淺析混凝土結構裂縫成因

  混凝土結構裂縫的成因復雜繁多，甚至多種因素相互影響，但每一條裂縫均有其產(chǎn)生的一種或幾種主要原因，主要與施工、設計、材料、環(huán)境等有關。據(jù)有關資料統(tǒng)計，由施工因素造成的混凝土早期裂縫占80%左右，因混凝土材料方面的原因造成的的裂縫占15%左右，因設計不當造成的裂縫占5%左右。本文就以上所說的幾個方面分別討論。

  1.施工工藝因素

  在混凝土結構澆筑、構件制作、起模、運輸、堆放、拼裝及吊裝的過程中，若施工工藝不合理、施工質量低劣，容易產(chǎn)生縱、橫、豎、斜，水平的、表面的、貫穿的等各種裂縫，特別是細長薄壁結構更容易出現(xiàn)。裂縫出現(xiàn)的部位與走向、裂縫寬度因產(chǎn)生的原因而異，通常有：

  1.1違章施工、不當施工造成混凝土裂縫

  混凝土攪拌、運輸時間過長，使水分蒸發(fā)過多，導致混凝土坍損較大，使得在混凝土體積上出現(xiàn)不規(guī)則的收縮裂縫。

  主要結構部位模板剛度不足，或施工時拆模過早，混凝土強度明顯不足，使得構件在自重或施工荷載作用下產(chǎn)生裂縫。

  混凝土初期養(yǎng)護工作管理不嚴，造成混凝土早期強度增長時失水，收縮量大，使得混凝土與大氣接觸的表面上出現(xiàn)不規(guī)則的收縮裂縫。

  種種原因造成混凝土運輸車不能及時到達及時供料，現(xiàn)場澆筑停歇時間超過混凝土終凝時間，而又沒有按施工縫處理好接頭部位等。

  1.2振搗方式不當引起裂縫

  不正確的振搗方式會造成混凝土分層離析、表面浮漿而使混凝土面層開裂，或造成混凝土砂漿大量向低處流淌致使混凝土產(chǎn)生不均勻沉降收縮而在結構厚薄交界處出現(xiàn)裂縫。

  商品混凝土由于采用攪拌車運輸、泵送澆筑，坍落度比較大，凝結時間較長。一般混凝土初凝時間都在10h以上甚至更長，即使在炎熱的夏天，在摻了高效緩凝減水劑后，澆搗好的混凝土表面被太陽暴曬，水分蒸發(fā)很快，形成一層幾毫米厚的“被子”，看上去混凝土似乎已凝結，實際內部還遠未達到初凝，甚至還能流動。這樣的混凝土若不進行二次振搗和多次抹面，表面不可避免會出現(xiàn)裂縫。開始是淺表性的、窄細的，若不及時處理，裂縫就會擴展。由于應力集中，最終的裂縫很可能是貫穿性的。采用二次振搗可以消除因塑性沉降引起的混凝土內分層，阻斷因泌水而留下的連貫通道，改善骨料界面結構，提高混凝土強度和抗?jié)B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強度，消除“被子”現(xiàn)象，使混凝土因水分蒸發(fā)而引起的塑性裂縫及時得到愈合。

  1.3養(yǎng)護不當引起混凝土開裂

  現(xiàn)場養(yǎng)護不當是造成混凝土收縮開裂最主要的原因?；炷翝仓?，若表面不及時覆蓋進行潮濕養(yǎng)護，表面水分迅速蒸發(fā)，很容易產(chǎn)生收縮裂縫、特別是在氣溫高、相對濕度低、風速大的情況下，干縮更容易發(fā)生。有資料表明，當風速為16m/s時，混凝土中的水分蒸發(fā)速度是無風時的四倍。

  目前，許多施工現(xiàn)場在澆筑混凝土時都不能做到及時覆蓋保溫養(yǎng)護，一般總要等到最后一遍抹光結束后才覆蓋，還有很多工地根本就不予覆蓋，結果表面開裂。正確的做法應該是在第一次抹平后就立即用塑料薄膜覆蓋，不讓水分蒸發(fā)，依靠混凝土自身的水分進行保濕養(yǎng)護。需進行第二次抹光時，揭開薄膜，抹完了再及時蓋上。

