混凝土裂紋成因分析

劉海豐

摘要：混凝土在現(xiàn)代建設(shè)中廣泛應(yīng)，除其有較好的優(yōu)點外，也存在著一些對工程不利的弊端。混凝土裂縫就是其中較普遍的不利因素，幾乎無所不在，下面就混凝土結(jié)構(gòu)裂紋產(chǎn)生的原因進行簡要剖析。

關(guān)鍵詞：混凝土 裂紋成因

1 由荷載引起的裂縫

鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)在常規(guī)靜、動荷載及次應(yīng)力作用下產(chǎn)生的裂縫稱為荷載裂縫，歸納起來主要有直接應(yīng)力裂縫及次應(yīng)力作用下產(chǎn)生的裂縫。由其自重或在外力作用下，由于結(jié)構(gòu)物的實際工作狀態(tài)同常規(guī)計算有出入，從而在某些部位引起較大的次應(yīng)力導致結(jié)構(gòu)開裂。

2 砼收縮引起的裂縫

混凝土在終凝前是由氣相、固相、液相三相組成的假固體，其中尚有未水化的水泥顆粒，還需吸收周圍水分，液、固相間的膠凝體，因水分散失，體積會縮水，引起收縮裂縫。混凝土收縮主要有塑性收縮、縮水收縮兩種。塑性收縮發(fā)生在施工過程中，混凝土澆筑后約4-5h，此時水泥水化反應(yīng)激烈，分子鏈逐漸形成，出現(xiàn)沁水和水分急劇蒸發(fā)，混凝土失水收縮，同時骨料因自重下沉，而此時砼尚未硬化，稱為塑性收縮。而其中水量的多少與混凝土流態(tài)有很大關(guān)系，且僅發(fā)生在混凝土澆筑初期。在骨料下沉過程中若受到鋼筋阻擋，便會形成沿鋼筋方向的裂縫?？s水收縮（也稱干縮）混凝土硬結(jié)后，隨著表面層水分逐步蒸發(fā)，濕度逐步降低，混凝土體積減小，稱為縮水收縮。因混凝土表面水分損失快，內(nèi)部水分損失慢，因此產(chǎn)生表面收縮大，內(nèi)部收縮小，表面收縮變形受到內(nèi)部砼的約束，致使表面混凝土承受拉力，當表面拉應(yīng)力超過其抗拉極限強度時，便產(chǎn)生收縮裂縫。混凝土硬化后收縮主要就是縮水收縮。如配有鋼筋，鋼筋對混凝土收縮的約束比較明顯，混凝土表面容易出現(xiàn)龜裂裂紋。

3 溫度變化引起的裂縫

混凝土具有熱脹冷縮的性質(zhì)，當外部環(huán)境或結(jié)構(gòu)內(nèi)部溫度發(fā)生變化時，混凝土將發(fā)生變形，若變形遇到約束，則在結(jié)構(gòu)內(nèi)將產(chǎn)生應(yīng)力，當應(yīng)力超過混凝土抗拉強度時，即產(chǎn)生溫度裂縫，引起溫度裂縫的主要因素有：①水化熱?；炷翝仓笥捎谒嗨艧峒?，致使內(nèi)部溫度很高，而由于體積大散熱緩慢，施工中采取的其它散熱技術(shù)措施又不得當，內(nèi)外溫差太大，致使表面出現(xiàn)裂縫。②蒸氣養(yǎng)護或冬季施工時措施不得當。采用蒸氣養(yǎng)護或在冬季施工時所采取的技術(shù)措施不得當，升溫降溫速度過快，使混凝土驟冷驟熱，結(jié)構(gòu)內(nèi)外溫度不均，而出現(xiàn)裂縫。③施工時環(huán)境溫度過高。高溫下的混凝土強度隨溫度的升高而明顯降低，鋼筋與混凝土的粘結(jié)力也隨之下降，由于受熱，混凝土體內(nèi)游離水大量蒸發(fā)也可產(chǎn)生急劇收縮而產(chǎn)生裂縫。④新舊混凝土接縫。新舊混凝土接縫處，沿接縫面中部易形成垂直方向開裂。新混凝土由于硬化時的水化熱與已經(jīng)硬化并冷卻的舊混凝土之間有溫差，另外由于舊混凝土齡期較長，收縮大部分已經(jīng)完成，而新澆筑混凝土的收縮又受到舊混凝土的約束而產(chǎn)生裂縫，在澆筑混凝土時，其厚度較小面積較大部位尤為明顯。

4 基礎(chǔ)不均勻沉降引起的裂縫

由于基礎(chǔ)堅向不均勻沉降或水平方向位移，使結(jié)構(gòu)物中產(chǎn)生附加應(yīng)力，超過結(jié)構(gòu)物的抵抗能力，導致整個結(jié)構(gòu)開裂。①地基不均勻沉降。地基地質(zhì)差別較大，由上部荷載對地基土產(chǎn)生較大壓力時，地基土由于壓縮性能不同引起沉降不均。②結(jié)構(gòu)荷載差異太大。在地質(zhì)情況較均勻的情況下，各部分基礎(chǔ)荷載差異太大時，也可能引起不均勻沉降。③新舊建筑之間引起的不均勻沉降。在原有建筑與新建建建筑連接時，或在舊有建筑加固或改造工程中，新建筑形成較大沉降。④地基凍脹，基礎(chǔ)在凍層以上時，在低于零度的條件下，含水率較高的地基土因冰凍膨脹，一旦氣溫回升，凍土融化，地基出現(xiàn)下沉。

