对混凝土裂缝的研究

对混凝土裂缝的研究

混凝土裂缝的类型及成因

造成混凝土裂缝的原因是多方面的，一般而言，可分为混凝土自身原因和外部原因两大类。在此，我们就按此分类谈谈常见裂缝的成因。

（一）混凝土因自身特性产生裂缝

1.收缩裂缝收缩裂缝顾名思义其产生原因就是混凝土硬化后

水份蒸发体积收缩。从理论上讲，当混凝土在无任何约束而处于自由收缩时，不会产生裂缝，而实际工程中，混凝土总是受到各种约束的，如两端的约束、内部配制钢筋的约束等。由于混凝土收缩过程中受到约束，因而内部产生拉应力，当拉应力大于混凝土的抗拉强度时，就会产生收缩裂缝。一般来讲，混凝土受到的约束越大，其产生的收缩裂缝越多或越宽。由于混凝土体积收缩是因为水份蒸发、干燥导致的，因而收缩裂缝也通常称为干缩裂缝。一般情况下，几个月以后，混凝土体内多余水份蒸发已基本完成，混凝土内湿度与环境湿度基本趋于一致，因而收缩裂缝的宽度发展也趋于停止，处于相对稳定状况。可以说，混凝土自身收缩是其固有的物理特性，而由此类原因产生的收缩裂缝，占常见裂缝的绝大多数。

（1）干燥收缩由于水泥混凝土的脱水干燥，其长度或体积会有所减少，称干燥收缩。混凝土的干燥收缩主要是由于水泥石的干缩引起的；水泥石的收缩比混凝土大，约为普通混凝土的1d的龄期为基准，相对湿度70 %左右的环境下，最终的收缩变形为左右。

影响其干缩变形的主要原因可分为内外两方面原因：内因涉及单方水泥用量、用水量、水灰比、骨料（品种和单方用量）以及构件大小（厚度）；外因则涉及环境相对湿度、干燥时间等。

（2）水化收缩水泥和水反应后生成物体积，会比反应前水泥和水的体积减小；水化反应的同时，绝对体积也会减少，即产生水化收缩。

（3）混凝土自身收缩所谓自身收缩，是指在外部无水分供应时，水泥浆的骨架形成后，伴随着水泥水化反应的逐步完成，水泥浆中的水被消耗，会形成弯液面而发生负压，出现的收缩现象。

（4）干湿引发的体积变化硬化后混凝土结构虽然是稳定的，但在水中或者高湿度的地方，会由于吸水而产生膨胀，称之为润湿膨胀。影响其膨胀率的主要原因有：混凝土中单方用水量、水泥用量、水灰比、骨料以及构件的大小（厚度）、混凝土浸水前的干燥状态以及水中存放期限等。

2.温度裂缝温差裂缝主要是由于温度差或由于温度的变化通

过混凝土热胀冷缩效应而引起混凝土开裂的。但这其中可分为二类。

一类为由于混凝土内部存在一个温度差，从而内部产生温度应力而导致混凝土开裂的。此类裂缝宽度一般情况下不会超过0.3mm，但若施工过程中控制不当，温差过大，有时局部也会超过0.3mm。此类裂缝有贯穿的，也有不贯穿的。对于对大体积混凝土，温升引起的膨胀是极其危险的。当表面拉应力超过此时混凝土的极限抗拉

强度时，就会在混凝土表面产生表面裂缝。同时，随着水化反应的减弱，混凝土将逐渐降温，这个降温过程则会引起混凝土的收缩变形；加上混凝土多余水分蒸发也会引起的体积变形，当它们受到地基和结构边界的约束，会产生较大的收缩应力（拉应力），当该收缩应力超过混凝土抗拉应力时，混凝土会产生贯穿整个截面的裂缝。

另一类温差裂缝并不是开裂混凝土本身内部有温度差引起的，而是出于整个混凝土结构中局部混凝土构件受环境温度的变化，通过热胀冷缩效应，对与其相关的构件产生拉应力。此类裂缝出现的时间较晚，一般在混凝土硬化后1～2年出现，一旦出现通常是贯穿的，宽度一般≤0.3mm，但个别局位也会超过0.3mm。例如，在建筑物的东西两端墙角混凝土楼板处，由于墙角两侧的混凝土墙体受太阳的照射，温度升高，产生膨胀，从而对与之相连的混凝土楼板产生两个垂直方向的拉应力，其合力为45?方向，若该拉应力大于混凝土楼板的抗拉强度时，则在墙角处的混凝土楼板会在与外界45?拉应力合力方向相正交的方向产生45?的斜裂缝。由于对混凝土楼板来讲这个温度变化而产生拉应力来自外部和结构有关，因而，这里对这一类温度裂缝的预防、控制不展开讨论。

