无机结合料的开裂原因及解决措施（精选6篇）

无机结合料的开裂原因及解决措施 第1篇

无机结合料的开裂原因及解决措施

1.概述

由于半刚性基层具有强度高、水稳定性和冰冻稳定性好、刚性较大等优点，此外，半刚性基层材料板体性好，利于机械化施工且工程造价低，能适应重交通发展的需要，因而，我国高等级公路建设中越来越多地采用了半刚性材料基层和底基层。目前我国90%以上的高等级公路沥青路面基层和底基层采用了半刚性材料，并且在我国今后高等级公路建设中，半刚性基层材料仍将成为路面基层的主要材料。

然而，随着半刚性基层沥青路面的大量应用，在实际使用过程中出现了不少问题，尤其是裂缝问题日益突出，并成为该结构的主要缺陷。国内已建成高速公路使用调查表明，通车后一年最迟两年均出现了大量裂缝。就目前的研究现状来看，引起路面开裂的原因有很多，有面层材料方面的、基层材料方面的、设计方面的、施工方面的以及环境方面的。深入系统地研究和探讨半刚性基层裂缝产生的具体原因并采取相应有效的防治措施，将有益于延长路面的使用寿命，使半刚性基层路面发挥其更好的使用性能，以适应我国公路事业迅速发展的需要。

2.无机结合料开裂原因

2.1 纵向裂缝形成的主要原因

1）地基原因

地基土天然含水量较高，在设计及施工时未做处理，在高填土后，由于地基承载能力的差别出现不均匀沉降，造成路面纵向开裂。

2）路基施工原因

如果土基施工时天气干燥，局部路堤填料土块粉碎不足，路基压实不均匀，暗埋式构造处因构造物长度限制，路基边缘不能超宽碾压，致使路基边缘压实度不够，或者混合料摊铺时纵向施工搭接质量不好，都会造成纵向裂缝。

3）水的渗透破坏

中央分隔带、路表、边坡等渗水，使局部路基受水浸泡后承载力降低。在动静荷载的作用下，路基滑动产生裂缝，另外填料若为弱膨胀土，如施工中未做处理，渗水后含水量变化，也会导致裂缝产生。

4）沥青含腊量偏高 延度偏于下限，油层抗拉强度低，加之受当地资源的影响，出现公路两侧空、重载失调，路面长期在行车作用下形成裂缝。2.2 横向裂缝产生的原因

1）失水收缩引起横向裂缝

干缩性裂缝有两种情况：一是水泥稳定碎石压实成型到正常养护期（一般为7d）的干缩；二是养护期满后到施工沥青封层或透层、摊铺沥青混凝土面层这段时间的干缩。基本上其机理是相同的，只是损害程度不相同。水泥稳定碎石压实成型到正常养护期（通常为7d）期间，因为混合料自身的水份和养护洒水的水分蒸发及其混合料内部水化作用发生的毛细管作用、分子间吸附作用力和碳化收缩作用等，造成在一定程度基层混合料体积趋向减小而收缩，形成拉裂的情况。这段时间的天气如果是正常的，气温变化不大，可称混合料（基层）从最佳含水量到较干燥的干缩过程为一次性干缩，其形成的裂缝是有限的。从满基层养护期后到施工沥青封层或透层油、摊铺沥青混凝土面层之间，这段时间如果间隔的比较长，自然天气从睛到雨，从雨到睛，风吹日晒雨淋，基层料从“较干燥→饱水状态→较干燥→饱水状态”反复循环作用，水分反复的“蒸发、饱和、蒸发、饱和”，干缩过程多次重复，一定会造成基层拉裂严重的现象出现，在薄弱地方体现为裂缝，在多雨的地区这种破坏十分明显。结束养生之后，如果其上为沥青面层，应先对基层进行清扫，及时喷洒透层或粘层沥青、在清扫干净的基层上，也可先做下封层，以避免基层干缩开裂。

2）沥青及混凝土的温缩引起的裂缝

温缩性裂缝也说成是热胀冷缩产生的裂缝。万物都有热胀冷缩的性质，水泥稳定碎石基层等半刚性基层也有。水泥无机结合料不同的内部矿物颗粒构成的固相、液相和气相体，在温差作用下定将使其形成热胀冷缩的体积变化，从而产生温缩性裂缝。

因沥青是一种对温度变化比较敏感的粘弹性材料，温度下降时，沥青混合料逐渐变硬变脆，并发生收缩变形。当收缩拉应力超过沥青混凝土的抗拉强度时，沥青路面表面就会被拉裂，并逐步向下发展，形成上宽下窄的横向裂缝。

3）差异沉降引起的横向裂缝 在软土地基与非软土地基交界处、软土地基处理方法变化处或构造物台背与路段交接处，因地基或路基与构造物差异沉降导致基层开裂，并反射到沥青面层，形成横向裂缝。

3.裂缝的处理措施

3.1 预防裂缝的处理措施

1）选择合格的材料

收缩裂缝是材料自身固有的性质，选择收缩性小的材料是十分关键的。所以，在设计半刚性路面的时候，首先基层粉粒应该选用抗冲刷性能好、干缩系数和温缩系数小的和抗拉强度高的材料，在所有无机结合料材料中水泥稳定粒料和密实式石灰粉煤灰稳定粒米是收缩系数最小的材料，首先应该选用这两种材料作为沥青路面的基层。

2）无机结合料配合比的调整（1）级配的控制

传统型无机结合料级配为悬浮密实型，完成碾压后表面相对比较密实、光滑，然而用水量会增大，且承重能力主要依靠水泥与集料结合的强度。实践证明，无机结合料基层级配参考利用沥青SMA骨架密实结构是合理的。这种结构主要通过粗集料形成嵌挤结构，细集料进行缝隙填充。其中4.75mm 以上的颗粒组成占70%～75%，细集料占其中的比例较小，这种级配使得整体的需水量减小，成型以后物理和化学反应引起的水分损失相对较小。

（2）水泥剂量的控制

依据我国当前水泥的生产工艺，特别在2009 年以后普通硅酸盐水泥细度用比表面积法代替筛分法后，水泥细度有了进一步的提高。水泥越细，水泥需水量越大，无机结合料中在符合设计强度的前提下，尽可能减少水泥剂量，不管对经济效益还是工程质量都很必要。当前无机结合料采用震实成型的方法成型试件，可以很好地模拟现场施工，在要求设计强度为4.5MPa 的无机结合料配合比中，水泥剂量为4.0～4.5%可符合要求。水泥剂量增大必将造成用水量增大，自由水分损失后很可能发生基层开裂现象。水泥品种采用缓凝低标号水泥，强度不宜太高。

