浆修补； ③ 裂缝较深者凿槽后采用高强度免振无收缩砂浆 修补； ④ 涂抹渗透结晶型水泥基. 浆料。
图3 在先浇注的混凝土承台上浇注 桥台墙身的混. 凝土收缩裂缝
③ 斜拉桥塔底段混凝土竖向收缩裂缝（图4）。 这类裂缝的深度一般不深。
图4 斜拉桥塔底裂缝
• 维修方法： a、采用在裂缝内注入特种树脂胶，如壁可法。 b、采用水泥基渗透结晶型浆料涂刷，如XYPEX （赛伯斯）。
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④ 预制T梁由于钢模拆除不及时，T梁混凝土收缩受到钢
图12
①该处纵向裂缝是与空心板梁空腔最低处相对应， 裂缝处有渗水痕迹，表明裂缝已贯通空腔底板厚 度，裂缝宽度可由0.1mm～. 0.5mm左右。
②其原因是混凝土收缩所造成。 ③对承载能力不影响，仅影响耐久性。 • 维修要点： a、封闭裂缝。 b、若有渗水痕迹，应凿洞，把空腔内积水漏
尽。
7）中承式拱吊杆上端封锚混凝土因收缩裂缝渗水， 通过锚头孔隙流入钢束而锈蚀。图13为合肥寿春 桥吊杆上端封锚混凝土四周的收缩裂缝和积水。 图14为寿春桥吊杆钢丝索严重锈蚀（采用黄油保 护）。
生化学反应而膨胀，其体积将增大2～4倍，从而 胀裂混凝土保护层。
对于钢筋锈蚀，首先要分析是先锈后裂，还是 先裂后锈。 1、先锈后裂
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1）混凝土保护层碳化
钢筋混凝土保护层起保护钢筋作用的机理是 因为混凝土保护层具有弱碱性，与钢筋表面产生 一层钝化膜，从而保护钢筋不被锈蚀，俗称碱性 保护。
但混凝土与空气中的二氧化碳CO2由水通过毛 细孔与混凝土中氢氧化钙起作用（化学反应） Ca(OH)2 ＋CO2――CaCO3 ＋H2O转化为中性的碳酸 钙和水使这部分混凝土由碱性变成中性，也即PH 值由原来的13降低到8～10，这就是混凝土碳化， 当保护层全被碳化，也就是失去碱性保护，在钢 筋表面不能继续生成钝化膜，当外界有腐蚀物质 时，通过毛细孔渗入到钢筋表面而锈蚀，从而胀 裂混凝土保护层，这是先锈后裂。
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图28 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28-a 腹板钢筋锈蚀崩裂混凝土表面 .
图28-b 箱内顶板钢筋锈蚀. 成片顶裂混凝土保护层
图29-a 汉阳路桥桥面板钢筋锈损
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图29-b 汉阳路桥边桥面板钢筋严重锈蚀
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4） 钢筋锈蚀的危害
① 粘结力减弱，降低承载能力；
② 钢筋截面减小，降低承载能力；
图27 钢筋锈蚀后，内部混凝土发生层离现象
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• 这类因钢筋锈蚀后而产生的顺筋向裂缝，在评定 时不能用规范中“对荷载裂缝的宽度限值”作为 标准来评定。根据个人经验，当构件表面出现顺 筋向裂缝，并确定是由于内部钢筋锈蚀所引起， 即使表面顺筋向裂缝宽度小于受力裂缝宽度限制 0.2mm，甚至在0.1mm以下时，也应及时予以维 修。有起壳声者表明已层离，应及时凿除，用聚 合物修补砂浆予以修补，并在混凝土表面涂刷渗 透结晶型的浓缩剂浆料堵封混凝土毛细孔，防止 外界腐蚀性物质通过水渗入，使钢筋进一步锈蚀。
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2、荷载裂缝――由于外荷载、预应力作用、 温度变化、混凝土收缩、徐变及支座变位 等引起的裂缝。
※虽然裂缝在规范里是作为正常使用状态中耐久 性来评价，但结构损坏乃致倒塌往往是从裂缝 的扩展开始的，由安全状态随着时间的延伸而 逐渐转化为不安全状态，因此结构耐久性问题 实质也是安全问题，必须引起重视。