3.沉陷（塑性）收缩裂缝的成因塑性收缩是指混凝土在凝结之前，表面因失水较快而产生的收缩。塑性收缩裂缝一般在干热或大风天气出现，裂缝多呈中间宽两端细且长短不一、互不连贯状态。其产生的主要原因为：混凝土在终凝前几乎没有强度或强度很小，

或者混摄土刚刚终凝而强度度小时.受高温或较大风力的影响，混凝土表面失水过快.造成毛细管中产生较大的负压而使混凝土体积急剧收缩，而此时混凝土的强度又无法抵抗其本身收缩，因此产生龟裂。影响混凝土塑性收缩开裂的主要因素有水灰比、混凝土的凝结时间、环境温度、风速、相对湿度等等。沉陷裂缝的产生是由于结构地基土质不匀、松软.或回填土不实或浸水而造成不均匀沉降所致；或者因为模板厚度不足模扳支撑间距过大或支撑底部松动所致，特别是在冬季，摸板支撑在冻土上.冻土化冻后产生不均匀沉障，致使混凝土结构产生裂缝此类裂缝多为深进或贯穿性裂缝，其走向与沉陷情况有关.一般沿与地面垂直或呈3o?一45?方向发展，较大的沉陷裂缝.往往有一定的错位.裂缝宽度往往与沉降量成正比关系。裂缝宽度受温度变化的影响较小。地基变形稳定之后，沉陷裂缝也基本趋于稳定。

（二）化学反应引起的裂缝

碱骨料反应裂缝和钢筋锈蚀引起的裂缝是钢筋混凝土结构中最常见的由于化学反应而引起的裂缝。混凝土拌和后会产生一些碱性离子.这些离子与某些活性骨料产生化学反应并吸收周围环境中的水而体积增大，造成混凝土酥松、膨胀开裂。这种裂缝一般出现在混凝土结构使用期间.一旦出现很难补救，因此应在施工中采取有效措越进行预防。由于混凝土浇筑、振捣不良或者是钢筋保护层较薄，有害物质进入混凝土使钢筋产生锈蚀，锈蚀的钢筋体积膨胀，导致混凝土胀裂，此种类型的裂缝多为纵向裂缝，沿钢筋的位置出

现。

（三）混凝土结构受力裂缝

结构受荷后产生裂缝的因素很多，施工中和使用都可能出现裂缝。例如早期受震、拆模过早或方法不当、构件堆放、运输、吊装时的垫块或吊点位置不当、施工超载、张拉应力值过大等均可能产生裂缝。而最常见的是钢筋混凝土梁、板等受弯构件，在使用荷载作用下往往出现不同程度的裂缝。普通钢筋混凝土构件在承受了30%—40% 的设计荷载，就可能出现裂缝，肉眼一般不能察觉，而构件的极限破坏荷载往往都在设计荷载的1.5倍以上。所以在一般情况下钢筋混凝土构件是允许带裂缝工作的（这类裂缝有的文献称之为无害裂缝）。在钢筋混凝土设计规范中，分别不同情况规定裂缝的最大宽度为0.2—0.3nun对那些宽度超过规范规定的裂缝，以及不允许开裂的构件上出现裂缝则应认为有害，需加以认真分析，慎重处理。

（四）施工工艺及流程造成的裂缝

1.施工不当造成的裂缝混凝土施工过程中由于施工不当、模板支撑下沉，或过早除梁板底模和支撑等形成的裂缝；施工控制不严，由于施工荷载过大而导致出现裂缝。

2.在施工中，不规范的浇捣过程对裂缝产生也有直接影响振捣时间过短，或振捣不到位，混凝土都无法达到密实状态；而如果振捣时间过长，石子下沉上面砂浆偏多，该处水泥较多，干缩变形也就较大，收缩不均匀也容易产生裂缝。