（3）用水量的控制

基层裂缝主要是成型后的水分损失和温度变化。因此在尽量降低的用水量情况下来防止基层裂缝是很好地措施。无机结合料配合比设计时在符合设计要求的前提下尽可能减少最佳用水量是最重要的课题，通过施工总结中来看，最佳用水量控制在4.3～5.0%为合适的。

3）施工温度控制

半刚性基层温缩的最不利季节为温度在0～10℃时，也就是春初和秋末，施工温度应控制在10℃以上。施工时温度的控制是有效避免半刚性基层产生裂缝的有效措施。平均温度低的低温施工，半刚性材料以温缩为主。平均温度高的高温季节施工，半刚性材料以干缩为主。半刚性材料基层一般在高温季节修建，成型初期基层内部含水量大，且尚未被沥青面层封闭，基层内部水分必然要蒸发，从而发生由表及里的干燥收缩。同时，环境温度也存在昼夜温度差，因此，修建初期的半刚性基层同时受到干燥收缩和温度收缩的综合作用，必须控制修建时的最低温度，以强度的增长抵抗干缩和温缩的影响来减少或避免裂缝，同时还必须注意养生保护。

4）控制施工碾压时的含水量和压实度 半刚性基层混合料运输到施工现场后，应及时碾压，避免基层混合料在摊铺、整平、碾压过程中失水过多，得不到应有的压实度。混合料的含水量根据施工现场气候条件，一般控制在比最佳含水量高1%～2%。

5）加强养生及交通管制

半刚性基层碾压完成后，要及时养生，确保表面湿润，不得时干时湿。在气温较低时，必须保证在气温比较温和的状况下养生15 天以上。若施工现场水源不足，必须对养生期内的基层加以覆盖保湿。在养生期内，强度达到要求之前，必须严格控制非施工车辆通行。为了缩短控制交通时间，可在基层混合料中掺入1%～2%水泥，提高其早期强度。养生结束后，要及早铺筑面层，使基层含水量不发生大的变化，以减轻干缩裂隙。

6）半刚性基层预切缝

铺筑沥青面层之前，先在半刚性基层表面横向切缝，间距8～15m，缝的深度为基层厚度的2/3，缝的宽度为5～12mm。然后在切缝中灌入沥青，上铺土工织物宽100cm，可以极大的减少反射裂缝的产生和路面的裂缝数量，并使裂缝顺直美观。对基层采用预切缝处理的措施来减小基层的“相对长度”，以此来减小基层内部累积的温缩、干缩应力效应，并可削弱基层的约束条件。但应注意预切缝的间距、深度等尺寸参数，应通过试验和实际情况确定。预切缝间距越小，接缝越多，不仅增加施工的复杂性，而且影响路面的整体强度。但是，预切缝过长也会带来一些问题，如温度翘曲应力增大，干缩、温缩引起基层的伸缩量大，增加基层开裂的可能性等。由于在荷载和环境因素作用下的基层预切缝缝隙处的沥青面层易产生应力集中，因此还要对预切缝处预先处理(如用乳化沥青填缝、在切缝处铺设一定宽度的防水油毡或土工织物等)，这样可使预切缝“停留”在基层而不会反射到面层，即使产生反射裂缝，也比基层自由开裂而产生的反射裂缝规则。此外，也可以在基层施工过程中人为地制造微细裂纹，以此降低基层收缩性，同时，使水硬性结合料稳定基层内的均匀细裂缝有好的传荷能力。

7）设置应力吸收中间层

在沥青面层与半刚性基层之间加铺一层弹性模量低、韧性较高、能承受较大应变而不破坏的材料，该层成为上、下接触面间的弹性联结，由于此弹性联结，面层和基层间可以错动而不承受由于基层移动造成的应力，使基层裂缝向上反射而产生的结构应力可以在该层的界面上被消散，从而吸收半刚性基层的收缩应力或应变。该应力吸收中间层在国外称之为SAMI，在国内外工程中尝试最多的是将高掺量的橡胶粉沥青、低稠度沥青混凝土、开级配沥青混凝土底层、级配碎石、土工织物、预制纤维膜布等作为应力吸收中间层。应力吸收中间层对减缓反射裂缝的产生与扩张有明显的效果。可使裂缝处相对位移产生的应力传到面层时大为减少，明显减弱裂缝尖端应力的奇异性，降低应力强度因子，并且使基层裂缝向上反射而产生的结构应力在中间层的界面上被大大削减，从而不至于引起沥青面层开裂。此外，国内外也有采用沥青稳定碎石作为中间层的，其可以防止或减少反射裂缝，但是沥青稳定碎石亦具有较高的模量，特别是在低温下，半刚性基层裂缝尖端的集中应力仍会使其开裂进而引起沥青上面层的开裂，反射裂缝亦不能避免。法国开发的抗裂缝薄膜，是一种改性沥青薄膜，其上铺一层含纤维的冷拌沥青混合料，置于有裂缝的基层和沥青混凝土面层中间，该技术己在法国高速公路上广泛应用。

有些应力吸收中间层，如橡胶粉沥青中间层和浸透沥青的土工织物中间层等，还可防治路表水透入路面半刚性基层和土基，起到隔水的作用。此外，级配碎石中间层本身还是很好的隔温层，可减小基层中的温度梯度和基层顶面的最低温度，使得基层中的温度应力小于材料的抗拉强度，从而减轻半刚性基层的温缩，减少裂缝的产生。除在上述三方面采取措施外，在设计时还应考虑车辆超轴载数值、车辆冲击力、车辆制动力等，适当增加半刚性基层的总厚度，确保路面具有足够的承载力，避免半刚性基层在车辆荷载作用下产生早期荷载型裂缝。

8）选用SMA混合料做面层

对高速公路等承受繁重交通的重大工程，宜采用改性沥青和A 级道路石油沥青拌制的SMA混合料做面层，提高路面面层的抗裂性能。3.2 出现裂缝后的治理措施

（1）可采用聚合物加特种水泥压力注入法对水泥稳定粒料的裂缝修补。（2）加铺高抗拉强度的聚合物网。

（3）破损严重的基层，应开挖维修原破损基层整幅，不应横向局部或一个单向车道开挖，以防止板边受力产生的不利影响，通常最小维修长度为6m。维修半刚性基层所用材料也应是同类半刚性材料。

