工程結(jié)構(gòu)損傷機理及危害.ppt

工程結(jié)構(gòu)檢測與加固 碩士研究生課程 主講教師 賈彬教授土木工程教研室 厚德博學(xué)篤行創(chuàng)新I西南科技大學(xué) 厚德博學(xué)篤行創(chuàng)新I西南科技大學(xué) 第2章工程結(jié)構(gòu)損傷機理及危害 2 1 1鋼筋腐蝕2 1 2混凝土的碳化2 1 3混凝土堿集料反應(yīng)2 1 4化學(xué)介質(zhì)的腐蝕2 1 5混凝土的凍融破壞2 1 6混凝土結(jié)構(gòu)的裂縫 2 2 1砌體結(jié)構(gòu)的裂縫2 2 2砌體結(jié)構(gòu)的變形 2 3 1鋼結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定問題2 3 2鋼材的疲勞破壞2 3 3鋼結(jié)構(gòu)的脆性破壞2 3 4鋼結(jié)構(gòu)的防火與防腐 2 1混凝土結(jié)構(gòu)損傷機理及其危害 2 2砌體結(jié)構(gòu)損傷機理及其危害 2 3鋼結(jié)構(gòu)的損傷機理及其危害 2 4地基基礎(chǔ)損傷機理及其危害 2 4 1地基失穩(wěn)2 4 2軟土地基2 4 3濕陷性黃土2 4 4季節(jié)性凍土 厚德博學(xué)篤行創(chuàng)新I西南科技大學(xué) 第2章工程結(jié)構(gòu)損傷機理及危害 2 1混凝土結(jié)構(gòu)損傷機理及其危害 2 1 1混凝土中鋼筋的腐蝕 厚德博學(xué)篤行創(chuàng)新I西南科技大學(xué) 第2章工程結(jié)構(gòu)損傷機理及危害 鋼筋腐蝕機理 條件 在鋼筋表面存在電位差 不同電位的區(qū)段之間形成陽極 陰極 陽極區(qū)段的鋼筋處于活化狀態(tài) 陽極反應(yīng) 2Fe 4e 2Fe2 存在水分和溶解氧 在陰極發(fā)生陰極反應(yīng) 2H2O O2 4e 4OH 2 1 1混凝土中鋼筋的腐蝕 厚德博學(xué)篤行創(chuàng)新I西南科技大學(xué) 第2章工程結(jié)構(gòu)損傷機理及危害 影響鋼筋腐蝕的主要因素 pH值Cl 含量氧混凝土密實性砼保護層厚度其他因素 2 1 1混凝土中鋼筋的腐蝕 厚德博學(xué)篤行創(chuàng)新I西南科技大學(xué) 第2章工程結(jié)構(gòu)損傷機理及危害 2 1 1混凝土中鋼筋的腐蝕 混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范GB50010 2010 厚德博學(xué)篤行創(chuàng)新I西南科技大學(xué) 第2章工程結(jié)構(gòu)損傷機理及危害 鋼筋銹蝕破壞的主要破壞特征 混凝土順鋼筋開裂 握裹力 下降與喪失鋼筋斷面損失鋼筋應(yīng)力腐蝕斷裂 2 1 1混凝土中鋼筋的腐蝕 厚德博學(xué)篤行創(chuàng)新I西南科技大學(xué) 第2章工程結(jié)構(gòu)損傷機理及危害 鋼筋防腐蝕的措施 常規(guī)方法 從材料 設(shè)計 施工 維護入手 優(yōu)選配合比 嚴(yán)格控制水灰比 選擇合適的水泥用量和外加劑 設(shè)計采用一定厚度保護層 防止有害物質(zhì)滲入 保證砼施工質(zhì)量 提高密實性 抗凍性和抗?jié)B性 加強養(yǎng)護 防止裂縫產(chǎn)生 防止堿集料反應(yīng) 嚴(yán)格限制氯離子含量 定期檢查 發(fā)現(xiàn)裂縫或表面疏松掉皮時及時處理 2 1 1混凝土中鋼筋的腐蝕 特殊方法 陰極保護 環(huán)氧樹脂涂層鋼筋 用纖維增強塑料 FRP 鍍鋅鋼筋 添加防銹劑 厚德博學(xué)篤行創(chuàng)新I西南科技大學(xué) 第2章工程結(jié)構(gòu)損傷機理及危害 