浅析混凝土结构裂缝成因

  混凝土结构裂缝的成因复杂繁多，甚至多种因素相互影响，但每一条裂缝均有其产生的一种或几种主要原因，主要与施工、设计、材料、环境等有关。据有关资料统计，由施工因素造成的混凝土早期裂缝占80%左右，因混凝土材料方面的原因造成的的裂缝占15%左右，因设计不当造成的裂缝占5%左右。本文就以上所说的几个方面分别讨论。

  1.施工工艺因素

  在混凝土结构浇筑、构件制作、起模、运输、堆放、拼装及吊装的过程中，若施工工艺不合理、施工质量低劣，容易产生纵、横、竖、斜，水平的、表面的、贯穿的等各种裂缝，特别是细长薄壁结构更容易出现。裂缝出现的部位与走向、裂缝宽度因产生的原因而异，通常有：

  1.1违章施工、不当施工造成混凝土裂缝

  混凝土搅拌、运输时间过长，使水分蒸发过多，导致混凝土坍损较大，使得在混凝土体积上出现不规则的收缩裂缝。

  主要结构部位模板刚度不足，或施工时拆模过早，混凝土强度明显不足，使得构件在自重或施工荷载作用下产生裂缝。

  混凝土初期养护工作管理不严，造成混凝土早期强度增长时失水，收缩量大，使得混凝土与大气接触的表面上出现不规则的收缩裂缝。

  种种原因造成混凝土运输车不能及时到达及时供料，现场浇筑停歇时间超过混凝土终凝时间，而又没有按施工缝处理好接头部位等。

  1.2振捣方式不当引起裂缝

  不正确的振捣方式会造成混凝土分层离析、表面浮浆而使混凝土面层开裂，或造成混凝土砂浆大量向低处流淌致使混凝土产生不均匀沉降收缩而在结构厚薄交界处出现裂缝。

  商品混凝土由于采用搅拌车运输、泵送浇筑，坍落度比较大，凝结时间较长。一般混凝土初凝时间都在10h以上甚至更长，即使在炎热的夏天，在掺了高效缓凝减水剂后，浇捣好的混凝土表面被太阳暴晒，水分蒸发很快，形成一层几毫米厚的“被子”，看上去混凝土似乎已凝结，实际内部还远未达到初凝，甚至还能流动。这样的混凝土若不进行二次振捣和多次抹面，表面不可避免会出现裂缝。开始是浅表性的、窄细的，若不及时处理，裂缝就会扩展。由于应力集中，最终的裂缝很可能是贯穿性的。采用二次振捣可以消除因塑性沉降引起的混凝土内分层，阻断因泌水而留下的连贯通道，改善骨料界面结构，提高混凝土强度和抗渗能力；采用二次以上抹面，可有效提高因泌水而削弱的混凝土表面强度，消除“被子”现象，使混凝土因水分蒸发而引起的塑性裂缝及时得到愈合。

  1.3养护不当引起混凝土开裂

  现场养护不当是造成混凝土收缩开裂最主要的原因。混凝土浇筑后，若表面不及时覆盖进行潮湿养护，表面水分迅速蒸发，很容易产生收缩裂缝、特别是在气温高、相对湿度低、风速大的情况下，干缩更容易发生。有资料表明，当风速为16m/s时，混凝土中的水分蒸发速度是无风时的四倍。

  目前，许多施工现场在浇筑混凝土时都不能做到及时覆盖保温养护，一般总要等到最后一遍抹光结束后才覆盖，还有很多工地根本就不予覆盖，结果表面开裂。正确的做法应该是在第一次抹平后就立即用塑料薄膜覆盖，不让水分蒸发，依靠混凝土自身的水分进行保湿养护。需进行第二次抹光时，揭开薄膜，抹完了再及时盖上。