（4）对于轻微网裂可用玻璃纤维布罩面，对于大面积的网裂常加铺乳化沥青封层或在补强基层后，再重新罩面，修复路面。另外，块状龟裂也可以用加热墙法再生利用原沥青修补。

4.结论

高等级公路半刚性基层沥青路面开裂的成因，既有行车荷载方面的因素又有沥青面层和半刚性基层材料方面的因素，既有设计方面的因素又有施工方面的因素。对于较厚面层路面，沥青面层自身的温缩裂缝是主要的，考虑到工程造价的因素，我国高等级公路目前沥青面层都较薄，因而，怎样减少由半刚性基层温度收缩和干燥收缩产生的反射裂缝和对应裂缝便成为减少整个路面裂缝的关键。

实践表明，采用优质的沥青混合料和抗拉强度高且干缩系数、温缩系数小的半刚性基层材料，必要时在半刚性基层与面层之间设置合适的应力吸收中间层，同时保证施工质量对预防高等级公路半刚性基层沥青路面裂缝的产生有较好的效果。

5.参考文献

[1]王敬飞.半刚性基层沥青路面早期破坏分析及对策[J].青海交通科技，2005(2)[2]张维仁.半刚性基层沥青路面裂缝成因分析及防治[J].内蒙古公路与运输，2005(1)[3]杨成忠.半刚性基层沥青路面反射裂缝形成机理初探[J].东北公路，2002(3)[4]张登良.半刚性基层材料收缩机理分析——半刚性基层抗裂性能研究之一[J].长安大学学报，1990(2)[5]光同文.半刚性基层温缩裂缝控制措施的研究[J].合肥工业大学学报，2003(1)[6]郑健龙等著.沥青路面抗裂设计理论与方法[M].北京：人民交通出版社，2002 [7]王铁梦.工程结构裂缝控制[M].北京：中国建筑工业出版社，1997

无机结合料的开裂原因及解决措施 第2篇

某型10米长客车为空气悬架结构, 在车辆运行1年半后, 客户反映出现了后悬架气囊支架开裂、下推力杆变形及下推力杆与支架连接的螺栓断裂问题。

1 原因分析

经过现场走访、结构对比, 确定原因如下:1) 气囊支架外伸梁没有与车身骨架连接, 外伸梁成为悬臂梁, 外伸梁与车身骨架没有成为一个整体, 受力不是太合理;2) 下推力杆支架与车架纵梁连接螺栓少, 连接螺栓容易松动, 造成螺栓剪断;3) 下推力杆支架强度不足。

2 修复及加固方案

1) 检查是否需要更换后悬架外伸梁前右总成、后悬架外伸梁前左总成、下推力杆支撑梁总成1、下推力杆支撑梁总成2, 如有开裂和严重变形的则予以更换新件;

2) 下推力杆支架与车架纵梁的连接强度:检查与纵梁连接的所有螺栓, 是否有松动, 或剪断, 如有发现, 需将螺栓涂上螺纹紧固胶, 再进行紧固, 并达到305~335 Nm;

3) 查看现场车辆是否按图纸焊接位置将外伸梁与车身骨架连接, 若漏焊需及时焊接;

4) 全部增加后悬架支撑如图1所示, 将气囊支架梁与车身底横梁连接, 使气囊支架梁受力传递到车身骨架, 增加气囊支架外伸梁的强度及稳定性;

5) 增大下推力杆支架与车架纵梁的连接强度, 改进受力状态增加强度;

6) 加强下推力杆支架, 提高其稳定性及强度, 方案如图2所示。

7) 整改所用物料 (外购件) :a) 后悬架外伸梁前右总成;b) 后悬架外伸梁前左总成;c) 下推力杆支撑总成1;d) 下推力杆支撑总成2。自制件 (如图2下推力杆支架加强方案) 。

8) 改进前后结构对比:

a) 改进前底盘现状图如3所示:拆下序号1下推力杆内支架。

b) 改进第一步后地盘现状图。如图4所示:把序号2连接板与车身骨架横梁用螺栓联接紧固 (原序号1位置) , 调整序号2连接板位置, 然后与序号3下推力杆外部支架和更换的连接板分段焊接。 (板材焊接用氩弧焊机)

c) 改进后底盘完工现状图。如图5所示:把序号4连接板用螺栓与序号2连接板联接紧固, 然后现场测量序号5型钢的实际长度, 现场下料, 两端焊接在件4连接板上。其目的为加强下推力杆稳定性及强度。

3 实施步骤

1) 关闭点火开关, 切断电源总开关;

2) 拆卸后气囊气管 (防止焊接时烧伤) 拆卸后轮胎总成;要点:支撑千斤顶时, 应使C型梁平衡受力 (支撑中间或同时支撑两侧) 禁止支撑C型梁一侧, 否则推力杆支座会受到相当大的力而产生变形造成焊接应力, 易产生断裂;

3) 检查所有相关型钢是否有裂纹或开裂现象, 有开裂时应首先使其复位。焊接所有裂纹和开裂的型钢, 对与立梁采取焊接裂纹后两面复型钢的方式加强。对于纵梁或斜梁采取下面复板的方式加强, 所采用型钢壁厚δ≥3.材质Q235, 复板&≥5, 材质Q235;

4) 加焊斜梁:材料50×40×4型钢, 材质Q235。要点:焊接焊透深度不小于3.5 mm, 斜梁上端应避开车架大梁圆角处, 尺寸20 mm。斜梁下端左右方向应位于推力杆座中间或片外10~20 mm, 前后方向因位于推力杆后端 (尽量靠近后端) 焊缝高度4 mm;

5) 加焊推力杆座加强板, 先焊接外板, 再焊接内板。要点:焊缝焊接深度5 mm, 焊缝高度5 mm, 内外板靠下推力杆座后端, 两板尽量垂直地面, 与推力杆座两左右侧面平齐;

6) 加焊内板联接型钢。要点:40×40×3型钢 (件3) 上端应与车架横梁焊接, 焊透深度不小于2.5 mm, 焊缝高度3mm。50×40×4 (件4) 型钢与两侧的40×40×3型钢满焊;