  2.外界環(huán)境因素

  2.1溫度

  水泥水化過程是大體積混凝土中的主要溫度因素?；炷猎谟步Y過程中，由于水泥的水化作用，在初始幾天產(chǎn)生大量的水化熱，混凝土溫度升高。而大體積混凝土結構一般較厚，導熱不良，相對散熱小，所以大量的熱量聚集在結構內部。內部水化熱不易散失，外部混凝土散熱較快，水化熱溫升隨壁(板)厚度增加而加大，混凝土形成一定的溫度梯度。無論溫升階段，還是溫降階段，混凝土中心溫度總是高于混凝土表面溫度。根據(jù)熱脹冷縮的原理，中心部分混凝土膨脹速率要比表面混凝土大。因此，混凝土中心與表面各質點間的內約束以及來自地基及其它外部邊界約束的共同作用，使混凝土內部產(chǎn)生壓應力，混凝土表面產(chǎn)生拉應力。當溫度梯度大到一定程度時，表面拉應力超過混凝土的極限抗拉強度時，混凝土表面產(chǎn)生裂縫。在升溫階段，混凝土未充分硬化，彈性模量小，因此拉應力較小，只引起混凝土表面裂縫。隨著水泥水化反應的結束及混凝土的不斷散熱，大體積混凝土由升溫階段過渡到降溫階段。溫度降低，混凝土體積收縮。由于混凝土內部熱量是通過表面向外散發(fā)，降溫階段混凝土中心部分與表面部分的冷縮程度不同，在混凝土內部產(chǎn)生較大的內約束，同時地基與邊界條件也對收縮的混凝土產(chǎn)生較大的外約束。內外約束的作用，使收縮的混凝土產(chǎn)生拉應力，隨混凝土的齡期增長，抗拉強度增大，彈性模量增高，徐變影響減小。因此降溫收縮產(chǎn)生的拉應力較大，易在混凝土中心部位形成較高拉應力區(qū)，若此時的混凝土拉應力大于混凝土此齡期的抗拉強度，則大體積混凝土產(chǎn)生溫度裂縫。

  2.2鋼筋銹蝕因素

  由于混凝土質量較差或保護層厚度不足，保護層受二氧化碳侵蝕炭化至鋼筋表面，使鋼筋周圍混凝土堿度降低，或由于氯化物介入，鋼筋周圍氯離子含量較高，均可引起鋼筋表面氧化膜破壞。鋼筋中鐵離子與侵入到混凝土中的氧氣和水分發(fā)生銹蝕反應，其銹蝕物氫氧化鐵體積比原來增長了約2~4倍，從而對周圍混凝土產(chǎn)生膨脹應力，導致保護層混凝土開裂、剝離，沿鋼筋縱向產(chǎn)生裂縫，并有銹跡滲到混凝土表面。由于銹蝕，使得鋼筋有效斷面面積減小，鋼筋與混凝土裹力減弱，結構承載力下降，并將誘發(fā)其他形式的裂縫，加劇鋼筋銹蝕，導致結構破壞。

  對于鋼筋的銹蝕，施工時應控制混凝土的水灰比，加強振搗，保證混凝土的密實性，防止氧氣的侵入，同時嚴格控制含氯鹽的外加劑用量，沿海地區(qū)或其它存在腐蝕性強的空氣、地下水地區(qū)尤其應慎重。

  2.3凍脹因素

  大氣氣溫低于零度時，吸水飽和的混凝土出現(xiàn)冰凍，游離的水轉變成冰，體積膨脹9%，因而混凝土產(chǎn)生膨脹應力，同時混凝土凝膠孔中的過冷水在微觀結構中遷移和重分布應引起滲透壓，使混凝土中膨脹力加大，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過多；混凝土水灰比偏大、振搗不密實；養(yǎng)護不好使混凝土早期受凍等，均可導致混凝土凍脹裂縫。

  混凝土在冬季進行施工時，尤其應當注意這方面的養(yǎng)護。如采用蒸汽加熱法、電氣加熱法等，或者在混凝土拌和水中加入一定的防凍劑(最好不用氯鹽)，可以保證混凝土在低溫條件下硬化。

  3.材料質量因素

  混凝土是指由水泥、石灰、石膏類無機膠結料和水或瀝青、樹脂等有機膠結料的膠狀物與集料按一定比例拌和，并在一定條件下硬化而成的石材。通常我們所講的混凝土指的是水泥混凝土，主要由水泥、水、砂石集料組成，其中水泥和水起膠凝作用；集料起骨架填充作用，水泥和水發(fā)生反應后形成堅硬的水泥石，將集料顆粒牢固地粘結成整體，使混凝土具有一定的強度。但是若組成混凝土所用的材料質量不合格，則會影響混凝土的強度，導致混凝土結構出現(xiàn)裂縫。

  4.結語

  總之，在實際工程中，混凝土結構裂縫形成原因是多種因素造成的，其中有主要因素，也有次要因素，因此分清主次因素，對混凝土結構裂縫原因給出科學正確的“診斷”，對于防止混凝土結構裂縫才是至關重要的，才能對癥下藥，減少或避免有害裂縫的發(fā)生。