  2.外界环境因素

  2.1温度

  水泥水化过程是大体积混凝土中的主要温度因素。混凝土在硬结过程中，由于水泥的水化作用，在初始几天产生大量的水化热，混凝土温度升高。而大体积混凝土结构一般较厚，导热不良，相对散热小，所以大量的热量聚集在结构内部。内部水化热不易散失，外部混凝土散热较快，水化热温升随壁(板)厚度增加而加大，混凝土形成一定的温度梯度。无论温升阶段，还是温降阶段，混凝土中心温度总是高于混凝土表面温度。根据热胀冷缩的原理，中心部分混凝土膨胀速率要比表面混凝土大。因此，混凝土中心与表面各质点间的内约束以及来自地基及其它外部边界约束的共同作用，使混凝土内部产生压应力，混凝土表面产生拉应力。当温度梯度大到一定程度时，表面拉应力超过混凝土的极限抗拉强度时，混凝土表面产生裂缝。在升温阶段，混凝土未充分硬化，弹性模量小，因此拉应力较小，只引起混凝土表面裂缝。随着水泥水化反应的结束及混凝土的不断散热，大体积混凝土由升温阶段过渡到降温阶段。温度降低，混凝土体积收缩。由于混凝土内部热量是通过表面向外散发，降温阶段混凝土中心部分与表面部分的冷缩程度不同，在混凝土内部产生较大的内约束，同时地基与边界条件也对收缩的混凝土产生较大的外约束。内外约束的作用，使收缩的混凝土产生拉应力，随混凝土的龄期增长，抗拉强度增大，弹性模量增高，徐变影响减小。因此降温收缩产生的拉应力较大，易在混凝土中心部位形成较高拉应力区，若此时的混凝土拉应力大于混凝土此龄期的抗拉强度，则大体积混凝土产生温度裂缝。

  2.2钢筋锈蚀因素

  由于混凝土质量较差或保护层厚度不足，保护层受二氧化碳侵蚀炭化至钢筋表面，使钢筋周围混凝土碱度降低，或由于氯化物介入，钢筋周围氯离子含量较高，均可引起钢筋表面氧化膜破坏。钢筋中铁离子与侵入到混凝土中的氧气和水分发生锈蚀反应，其锈蚀物氢氧化铁体积比原来增长了约2~4倍，从而对周围混凝土产生膨胀应力，导致保护层混凝土开裂、剥离，沿钢筋纵向产生裂缝，并有锈迹渗到混凝土表面。由于锈蚀，使得钢筋有效断面面积减小，钢筋与混凝土裹力减弱，结构承载力下降，并将诱发其他形式的裂缝，加剧钢筋锈蚀，导致结构破坏。

  对于钢筋的锈蚀，施工时应控制混凝土的水灰比，加强振捣，保证混凝土的密实性，防止氧气的侵入，同时严格控制含氯盐的外加剂用量，沿海地区或其它存在腐蚀性强的空气、地下水地区尤其应慎重。

  2.3冻胀因素

  大气气温低于零度时，吸水饱和的混凝土出现冰冻，游离的水转变成冰，体积膨胀9%，因而混凝土产生膨胀应力，同时混凝土凝胶孔中的过冷水在微观结构中迁移和重分布应引起渗透压，使混凝土中膨胀力加大，混凝土强度降低，并导致裂缝出现。温度低于零度和混凝土吸水饱和是发生冻胀的必要条件，当混凝土中骨料空隙多、吸水性强；骨料中含泥土等杂质过多；混凝土水灰比偏大、振捣不密实；养护不好使混凝土早期受冻等，均可导致混凝土冻胀裂缝。

  混凝土在冬季进行施工时，尤其应当注意这方面的养护。如采用蒸汽加热法、电气加热法等，或者在混凝土拌和水中加入一定的防冻剂(最好不用氯盐)，可以保证混凝土在低温条件下硬化。

  3.材料质量因素

  混凝土是指由水泥、石灰、石膏类无机胶结料和水或沥青、树脂等有机胶结料的胶状物与集料按一定比例拌和，并在一定条件下硬化而成的石材。通常我们所讲的混凝土指的是水泥混凝土，主要由水泥、水、砂石集料组成，其中水泥和水起胶凝作用；集料起骨架填充作用，水泥和水发生反应后形成坚硬的水泥石，将集料颗粒牢固地粘结成整体，使混凝土具有一定的强度。但是若组成混凝土所用的材料质量不合格，则会影响混凝土的强度，导致混凝土结构出现裂缝。

  4.结语

  总之，在实际工程中，混凝土结构裂缝形成原因是多种因素造成的，其中有主要因素，也有次要因素，因此分清主次因素，对混凝土结构裂缝原因给出科学正确的“诊断”，对于防止混凝土结构裂缝才是至关重要的，才能对症下药，减少或避免有害裂缝的发生。