7) 加焊内板联接型钢;

8) 对所有新焊缝喷涂防锈漆;

9) 重新装回气囊气管及轮胎总成, 闭合电源总开关。要点:40×70×4型钢点焊在原底架40×70×4纵梁型钢下面, 采用交错间断焊, 焊缝长度15 mm, 间隔40 mm, 40×40×3型钢, 尽量靠近推力杆座下端面及两侧面;

10) 启动发动机, 检查气路、电路有无损伤, 损伤时修复。

注意事项:1) 执行步骤3时可能要拆卸行李舱底板及后立档, 回装时要注意防水密封;2) 对于步骤5, 内板尺寸不合适时可将下部折边取消结构形式同外板;3) 对板材切割时, 尽量使用等离子切割机, 使板材变形及强度不发生较大改变。加固修复后效果如图6所示。

4 结语

空气悬架结构复杂, 其强度、刚度问题又是关系到整车结构安全的关键所在, 改进是否成功关系到客车的安全以及客户的满意度, 本改造提高了地盘后桥支架强度, 保障了客车底盘的稳定性、安全性、可靠性, 而应力变形增加不大。改进实施后, 至今已经正常运营有两年半的时间, 未反应相关部位有异常, 实践证明该整改方案是安全有效的。

参考文献

[1]严彦从.大型客车空气悬架结构特点及设计中的若干问题[J].汽车研究与开发, 1997, 04.

[2]盖文辉.大客车双纵臂式四气囊空气悬架的结构分析与试验研究[D].长安:长安大学, 2008, 25-47.

[3]胡久强.大客车空气悬架的设计匹配与仿真研究[D].成都:西南交通大学, 2012, 20-45.

剖析墙体开裂的原因及控制措施 第3篇

关键词：墙体开裂；质量；裂缝；原因；控制

前言

随着我国墙改、住房商品化的进展，人们对居住环境和建筑质量的要求不断提高，对建筑物墙体裂缝的控制的要求更为严格。因此加强砌体结构，特别是新材料砌体结构的抗裂措施，已成为工程质量、国家行政主管部门，以及房屋开发商共同关注的课题。砌体属于脆性材料，裂缝的存在降低了墙体的质量，因此，研究砌体结构的裂缝成因及防治措施是有必要的。

1. 产生裂缝的原因

引起砌体结构墙体裂缝的因素很多，尤其是框架结构的工程在框架与填充墙之间经常出现这种水平裂缝和垂直裂缝比较常见，还有地基、温度、干缩，也有设计上的疏忽、施工质量、材料不合格及缺乏经验等原因。根据工程实践和统计资料这类裂缝几乎占全部可遇裂缝的80%以上。而最为常见的裂缝有两大类，一是温度裂缝，二是干燥收缩裂缝，简称干缩裂缝，以及由温度和干缩共同产生的裂缝。

1.1温度变化引起墙体裂缝

温度裂缝温度的变化会引起材料的热胀、冷缩，当约束条件下温度变形引起的温度应力足够大时，墙体就会产生温度裂缝。最常见的裂缝是在砼平屋盖房屋顶层两端的墙体上，如在门窗洞边的八字型裂缝，平屋顶下或屋顶圈梁下沿砖（块）灰缝的水平裂缝，以及水平包角裂缝（包括女儿墙）和垂直裂缝。温差变形引起的墙体裂缝，这是最常见的一种墙体裂缝。一般材料均有热胀冷缩性质，房屋结构由于周围温度变化引起热胀冷缩变形。钢筋混凝土屋面板和墙体材料是两种性能不同的材料, 钢筋混凝土的线膨胀系数约为10×10-6，而砌体墙的线膨胀系数约为5×10-6。

由温度应力引起结构的伸缩值可由下式计算：

ΔL=Δt×α×L式中:ΔL——相应材料的伸缩值；

Δt——温差； α——材料线膨胀系数； L——结构长度。在夏季的几个月里，屋面板温度可高达60～70℃，而在其下的墙体一般仅为30～35℃，温差可达30~40℃，加之在相同温差下，钢筋混凝土结构的伸长值要比砖砌体墙大一倍左右。所以在混合结构中，当温度变化时，钢筋混凝土屋盖、楼盖、圈梁与邻接的砖墙伸缩不一，存在着较大的温度变形差，这种变形差的分布是中部小、两端大，由于变形差必然彼此相互牵制而生产温度应力，使房屋结构开裂破坏。

1.1.1 八字型裂缝：当外界温度上升时，外纵墙本身沿长度方向将有所伸长，但屋盖部分的伸长量比墙体的伸长量大的多，从而导致墙体产生裂缝。

1.1.2 水平裂缝和包角裂缝：平屋顶的房屋，有时在屋面板部或顶层圈梁附近出现沿外墙的纵向水平裂缝和包角裂缝。这是由于屋面伸长或缩短引起的向外或向内的推力产生的。

1.1.3 女儿墙裂缝：由于屋面板和水泥砂浆面层发生过大温度变形，使女儿墙跟部受到向外或向内的水平作用力而引起的女儿墙根部与平屋面交接处砌体外凸或女儿墙外倾所产生的。

1.1.4 垂直裂缝：当房屋的楼（屋）为现浇钢筋混凝土结构时，由于收缩和降温引起的楼（屋）面缩短受到了墙体的限制，使楼（屋）面构件处于受拉状态。如果房屋过长，或设计时按采暖考虑而实际上未采暖，则可能在楼（屋）面上每隔一定距离发生贯通全宽的裂缝，在四个角发生八字型裂缝。当房屋有错层时，错层处地墙体容易产生局部的垂直裂缝。

1.2 干缩裂缝

干缩裂缝烧结粘土砖，包括其它材料的烧结制品，其干缩变形很小，且变形完成比较快。只要不使用新出窑的砖，一般不要考虑砌体本身的干缩变形引起的附加应力。但对这类砌体在潮湿情况下会产生较大的湿胀，而且这种湿胀是不可逆的变形。对于砌塊、灰砂砖、粉煤灰砖等砌体，随着含水量的降低，材料会产生较大的干缩变形。。但是干缩后的材料受湿后仍会发生膨胀，脱水后材料会再次发生干缩变形，但其干缩率有所减小，约为第一次的80%左右。这类干缩变形引起的裂缝在建筑上分布广、数量多、裂缝的程度也比较严重。