5 砼中鋼筋銹蝕引起的裂縫

由于砼的碳化作用，使鋼筋發(fā)生銹蝕，或由于氯化物浸入，引起鋼筋表面氧化膜破壞，鋼筋發(fā)生銹蝕，其銹蝕物體積比原來體積增長約幾倍，從而對周圍砼產(chǎn)生膨脹應(yīng)力，導致保護層混凝土開裂、剝落，沿鋼筋縱向產(chǎn)生裂縫，并有銹跡滲到混凝土表面。另外由于銹蝕，使鋼筋有效斷面積減小，結(jié)構(gòu)承載力下降，將會誘發(fā)其它形式的裂縫。

6 寒冷地區(qū)由凍脹引起的裂縫

大氣溫度低于零度時，吸水飽和的混凝土出現(xiàn)冰凍，游離的水變成冰，體積膨脹，因面混凝土產(chǎn)生膨脹應(yīng)力，同時混凝土膠孔中的過冷水在微觀結(jié)構(gòu)中遷移和重分布引起滲透壓，使混凝土強度降低，并導致裂縫出現(xiàn)，溫度低于零度和混凝土吸水飽和是發(fā)生凍脹破壞的必要條件。當混凝土中骨料空隙多，吸水性強，骨料中含泥土等雜質(zhì)過多，水灰比偏大，振搗不密實，養(yǎng)護不良，使混凝土早期受凍等，均可導致混凝土產(chǎn)生澆灌脹裂縫。

7 砼原材料質(zhì)量引起的裂縫

混凝土原材料質(zhì)量不合格，可能導致結(jié)構(gòu)出現(xiàn)裂縫。使用不合格水泥出現(xiàn)早期不規(guī)則的裂縫；砂石含泥量過大，使砼干燥時產(chǎn)生不規(guī)則的網(wǎng)狀裂縫；在潮濕的地方，骨料中含有酸性硅化物質(zhì)與水泥中的堿性物質(zhì)發(fā)生水硅反應(yīng)生成膨脹的膠質(zhì)，吸水后造成局部膨脹和拉應(yīng)力，構(gòu)件就會產(chǎn)生爆裂狀裂縫；拌和水或外加劑中氯化物等雜質(zhì)含量較高時引起鋼筋銹蝕，從而產(chǎn)生裂縫。

8 施工工藝引起的裂縫

在結(jié)構(gòu)施工過程中，由于施工工藝不合理，可能產(chǎn)生各種形式的裂縫。①施工中，鋼筋位置發(fā)生變化，導致構(gòu)件的受壓區(qū)有效高度減小，降低結(jié)構(gòu)護彎承載能力，形成與受力鋼筋垂直方向的裂縫；②混凝土振搗不密實，出現(xiàn)蜂窩，麻面或空洞，導致鋼筋銹蝕或形成其它荷載裂縫的起源點；③混凝土攪拌，運輸時間過長，水分蒸發(fā)過多，引起混凝土塌落度過低，使得在混凝土表面出現(xiàn)不規(guī)則的收縮裂縫；④混凝土初期養(yǎng)護不好，致使其表面急劇干燥，使得混凝土與大氣接觸而出現(xiàn)不規(guī)則的收縮裂縫；⑤增加水和水泥用量，或水灰比較大，導致砼凝結(jié)硬化時收縮量增加，砼表面出現(xiàn)不規(guī)則裂縫；⑥混凝土分層或分段澆筑時，接頭位置處理不好，在新舊混凝土的施工縫之間出現(xiàn)裂縫；⑦混凝土早期受凍，使構(gòu)件表面出現(xiàn)裂紋，或局部剝落，或脫模后出現(xiàn)空鼓現(xiàn)象；⑧基礎(chǔ)發(fā)生沉降，或支架剛度不夠，或未按要求進行荷載預(yù)壓或預(yù)壓荷載不足，澆筑混凝土后，支架發(fā)生不均勻下沉，導致砼出現(xiàn)裂縫。⑨使用外加劑過度提高混凝土早期強度，致使水泥水化熱集中在早期的很短時間內(nèi)，產(chǎn)生溫度裂縫；⑩預(yù)應(yīng)力砼施工過程中，以提高混凝土強度等級來彌補設(shè)計要求的張拉或放張控制強度，使得砼在齡期很短的情況下承受較大的荷載；11由于混凝土坍落度過大，表面出現(xiàn)水泥浮漿而產(chǎn)生龜裂。

通過以上對混凝土制品裂縫成因的分析，使我們在混凝土施工中有針對性地制定防止出現(xiàn)裂縫的具體措施，保證工程質(zhì)量。