2 1 1混凝土中鋼筋的腐蝕 厚德博學(xué)篤行創(chuàng)新I西南科技大學(xué) 第2章工程結(jié)構(gòu)損傷機理及危害 2 1 1混凝土中鋼筋的腐蝕 厚德博學(xué)篤行創(chuàng)新I西南科技大學(xué) 第2章工程結(jié)構(gòu)損傷機理及危害 2 1 2混凝土的碳化 混凝土碳化機理 混凝土是多孔體 空氣中的二氧化碳先滲透到內(nèi)部孔隙和毛細管中 溶解于毛細管中的液相 與水泥水化過程中產(chǎn)生的氫氧化鈣和硅酸二鈣 硅酸三鈣等水化物相互作用 形成碳酸鈣 厚德博學(xué)篤行創(chuàng)新I西南科技大學(xué) 第2章工程結(jié)構(gòu)損傷機理及危害 2 1 2混凝土的碳化 混凝土碳化對結(jié)構(gòu)的影響 1 混凝土碳化會增加其密實性 提高混凝土抗化學(xué)腐蝕能力 2 碳化降低混凝土的堿度 破壞鋼筋表面的鈍化膜 使混凝土失去對鋼筋的保護作用 3 混凝土碳化加劇混凝土的收縮 可能致使混凝土的裂縫和結(jié)構(gòu)的破壞 厚德博學(xué)篤行創(chuàng)新I西南科技大學(xué) 第2章工程結(jié)構(gòu)損傷機理及危害 2 1 2混凝土的碳化 影響混凝土碳化速度的因素 周圍環(huán)境因素 相對濕度 環(huán)境溫度 CO2濃度 材料組成因素 水泥用量 水灰比 粉煤灰取代量 水泥品種 集料品種 養(yǎng)護方法 施工因素 主要是混凝土攪拌 振搗和養(yǎng)護等條件的影響 主要是影響混凝土密實性 厚德博學(xué)篤行創(chuàng)新I西南科技大學(xué) 第2章工程結(jié)構(gòu)損傷機理及危害 2 1 2混凝土的碳化 減小混凝土碳化的措施 合理設(shè)計混凝土配合比 在混凝土施工時 應(yīng)采用機械振搗 以保證混凝土的密實性 采用表面涂層或表面覆蓋層的方法 隔絕混凝土與空氣中的CO2 混凝土設(shè)計時考慮足夠的保護層厚度 厚德博學(xué)篤行創(chuàng)新I西南科技大學(xué) 第2章工程結(jié)構(gòu)損傷機理及危害 2 1 2混凝土的碳化 回彈法檢測混凝土抗壓強度技術(shù)規(guī)程 JGJ T23 92 測量碳化深度值時 用合適的工具在測區(qū)表面形成直徑約為15mm并有一定深度的孔洞 清除孔洞中的碎屑和粉末是 注意不得用水沖洗 應(yīng)立即用濃度為1 的酚酞酒精溶液滴在孔洞內(nèi)壁的邊緣處 用深度測量工具測量表面至深部不變色邊緣處與測量面相垂直的距離多次 取其平均值 該距離即為該測區(qū)混凝土的碳化深度值 每次測量讀數(shù)精確到0 5mm 當(dāng)深度小于0 5mm時 按無碳化處理 厚德博學(xué)篤行創(chuàng)新I西南科技大學(xué) 第2章工程結(jié)構(gòu)損傷機理及危害 2 1 3混凝土堿集料反應(yīng) 混凝土堿集料反應(yīng)的條件 混凝土中有相當(dāng)數(shù)量的堿 混凝土中有相當(dāng)數(shù)量的堿活性骨料 混凝土工程的使用環(huán)境必須有足夠的濕度 反應(yīng)類型 堿 硅反應(yīng)堿 硅酸鹽反應(yīng)堿 碳酸鹽反應(yīng) 厚德博學(xué)篤行創(chuàng)新I西南科技大學(xué) 第2章工程結(jié)構(gòu)損傷機理及危害 2 1 3混凝土堿集料反應(yīng) 影響堿集料反應(yīng)的因素水泥的含堿量混凝土的水灰比混凝土孔隙率環(huán)境溫濕度影響防止堿集料反應(yīng)的措施采用低堿水泥摻用粉煤灰等摻合料降低混凝土的堿性盡量不用可能引起反應(yīng)的集料改善混凝土結(jié)構(gòu)的施工和使用條件 厚德博學(xué)篤行創(chuàng)新I西南科技大學(xué) 第2章工程結(jié)構(gòu)損傷機理及危害 