1.3 地基沉降不均匀引起的裂缝

房屋的地基在平整过程中，一般都经过高挖低填的工序，因此在房屋建成后都会出现程度不同的地基沉降。如果地基沉降不均匀，沉降大的部位与沉降小的部位，发生相对位移，在墙体中产生剪力和拉力，当这种附加内力超过墙体本身的抗拉抗剪强度时，就会产生裂缝，且这些裂缝会随着地基的不均匀沉降的增大而增大，一般成斜向裂缝，裂缝的方向一般向着凹陷处。这种裂缝一般出现在建筑物下部，由下往上发展，呈“八”字、倒“八”字、水平及竖缝等。

1.4 地基土冻胀和屋面女儿墙漏水冻胀引起的墙体裂缝

当气温降到0℃以下时，地层表面所含水分就开始结冰；而当地基土上层温度降到0℃以下时，冻胀性土中的水就开始结冻，下部土中的水分在毛细管的作用下，不断涌进上部，上部土不断结冻形成冰晶体而膨胀隆起，由于地下水位的高低不同，结冰的厚度不同，随着气温的降低，地基隆起的程度就不同。一般情况下，地下水位越高，气温越低，隆起的程度越高。冻胀应力很大，可高达2×106MPa，建筑物很难抵抗如此大的应力，所以建筑物的某一部位就会被顶起。由于地基的含水量不同，各基础所处的环境也不同，所出现冻胀的情况也不一样，就好像地基的不均匀沉降引起的墙体裂缝。屋面排水不利、渗漏、女儿墙压顶开裂出现渗漏等也同样引起墙体裂缝。

1.5其他原因引起的裂缝

材料质量不合格、施工质量差、违反设计施工规程、砌体强度达不到设计要求，以及缺乏经验也是造成墙体裂缝的重要原因之一。如对砼砌块、灰砂砖等新型墙体材料，没有针对材料的特殊性，采用适合的砌筑砂浆、注芯材料和相应的构造措施，仍沿用粘土砖使用的砂浆和相应的抗裂措施，必然造成墙体出现较严重的裂缝。

2.砌体裂缝的控制措施

长期以来人们一直在寻求控制砌体结构裂缝的实用方法，并根据裂缝的性质及影响因素有针对性的提出一些预防和控制裂缝的措施。从防止裂缝的概念上，形象地引出“防”、“放”、“抗”相结合的构想，这些构想、措施有的已运用到工程实践中，一些措施也引入到《砌体规范》中，也收到了一定的效果，但总的来说，我国砌体结构裂缝仍较严重，纠其原因有以下几种。

2.1 防治温度裂缝的措施

（1）屋面设置保温层，减小温度变形；屋盖施工尽量做好保温层。（2）屋面、挑檐可采取分块预制，或留置伸缩缝，或在屋面与砖墙间设置滑动面，以减少屋面伸缩对墙体的影响。（3）对房屋较长、平面形状较复杂、构造和钢度不同的房屋，可每隔一定的距离将屋盖、楼盖、墙体或其他有关构件断开，形成若干较小的单元，每个单元因温度变形和收缩产生的拉力大大减小，从而防止裂缝的出现。（4）提高砂浆强度，保证砌筑质量，在易开裂处设置水平钢筋承受拉力。

2.2砌体的干缩变形引起的墙体开裂，宜采取下列措施

1）在屋盖的适当部位设置控制缝，控制缝的间距不大于30m；2）当采用现浇混凝土挑檐的长度大于12m时，宜设置分隔缝，分隔缝的宽度不应小于20mm，缝内用弹性油膏嵌缝；3）建筑物温度伸缩缝的间距除应满足《砌体结构设计规范》BGJ3-88第5.3.2条的规定外，宜在建筑物墙体的适当部位设置控制缝，控制缝的间距不宜大于30m。

2.3防止主要由墙体材料的干缩引起的裂缝可采用下列措施之一

1）在墙的高度、厚度、不大于离相交墙或转角墙允许接缝距离之半突然变化处及门、窗洞口的一侧或两侧设置竖向控制缝； 2）竖向控制缝，对3层以下的房屋，应沿房屋墙体的全高设置；对大于3层的房屋，可仅在建筑物1-2层和顶层墙体的上述位置设置；3）控制缝在楼、屋盖处可不贯通，但在该部位宜作成假缝，以控制可预料的裂缝4）控制缝作成隐式，与墙体的灰缝相一致，控制缝的宽度不大于12mm，控制缝内应用弹性密封材料，如聚硫化物、聚氨脂或硅树脂等填缝。5）控制缝的间距①对有规则洞口外墙不大于6mm；②对无洞墙体不大于8m及墙高的3倍；③在转角部位，控制缝至墙转角的距离不大于4.5m；

2.4墙面抹灰龟裂的预防措施

1） 严格按配比拌制砂浆，尤其要控制水泥用量，水的用量也要控制，拌制砂浆前要进行试配，使砂浆的和易性与保水性达到最佳。搅制设备要用专用的砂浆搅拌机，杜绝使用混凝土搅拌机（滚筒式）拌制砂浆。 2）在砌体施工时要严把砌体施工质量关，控制好砌体表面的平整度，尤其要控制好砌体的垂直度，这样便能有效控制抹灰的厚度，杜绝出现抹灰厚度不均匀，这样可以大大减少龟裂情况的发生。 3）抹灰应分层进行，严格控制抹灰的总厚度和分层的厚度，中级抹灰平均总厚度宜控制在20mm内，高级抹灰宜控制在25mm内，外墙抹灰宜控制在20mm内。

2.5不同墙体材料之间裂缝预防措施

1）对于加气混凝土和粉煤灰砌块而言出厂时含水率较高，以后砌块会因逐渐干燥造成体积的不稳定，因此对于这种类型的建材应该提前组织材料入场，杜绝边进料边砌筑的施工方法，材料入场后不要随意堆放，堆放时底部应垫起并防潮，雨天還要覆盖以防吸水过大而引起体积的膨胀。2）砌块在组砌时不应为了加快施工进度而减少工序，将填充墙一次性砌至梁底，用砂浆塞实框架梁与填充墙之间缝隙后即进行墙面抹灰。3）砌体的胀缩，不同的部位是不相同的。往往是两头大而中间小，因此在柱、梁与砌块接触的部位易出现裂缝，因此在抹灰前宜在框架柱、梁与砌体接触面上用胶泥粘结玻纤网，每边搭接长度不小于100mm。