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2）氯离子锓蚀引起锈蚀 氯离子（Cl-1）存在于盐中，如Nacl（氯化纳）、 Cacl（氯化钙），当中含有氯离子（Cl-1）时， 混凝土碱度虽然较高，钢筋周围的混凝土尚未碳 化，此时钢筋也会出现锈蚀，这是因为氯离子半 径小，活性大，具有很强穿透钝化膜的能力，氯 离子首先吸附在钝化膜有缺陷处，使氢氧化铁反 应成易溶的氯化铁，使钝化膜局部破坏，产生坑 蚀。 氯离子来源： ① 内掺型
图6 苏式. T梁裂缝
4）预制构件拼装湿接头收缩裂缝 ① 拱片之间的横系梁、横隔板的两端湿接头产生收缩裂
缝（图7-a、b）。
图7.-a
图7-b 刚架拱（苏州金鸡桥）横隔板 湿接头收缩裂缝
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• 危害性： a、产生横向摇摆 b、荷载横向分布集中，降低承载能力。 c、造成拱片顶部桥面顺桥向裂缝（图8）。
图9 空心板梁 桥面纵缝
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图10 空心板梁剪力铰收缩后桥面铺装混凝土裂缝分析
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• 维修要点： 方案一： a、桥面铺装重新修筑，采用钢筋钢纤维混凝 土； b、原剪力铰凿除，采用比板梁混凝土强度高一 级的铣削型钢纤维混凝土，含量为50Kg/m3； c、新桥面铺装与板梁之间结合面应种植结合面 抗剪钢筋，两端密一些，中央疏一些； 方案二： 横桥向施加体外预应力。
图21 钢筋锈蚀引. 起顺筋向裂缝
图22 立柱锈胀裂缝
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图23 双曲拱拱肋下缘钢筋锈胀
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图24-a T梁端. 部钢筋锈蚀
图24-b 锈蚀部分采用自流平砂浆修补
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2）箍筋锈蚀裂缝（图25），手摸裂缝边缘有突出 高差感觉。
图25 箍筋锈蚀崩裂混凝土保护层 .
图26 盖梁箍筋锈蚀
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3）钢筋锈蚀后，内部混凝土产生层离状态见图27。
接通道而锈蚀钢筋; 2) 酸雨腐蚀先腐蚀混凝土保护层继而锈蚀钢筋; 3) 骨料膨胀引起混凝土裂缝后再锈蚀钢筋。
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3、钢筋引起混凝土崩裂的形态 钢筋锈蚀引起裂缝形态一般是顺筋向的。对
先锈后裂的混凝土构件，实际上在钢筋锈蚀早期， 构件内部已有层离裂缝存在，但外部还尚未裂缝， 此时可用小锤轻敲听声，有空壳声表示内部已有 层离裂缝起壳，然后凿开检查。 1）纵筋锈蚀裂缝（图21）
10）混凝土沉落裂缝 由于混凝土刚浇筑、振捣，抹面压光后，混凝土 在自重作用下仍有继续沉缩趋势，此时受到钢筋 阻碍（图18-a），或模板约束（图18-b），就会 产生裂缝。
图18 混凝土沉落裂缝 a—钢筋阻碍的沉落裂缝
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b—模板阻碍的沉落裂缝
• 原因：
a、 振捣不充分
b、 漏浆
c、 跑模 d、 模板刚度不够 e、 混凝土保护层太薄
③ 钢筋锈蚀后易产生应力集中，增加脆性；
④ 预加应力钢筋锈蚀后，在高应力作用下会加快锈蚀， 即所谓应力腐蚀现象。
5） 维修加固方法
① 锈蚀钢筋彻底除锈，补焊钢筋，弥补钢筋锈损，然 后用混凝土包裹保护；
② 锈蚀钢筋应彻底除锈，用混凝土修补，粘贴钢板或 碳纤维布，补充钢筋截面损失； ③ 保护层混凝土已全面碳化，不防锈，采用XYPEX(赛 伯斯)浓缩剂浆料涂刷封闭砼毛细孔，隔离水及腐蚀性 物质，防止钢筋继续锈蚀；.