2 1 4化學(xué)介質(zhì)的腐蝕 混凝土化學(xué)介質(zhì)腐蝕是一個復(fù)雜的物理 化學(xué)過程 按侵蝕介質(zhì)的性質(zhì)分 硫酸鹽腐蝕 海水腐蝕 酸性腐蝕 鹽類結(jié)晶型腐蝕 防止化學(xué)介質(zhì)腐蝕的措施 選用與腐蝕類型或程度相適應(yīng)的水泥品種提高混凝土密實性和抗?jié)B性混凝土保護層必須有足夠的厚度摻用火山灰質(zhì)的活性摻合料采用混凝土表面處理方法 厚德博學(xué)篤行創(chuàng)新I西南科技大學(xué) 第2章工程結(jié)構(gòu)損傷機理及危害 2 1 5混凝土的凍融破壞 混凝土凍融破壞的主要原因是混凝土微孔隙中的水 在溫度正負(fù)交替作用下 形成冰漲壓力和滲透壓力聯(lián)合作用的疲勞應(yīng)力 在這種疲勞應(yīng)力的作用下混凝土產(chǎn)生了由表及里的剝蝕破壞 厚德博學(xué)篤行創(chuàng)新I西南科技大學(xué) 第2章工程結(jié)構(gòu)損傷機理及危害 2 1 5混凝土的凍融破壞 影響混凝土抗凍性的因素 水灰比含氣量飽和水狀態(tài)受凍齡期水泥品種及集料質(zhì)量外加劑和摻合料的影響 提高混凝土抗凍性的措施 引氣劑 減水劑或引氣型減水劑控制水灰比 提高密實度加強早期養(yǎng)護加防凍劑防止混凝土早期受凍 厚德博學(xué)篤行創(chuàng)新I西南科技大學(xué) 第2章工程結(jié)構(gòu)損傷機理及危害 2 1 6混凝土結(jié)構(gòu)的裂縫 原因 水化熱引起塑性收縮裂縫塑性塌落裂縫混凝土干縮裂縫堿集料裂縫溫度變化引起基礎(chǔ)不均勻沉降引起鋼筋腐蝕引起荷載作用引起 厚德博學(xué)篤行創(chuàng)新I西南科技大學(xué) 第2章工程結(jié)構(gòu)損傷機理及危害 2 1 6混凝土結(jié)構(gòu)的裂縫 危害 改變受力模式 降低承載力 可能引起滲漏 影響正常使用 結(jié)構(gòu)剛度降低 變形增加 降低結(jié)構(gòu)安全度 結(jié)構(gòu)耐久性下降 控制標(biāo)準(zhǔn) 寬度0 05mm以下 無任何危害 寬度0 3 0 2 mm以下 對耐久性有影響寬度0 3mm以上 結(jié)構(gòu)性能影響 厚德博學(xué)篤行創(chuàng)新I西南科技大學(xué) 第2章工程結(jié)構(gòu)損傷機理及危害 2 1 6混凝土結(jié)構(gòu)的裂縫 厚德博學(xué)篤行創(chuàng)新I西南科技大學(xué) 第2章工程結(jié)構(gòu)損傷機理及危害 2 1 6混凝土結(jié)構(gòu)的裂縫 混凝土裂縫鑒別工程結(jié)構(gòu)的破壞 特別是鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)的破壞往往是從裂縫開始的 但是 并不是所有的裂縫都是結(jié)構(gòu)危險的征兆 只有那些影響結(jié)構(gòu)承載能力 穩(wěn)定性 剛度以及節(jié)點連接可靠性等的裂縫才可能危及結(jié)構(gòu)的使用安全 而大量常見的裂縫 如溫度 收縮裂縫等 并不危及結(jié)構(gòu)安全 因此 各類裂縫對結(jié)構(gòu)的危害是不同的 故對各類裂縫的處理應(yīng)有區(qū)別 所以準(zhǔn)確鑒別不同類型的裂縫是十分重要的 厚德博學(xué)篤行創(chuàng)新I西南科技大學(xué) 第2章工程結(jié)構(gòu)損傷機理及危害 2 1 6混凝土結(jié)構(gòu)的裂縫 裂縫鑒別一般從裂縫現(xiàn)狀 開裂時間和裂縫的發(fā)展變化三個方面調(diào)查分析 主要內(nèi)容有 1 裂縫寬度 是判斷裂縫對混凝土結(jié)構(gòu)物影響程度的重要參數(shù) 