3结论

无机结合料的开裂原因及解决措施 第4篇

关键词：覆盖件,拉延,起皱,开裂,拉延筋

前言

汽车驾驶室外形是由尺寸较大且具有复杂空间曲面形状的薄板覆盖件拼焊组合而成的,覆盖件质量的高低直接影响驾驶室的外观质量,因此驾驶室外覆盖件质量要求较高,要求制件表面平滑、棱线清晰,不存在拉毛、起皱、开裂及隐裂等缺陷。汽车驾驶室外覆盖件一般由模具拉延成形的,因此稳定的拉延模是生产出合格覆盖件的关键。由于拉延件的失效模式主要是起皱和开裂,所以从冲压工艺设计到模具设计加工都必须对这些因素认真加以考虑,在拉延模的调试过程中,还必须针对拉延件的起皱和开裂原因进行仔细分析,采取相应的控制措施,以生产出合格的制件。

侧围外板质量问题及解决

1.拉延件起皱的解决

F2000侧围外板是我公司主流产品德龙系列驾驶室上的一个大型覆盖件,在工艺设计时选用单动压机一次拉延成型,模具设计为凸模、凹模和压边圈三部分。侧围外板外形尺寸较大,空间形状较为复杂,局部形状变化剧烈,在模具调试时产品质量不尽如人意,局部出现起皱、开裂等失效模式。(参见图一)

观察拉延件出现起皱的部位可以发现,起皱处为两个较大平面的过渡处,由于此处过渡较为急剧且高度落差达47mm,导致两平面材料流动速度不一致,虽然拉延模具在压边圈及凸模上共设置了两圈拉延筋(外轮廓及内部门洞处各一圈)用于增加进料阻力,但现有的拉延筋仍不能使各部分的进料阻力达到平衡,造成了起皱现象的出现。

针对已经分析得出的模具原因,必须在凸模上新增一条拉延筋,用于增加此处材料流动阻力,平衡两处的材料流动速度,才能达到彻底消除此处的起皱现象,新增拉延筋具体位置及形状如下图二所示。

通过对模具新增拉延筋调整后的批量生产验证,制件状态明显好转,局部的起皱现象得到了较大的改善。(参见图三)

通过对F2000侧围外板拉延筋布局的重新优化,解决起皱问题的事实,进一步的证实了拉延筋等工艺补充在拉延成型中的重要性。

从工艺设计角度避免起皱的产生

拉深筋的主要作用是为了增大材料流动阻力,以使坯料承受足够的拉胀成形,提高零件刚度;调节坯料上各处材料的流动状况,使其变形趋于一致。

如果在模具设计时,经过仔细分析,已考虑到拉延件某一部分(形状变化急剧的部分)在拉延时有多余的坯料,材料易流动,可能会产生起皱,那么就要有意在这部分增加拉延筋,使多余的金属在拉延过程中流到凹槽或凸筋中,充分吸收多余的材料,使拉延件不易起皱。

拉延筋一般制作在压边圈上在,但根据不同的情况可选择不同的布置方案:

1)变形阻力不足时,应考率设置1-3条整圈的或间断的拉延筋;

2)在容易起皱的部位设置局部的短拉延筋;

3)在拉深深度相差较大时,深的部位一般不设拉延筋,浅的部位设置拉延筋。

从模具设计加工角度避免起皱

1、增加缓冲装置

覆盖件的拉延时压力机工作时会产生较大的冲击力,导致模具初始工作阶段材料变形不均匀,局部起皱,因而模具设计了图四所示的缓冲装置,在压料面以外增加46块聚胺脂橡胶,消除拉延初始时产生的过大冲击力,以满足工作时的初始拉延变形,使拉延件不出现皱裂。

2、增加平衡块

由于覆盖件在拉延时受多方面因素的影响,如压力机精度、模具制造误差等,造成压料面间隙不均匀,各点的压力不均匀,导致拉延件开裂、起皱。增加平衡块的作用是调整压料面的间隙,稳定进料阻力,使材料流动均匀。平衡块数量一般用内六角螺钉分别安装于压边圈与凹模上,使压料面间隙调整为最大不产生皱纹,最小不低于制件料厚(如图五所示)。

从模具调试的角度避免起皱

对于覆盖件的拉延模具,经过大量的验证积累,笔者认为可从以下几个方面进行解决起皱问题:

1、调整压边力的大小

当皱纹在制件四周均匀产生时,应判断为压料力不足,逐渐加大压料力即可消除皱纹。当拉延形状复杂和多曲面形状时,拉延开始时大部分材料处于悬空状态.容易产生侧壁起皱,故除增加压边力外,还应采用增加拉延筋来增大板内径向拉应力,消除皱纹。

2、调整凹模圆角半径

凹模圆角半径太大,会增大坯料的悬空部位,减弱控制起皱的能力,容易形成积料起皱现象,调整时可适当减小凹模圆角半径。

2.拉延件开裂的解决

侧围外板拉延时开裂的部分主要集中在形状复杂、多曲面处,如图一所示。图一中所示部分的圆弧拐角过小,设计尺寸仅为R4mm,且此处存在3次的曲面变化,导致材料在此处流动困难,产生开裂。

由于侧围外板此处与其它零件无配合关系,因此圆弧半径允许适当放大,将圆弧半径增大至R8时,开裂现象消除。

从设计角度避免开裂

冲压工艺设计及模具设计制造时,在拉延形状复杂多曲面处,材料流动较为困难,容易产生开裂。因此降低这部分的表面粗糙度,或在制件允许的情况下加大这部分的圆角半径,使材料流动顺利,就可避免开裂。

在设计覆盖件冲压工艺或拉延模具的过程中,拉延较深的或有窗口反拉延成形的零件易拉裂,可用增加工艺切口或工艺孔的方法来解决。增加的工艺孔或切口应保证不因材料流动不好、拉应力过小而形成起皱,故工艺切口或工艺孔必须放在拉应力较大的拐角处,且设计在废料部分上,将其可在后序修边中修掉。