图19 空心板浇筑混凝土初凝后 因气囊漏气而产生裂缝
f、 混凝土坍落度过大
g、 空心板梁空腔气囊漏气（图19）
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•这类裂缝一般为表层裂缝，处理方法： a、沿裂缝凿U型槽，采用专用修补砂浆修补； b、这类裂缝较密时可整片凿除混凝土保护层， 采用免振自流平砂浆修补。
二、钢筋锈蚀引起的裂缝 混凝土中钢筋产生锈蚀后，由于锈皮会吸湿产
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5）空心板梁封头板砂浆收缩裂缝引起渗水（图 11），使空腔内聚积大量水，曾经在一块空心板 梁的空腔底部钻一小孔， 出水量达0.6m3，对普 通钢筋混凝土空心板梁的受荷裂缝在受荷时张开 引起内部水逐渐渗出，导致底部钢筋锈蚀严重。
图11 空心板梁封头板砂浆收缩裂缝渗水 .
6）空心板梁底面纵向裂缝（图12）
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② 等截面箱梁底面沿波纹管方向裂缝（图16）
图16 薄处混凝土收缩大， 厚处混凝土收缩小，并产生 收缩应力集中而开裂
该裂缝对承载能力没有影响，仅影响耐久性。 • 维修方法：封闭裂缝
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9）预制T梁翼板间后浇湿接段收缩裂缝（图17）
图17 • 后果： a、湿接段板由固端板变成简支板，跨中弯矩增大一倍； b、收缩裂缝常年渗水，钢筋锈蚀，甚至锈断； c、现浇湿接段翼板产生断裂、塌陷、坑洞。
• 维修要点： 凿除横隔板两端 开裂的湿接段， 浇注钢筋混凝土 围套。混凝土采 用无收缩自流平 砂浆。
图8 刚架拱桥面纵向裂缝 .
② 空心板梁剪力铰铰缝混凝土因收缩产生缝隙后，相邻 两榀空心板在荷载作用下产生挠度不连续，因此导致铺 装混凝土产生S形弯曲，在挠度小的梁边产生负弯矩， 当桥面铺装钢筋配筋率低时，易造成桥面沿梁长顺桥向 裂缝（图9），由此降低横桥向整体性，使荷载横向分 布集中，降低桥梁承载能力。
50年代冬季施工常用氯盐（氯化钙）掺加， 防冻，造成钢筋锈蚀（图. 20）。
图20 钢筋周围混 凝土未碳化，钢筋 锈蚀是由于氯离子 引起
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② 外渗型 化工厂 海边地区结构物 北方桥面化冰盐等 由氯离子引起钢筋锈蚀而胀裂混凝土保护层， 也是先锈后裂类型。
2、先裂后锈 1) 荷载裂缝的裂缝宽度过大，外界腐蚀物质有直
2）墩台混凝土的竖向收缩裂缝
① 在岩石基础上浇筑的墩台混凝土，混凝土 墩身要收缩，岩石基础不收缩，由此产生收缩 差，岩石基础阻止墩身混凝土收缩而在横向产 生拉应力，当该拉应变大于该时段的混凝土极 限拉应变就会产生竖向裂缝，这类墩身、台身 的竖向裂缝为下宽上细，当台身较厚，由于表 层收缩大、内部收缩小，因此显示表层裂缝宽