應(yīng)預(yù)先查明裂縫寬度是否發(fā)展變化 因為它是分析開裂原因 決定修補及補強加固方法的重要項目 2 裂縫位置與分布特征 一般應(yīng)調(diào)查清楚裂縫位于建筑物的第幾層 出現(xiàn)在哪類構(gòu)件 梁 板 柱 墻等 上 裂縫在構(gòu)件的位置 如梁的兩端或跨中 板的頂面或底面等 3 裂縫的方向與形狀 一般裂縫的方向同主拉應(yīng)力方向是相互垂直的 因此要注意分清裂縫的方向 要注意區(qū)分裂縫的形狀是上寬下窄 上窄下寬 兩端窄中間寬或?qū)挾茸兓淮蟮炔煌闆r 因為由不同的原因?qū)е碌牧芽p的形狀是不同的 厚德博學(xué)篤行創(chuàng)新I西南科技大學(xué) 第2章工程結(jié)構(gòu)損傷機理及危害 2 1 6混凝土結(jié)構(gòu)的裂縫 裂縫鑒別 續(xù) 4 裂縫的深度和長度 區(qū)別裂縫是淺表裂縫 保護層裂縫 還是較深的甚至貫穿性裂縫 裂縫長度與分析裂縫開裂原因及判斷是否加固修補關(guān)系不大 然而根據(jù)裂縫的長度可以大致搞清楚裂縫是局部原因引起的還是較廣范圍原因引起的 5 裂縫的開裂時間 開裂時間是判斷開裂原因的重要依據(jù) 所以必須慎重判斷 一般來說 發(fā)現(xiàn)裂縫的時間和裂縫的開裂時間是不一致的 因此 必須多方搜集線索 參考裂縫寬度的變化情況記錄進行綜合分析判斷 6 裂縫的發(fā)展變化 指裂縫長度 寬度 數(shù)量等方面的變化 在對裂縫處理前一定要分清裂縫是活動裂縫還是靜止裂縫 厚德博學(xué)篤行創(chuàng)新I西南科技大學(xué) 第2章工程結(jié)構(gòu)損傷機理及危害 工程案例分析1 某口岸商城 該樓施工圖設(shè)計1989年完成 大體為矩形平面 柱網(wǎng)6 9m 6 9m 沿海岸長18 6 9m 124 2m 與海岸線垂直方向?qū)? 6 9m 55 2m 建筑面積13560 3層現(xiàn)澆鋼筋混凝土框架結(jié)構(gòu) 混凝土強度等級皆為C28 300號 3層樓 屋 面板厚90mm 保護層厚度10mm 板底配筋 10 120 短跨 與8 150 長跨 底板未抹灰 1992年2月28日竣工 工程質(zhì)量等級被核定為優(yōu)良 當(dāng)時仍施行 鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范 TJ10 74 系列規(guī)范 厚德博學(xué)篤行創(chuàng)新I西南科技大學(xué) 第2章工程結(jié)構(gòu)損傷機理及危害 工程案例分析1 某口岸商城 竣工后 該樓一直作為所在城市的主要水運口岸使用 圖2 2002年初 該樓部分樓板底筋嚴(yán)重銹蝕 保護層混凝土脹裂 剝落 遂用水泥砂漿進行封閉處理 修補多達600余處 2007年11月11日靠碼頭一側(cè)的3層板底的修補水泥砂漿連同保護層混凝土脹裂 剝落 擊穿吊頂天棚 從高空墜落 最大塊體約180 380mm 圖3 厚德博學(xué)篤行創(chuàng)新I西南科技大學(xué) 第2章工程結(jié)構(gòu)損傷機理及危害 工程案例分析1 某口岸商城 現(xiàn)場檢查 現(xiàn)場調(diào)查發(fā)現(xiàn) 該樓3層靠海一側(cè)部分樓板底部跨 8鋼筋嚴(yán)重銹蝕 銹蝕最嚴(yán)重的構(gòu)件主要集中在3層B C 13 14軸 其中底板長跨 8鋼筋局部亦已嚴(yán)重銹蝕 厚德博學(xué)篤行創(chuàng)新I西南科技大學(xué) 第2章工程結(jié)構(gòu)損傷機理及危害 工程案例分析1 某口岸商城 化學(xué)試驗 在柱 梁及上述部位鉆取了混凝土芯樣 切片進行了化學(xué)分析 該樓位于長年高溫高濕的夏熱冬暖地區(qū) B軸距海邊僅15米左右 