车门内板拉延模就是通过在拉延变形复杂处冲制工艺切口来保证了拉延件的表面质量(如图六所示)。

从模具调试角度避免开裂

零件开裂的根本原因在于拉延变形的阻力大于拉延开裂处材料的实际的有效抗拉强度。根据实际模具调整经验,在拉延件拉裂时可采用以下方法进行调整:

(1)调整压料力,使压料力变小;

(2)调整拉延间隙,使间隙变大,并使间隙均匀;

(3)调整凹模圆角半径。凹模圆角半径太小,零件易拉裂,加大凹模圆角半径可减小零件的拉裂程度;

(4)调整增大凸模圆角半径;

(5)毛坯尺寸太大或形状不当,板料质量及润滑不好也会使零件拉裂,故应改变毛坯尺寸或形状,调整冲压工艺。

另外,拉延模在使用一段时间后,由于连续拉延时产生的热量而形成的积屑瘤和由于模具本身表面硬度不够会产生拉毛现象等,都会造成拉延件的开裂。此时应该及时打磨消除积屑瘤,并在板料上涂抹拉延油,以帮助材料降低拉延阻力,促使模具及时散热。

结语

拉延模在第一次调试时经常出现拉延件既皱又裂,这时需要仔细观察、全面分析,综合的采用各种措施解决问题。

以上从工艺和模具设计、模具调试几个方面讨论了如何防止或解决覆盖件拉延过程中的皱、裂问题。引起拉延件皱裂的原因还有很多,但只要对发生的现象仔细观察、全面分析,综合的采用解决措施,就会加工出合格的覆盖件。

参考文献

[1]《冷冲压技术》翁其金机械工业出版社2004

[2]《冲模技术》涂光祺机械工业出版社2003

[3]《冲压工艺理论与新技术》李硕本机械工业出版社2002

[4]《中国模具设计大典》夏巨谌李志刚中国机械工程学会2003

无机结合料的开裂原因及解决措施 第5篇

但国内、外电缆聚乙烯护套频频出现开裂的现象,特别是大截面、钢带铠装电缆和阻燃电缆中,护套开裂现象更为严重。

1 护套开裂产生的原因分析

1.1 护套材料自身的影响

PE树脂的分子量、分子量分布、链支化度、结晶状态、结晶缺陷、无定形的微空穴以及成型加工过程中的热历史等都能影响材料的抗开裂性能。其中,空穴及结晶缺陷可以吸收介质,诱发银纹并导致最终开裂;而加工热历史骤变在PE晶态和非晶态的相变边缘产生内应力,在组合应力或与环境介质接触时,吸收介质分子,降低表面能,从而在其球晶面及其径向产生裂纹[1]。

由于聚乙烯树脂的耐燃性较差(氧指数<20),所以电缆生产厂一般在护套材料中加入氢氧化铝、氢氧化镁等以达到其阻燃的目的。为了满足阻燃的要求,填充量会到达50%以上,如果添加剂配比不合适,会弱化护套物理机械性能,造成其拉伸强度和断裂伸长率下降,聚烯烃护套的耐撕裂性变差,当护套局部产生较小的缺口时,小缺口在受力的情况下会受力逐步扩大,并且,受力越大缺口扩大的速度就越快,最终导致护套开裂。

1.2 电缆生产工艺的影响

聚乙烯成型加工温度范围较宽,温度太高不容易定性,但低温下挤出时,塑化不均,造成护套表面粗糙,光亮度差,使电缆表面出现凹坑或疙瘩等现象,因此聚乙烯护套电缆的挤出温度尤为重要。另外,护套挤出后冷却不充分或骤然冷却也会使电缆抗开裂性能下降。由于挤塑生产线水槽的体积小、长度短,护套挤出后从高温冷却至常温比较难。如果护套冷却不充分,靠近铠装层一侧的护套部分会比较软,电缆在收线盘上弯曲时铠装层就很容易在护套表面造成切痕,导致在施工放缆时,外护套承受较大外力而开裂。护套冷却不够,电缆成盘后,进一步冷却产生较大内收缩力,使护套在较大外力作用下开裂的机会增加。聚乙烯的分子链较为规整,容易结晶,导致材料韧性变差,在护套挤出时,由于生产速度较快,在较短的时间内,护套从200℃以上进入到30℃(冬天更低)的水中,聚乙烯的分子链来不及松弛,就被“冻结”,导致护套内、外层的收缩不均匀,在聚乙烯护套内部产生较大的内应力,就容易发生开裂。

1.3 电缆结构的影响

当电缆的外径较大时,铠装层一般采用双层钢带间隙绕包而成,护套一般采用挤管式或半挤管式模具挤出。铠装钢带的厚度越大,刚性越强,塑性就越差,绕包过程中反弹趋势将变大,护套所承受的外界张力随之增加,导致铠装层的表面上下层钢带之间的高差会很大。电缆外径较小时,作用力不大,不致将外护套挤破。聚乙烯材料本身由热态向冷态的收缩率在8%左右,冷却后的聚乙烯护套会包住双层钢带,使钢带无法左右滑动,在电缆弯曲时铠装钢带毛边容易刺入护套内,增加了护套开裂的几率。

1.4 电缆敷设环境的影响

光氧老化是护套产生开裂的主要破坏因素,电缆长期在露天运行,不采取遮阳措施,直接大范围裸露在强烈的阳光照射下,会使PE护套材料中大量分子链断裂,造成老化。而且,电缆在暴晒时不同角度的温度不同,容易产生应力集中,敷设时增加护套开裂的可能。另外在电缆敷设时,如果电缆的弯曲半径不够,铠装层会因为电缆弯曲过大而产生位移,护套会承受较大的剪切力,使护套沿钢带边缘产生裂纹或裂缝。

2 提高电缆护套抗开裂性能的措施

2.1 护套料配方的设计

PE的分子量越大、分子量分布越窄,耐环境应力开裂性越好。苏朝化等[2]采用TR144与6048两种高密度聚乙烯(HDPE)进行共混发现,当TR144含量越大时,所得共混材料的耐环境应力开裂性能越好,原因在于TR144相对分子质量较大。对于阻燃电缆,可以通过加入阻燃协效剂提高护套的抗开裂能力。阻燃协效剂可以强化界面结合、限制分子链段运动,减少基体树脂与填料的界面缺陷,防止裂纹与裂缝的产生,从而提高了护套材料的抗开裂能力。张凯等[3]以乙烯一醋酸乙烯共聚物(EVA)与低密度聚乙烯(LDPE)共混,以氢氧化铝和氢氧化镁混合物为阻燃剂,并加入10份阻燃协效剂。与普通的阻燃料相比,拉伸强度比提高了13.3%,断裂伸长率提高了15.8%。进行抗开裂实验,未出现开裂。扫描电镜显示抗开裂护套料中填料分布均匀且被包覆在基体树脂中,表明随着阻燃协效剂的加入,无机阻燃填料在基体树脂中具有更好的分散程度,利于填料与基体树脂的界面结合,减少了无机填料聚集对材料力学性能的影响。

2.2 减小护套中的内应力

2.2.1 交联处理

为了减小PE护套中的内应力,可以将线型结构的PE进行交联处理,得到网状立体型结构。交联后分子间作用力增大,分子链不易滑脱,不易造成内部缺陷,从而提高耐应力开裂性能。

2.2.2 分段水冷

为了使护套能够充分冷却,减小内应力,可以适当增加水槽的长度与体积,并采用分段水冷的方式。一般采用由70℃～75℃冷却至50℃～55℃,最后冷却至室温的方法。过渡温度视护套外径而定,护套外径较大时,温度设定偏低,外径较小时,设定温度偏高。但过渡温度过高,会使护套表面的水气化,而产生气泡。

2.3 增加缓冲层

在铠装层和PE外护套间绕包或挤包一定厚度的缓冲层。缓冲层的加入,使护套前表面平整度增加,PE护套厚度均匀,加上PE护套在分段水冷时收缩作用,使得护套既不会出现松包现象,也不会包的太紧,从而减小了内应力。绕包缓冲层一般采用聚酯带、无纺布、无卤低烟玻璃丝带、聚烯烃带。这种结构简单易操作,成本较低。挤包缓冲层一般采用聚烯烃、橡胶和塑料的共混体或共聚体等,这种结构密封性和材料断裂伸长率都很好,结构稳定可靠。

2.4 改善电缆的敷设环境

避免电缆长时间在太阳下暴晒,可采用遮阳罩的方式。电缆敷设前最好在60℃条件下放置一段时间,使护套中的内应力得到释放。

3 结束语

为了提高电缆PE外护套的耐开裂性能,应从原料选择、生产工艺、结构设计及敷设环境等因素着手予以控制,延长电缆的使用寿命,从而保证电缆供电的可靠性。

参考文献

[1]胡先志,魏忠诚,胡战洪,等.耐环境应力开裂的电(光)缆护套料的研制[J].现代塑料加工应用,1995,8(1):28-31.

[2]苏朝化.电线电缆用HDPE护套料的研制[J].合成树脂及塑料,2007,24(4):33-34.

封头成形开裂原因及解决方案 第6篇

由于生产工艺调整, 需要增加5套压力容器, 材料S31603, 设备直径4 m, 板厚8 mm, 因公司无封头成形设备, 因此仅提供原材料和完成原片焊接后, 委托封头专业制作单位压制 (封头规格EHA4000×10) 。

在外协制作封头过程中, 制作单位质保部通知, 该批封头采用压鼓加冷旋压工艺, 成形困难, 在压鼓过程中焊缝出现严重开裂问题, 无法压鼓成形。经现场观察, 发现在圆片压鼓过程中焊缝出现过度延伸、焊缝纵向开裂, 未开裂焊缝部位有明显焊缝纵向凹陷现象 (图1) 。

二、问题分析

为找出开裂原因, 双方进行了探讨。从成形工艺分析, 封头单位确认在实际制作过程中采用成形工艺无问题, 因为同期采用相同工艺压制的其他单位同规格产品成形良好, 未发生此类现象。研究重点就落在了焊接工艺和原材料方面。焊接工艺, 具体分焊材、实际焊接规范 (包括线能量) 。原材料, 力学性能复验 (抗拉强度、屈服强度、延伸率、弯曲试验) 、材料金相试验。

三、试验结果及分析

(1) 经复查, 焊接工艺, 焊丝化学成分, 钢材化学成分以及钢材力学性能, 并对比钛钢S31603金相图片和本批次产品客户提供的S31603钢材。

(2) 分析。按焊接工艺分析, 该产品焊接规范符合工艺要求, 按NB/T 47014-2011 (JB/T 4708) 《承压设备焊接工艺评定》表6:“增加焊接线能量”属于补加因素, 而5.2.1 b补加因素是指影响焊接接头冲击韧性的焊接工艺评定因素, 在该产品实际焊接过程中焊接线能量均低于工艺要求, 焊接过程属可控, 因此该产品焊缝性能能够得到保证。

分析焊材, 焊丝化学成分经复验合格, 符合NB/T 47018-2011 (JB/T 4747) 《承压设备用焊接材料订货技术条件》标准要求。分析钢材, 钢材化学成分经复验合格, 符合GB 24511-2011《承压设备用不锈钢钢板及钢带》相关要求。分析材料力学性能, 对本批次钢材取样进行力学性能复验, 各项指标均满足相关标准要求, 但其中“断后延伸率”指标明显偏低, 据封头压制单位生产经验, 一般此类奥氏体不锈钢钢材此项指标实测均会超过50%。

检查金相组织, 对本批次钢材母材组织进行金相检查, 同时随机取一块产地为太原钢厂的母材也进行金相检查, 由2份材料的金相照片得出, 客户供料的母材中夹杂物含量明显多于太钢材料, 且所含奥氏体组织均匀性较差。经与该材料制造厂沟通确认, 上述问题造成原因为钢坯中杂质含量较高, 且可能钢板最终热处理效果有差异导致钢材中奥氏体组织不均匀。

经公司与封头制作单位、钢材制造单位3方质保部、技术部进行会商, 对本次加工质量问题统一了意见, 一致认可本批产品钢材存在问题, 由于母材强度偏高且延伸率偏低, 造成在封头压制时在圆片整体变形过程中母材变形困难, 直接导致焊缝过度延伸而开裂。

经协商, 确定处理措施。在不影响最终设备运行质量的基础上更改设计方案, 由原先设计封头形状椭圆形改为碟形, 按GB/T 25498-2010《压力容器封头》设计, 这样可以大大减少封头成形的高度, 可有效降低封头成形高度224 mm, 从而降低封头整体变形率, 避免开裂现象的发生。

四、最终解决方案及结论