按規(guī)范的3 4 1條 屬于三類濱海室外環(huán)境 水泥用量的氯離子含量限制為0 1 檢測結(jié)果顯示 該樓3層樓板底部24個混凝土試樣有16個水泥用量Cl 含量超過規(guī)范限值0 1 超限1倍以上的試樣多達11個 最高的1個試樣的Cl 含量達1 7 超限16 9倍 表明靠海最近的樓板已遭受氯化物嚴(yán)重侵蝕 厚德博學(xué)篤行創(chuàng)新I西南科技大學(xué) 第2章工程結(jié)構(gòu)損傷機理及危害 工程案例分析1 某口岸商城 混凝土切片試樣檢測結(jié)果 3層B C軸線樓板的鋼筋銹蝕部位2個芯樣的氯離子含量分別為0 032 0 186 1號芯樣 0 022 0 051 2號芯樣 其中1號芯樣1個切片氯離子含量高達0 186 超過規(guī)范限值0 1 這表明氯離子已在3層樓板全截面滲透 4層室外裝飾梁氯離子含量相對較低 已開始遭受侵蝕 柱芯樣切片的氯離子含量皆很小 表明尚未受到氯離子侵蝕 據(jù)此 基本可以排除使用海砂 厚德博學(xué)篤行創(chuàng)新I西南科技大學(xué) 第2章工程結(jié)構(gòu)損傷機理及危害 工程案例分析1 某口岸商城 該事故凸顯了 混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范 規(guī)定的現(xiàn)澆板底筋保護層厚度過小導(dǎo)致的嚴(yán)重危害 根據(jù) 民用建筑可靠性鑒定標(biāo)準(zhǔn) GB50292 1999 4 2 7條 該樓板底部鋼筋銹蝕且保護層出現(xiàn)銹脹裂縫部位的樓板安全性等級應(yīng)評為d級 即顯著影響承載能力 須盡快進行加固處理 厚德博學(xué)篤行創(chuàng)新I西南科技大學(xué) 第2章工程結(jié)構(gòu)損傷機理及危害 工程案例分析2 某辦公樓 某工程為三層框架結(jié)構(gòu) 建筑面積850m2 層高3 3m 3 6m 平面圖如圖1所示 最大柱網(wǎng)為8mX9 7m 中柱為方柱500mmX500mm 邊柱為異形柱500mmX500mmX200mm 基礎(chǔ)為十字交叉R C條形基礎(chǔ) 基礎(chǔ)落在殘積土層上 框架梁最大跨度為9700mm斷面為250mmX900mm 梁上設(shè)有柱 該柱承受屋面?zhèn)鱽淼暮奢d 再由框架梁傳給框支柱與基礎(chǔ) 次梁斷面200mmX400mm或500mm 跨度3 3m 5 5m 混凝土強度等級為C25 現(xiàn)場攪拌 該工程于2014年4月封頂 在砌筑墻體時 發(fā)現(xiàn)部分框架梁和部分次梁出現(xiàn)裂縫 2015年4月 進行了現(xiàn)場觀測與檢查及電算復(fù)核結(jié)果 梁配筋符合設(shè)計圖紙 混凝土強度達設(shè)計值 第2章工程結(jié)構(gòu)損傷機理及危害 圖1三層結(jié)構(gòu)平面圖 厚德博學(xué)篤行創(chuàng)新I西南科技大學(xué) 第2章工程結(jié)構(gòu)損傷機理及危害 工程案例分析2 某辦公樓 框架梁裂縫主要發(fā)生在梁側(cè)中部與支座附近處 以垂直裂縫為主 裂縫中間寬 兩端細小 梁底個別處也有裂縫 但與梁側(cè)裂縫不貫通 在支座處附近裂縫呈現(xiàn)45度斜裂縫 也是裂縫中間寬 兩頭細小 相對應(yīng)的板沒有發(fā)現(xiàn)裂縫 如圖2所示 框架梁LA1發(fā)現(xiàn)未配置抗扭縱筋或構(gòu)造筋 箍筋直徑為 8 200 磚墻砌筑大樣圖3 圖2框架梁裂縫示意圖 圖3磚墻砌筑大樣圖 厚德博學(xué)篤行創(chuàng)新I西南科技大學(xué) 第2章工程結(jié)構(gòu)損傷機理及危害 工程案例分析2 某辦公樓 次梁主要發(fā)生在梁側(cè)中部 呈垂直裂縫 中間寬 兩端小 沒