混凝土開(kāi)裂的原因與分析

1、混凝土開(kāi)裂的原因與分析摘 要混凝土是當(dāng)今世界上用量最大、用途最廣泛的工程材料之一。廣泛應(yīng)用在土木、水利與建筑工程，海洋及港灣建設(shè)工程，交通運(yùn)輸與鐵路工程，甚至航空航天工程?；炷两Y(jié)構(gòu)物產(chǎn)生裂縫，是結(jié)構(gòu)物的承載能力、耐久性、防水性等的各種性能下降的主要原因；其對(duì)策的重要性直接影響到結(jié)構(gòu)物的耐用年數(shù)，以及能否達(dá)到設(shè)計(jì)要求的服役年限?；炷两Y(jié)構(gòu)的裂縫還與混凝土的原材料及其配合比例密切相關(guān)；與施工的環(huán)境條件、施工工藝密切相關(guān)；與混凝土結(jié)構(gòu)的使用環(huán)境、維護(hù)和管理密切相關(guān)，等等。關(guān)鍵詞：混凝土； 混凝土結(jié)構(gòu)物； 裂縫； 開(kāi)裂；對(duì)策混凝土開(kāi)裂的原因及分析我國(guó)是世界上混凝土生產(chǎn)與應(yīng)用最多的國(guó)家，混凝土材料為人

2、類的文明與建設(shè)，作出了巨大的貢獻(xiàn)1。2004年，我國(guó)水泥的產(chǎn)量達(dá)到了9.4億噸；混凝土的產(chǎn)量約20億m3。近30年在我國(guó)社會(huì)主義現(xiàn)代化建設(shè)中，混凝土材料發(fā)揮了巨大的作用,建造了大量的高層與超高層建筑，鋼筋混凝土鐵路橋、公路橋、跨海大橋，海港碼頭及航空港等。所以,混凝土結(jié)構(gòu)的安全性和耐久性顯得尤為重要5。通常所謂的混凝土，是將合格要求的膠凝結(jié)合料、細(xì)骨料（如砂子）、粗骨料（如石子）以及必要時(shí)摻入化學(xué)外加劑和混合材料等，按一定比例，經(jīng)過(guò)均勻拌制、密實(shí)成型及養(yǎng)護(hù)硬化而成的人工石材。試驗(yàn)和應(yīng)用證明：混凝土結(jié)構(gòu)在使用過(guò)程中，受土壤中、水中及空氣中有害介質(zhì)的侵蝕，或混凝土材料本身有害成分的物理、化學(xué)作用，

3、會(huì)產(chǎn)生裂化；宏觀上會(huì)出現(xiàn)開(kāi)裂、剝落、膨脹、松軟及強(qiáng)度下降等，嚴(yán)重影響了混凝土結(jié)構(gòu)的使用壽命，甚至?xí)l(fā)生結(jié)構(gòu)破壞、倒塌，造成人員傷亡和經(jīng)濟(jì)損失7。混凝土結(jié)構(gòu)的過(guò)早裂化開(kāi)裂與破壞，也造成資源的大量浪費(fèi)，使有用的資源迅速轉(zhuǎn)化成建筑垃圾，給環(huán)境帶來(lái)了污染。以每延米混凝土結(jié)構(gòu)橋梁的重量為20t來(lái)計(jì)算，全國(guó)公路危橋保守估計(jì)約有3232451延米，總計(jì)約700萬(wàn)t鋼筋混凝土材料將變?yōu)榻ㄖ?，不僅造成資源損失、資金損失，而且給環(huán)境也帶來(lái)了嚴(yán)重污染18。據(jù)統(tǒng)計(jì)，我國(guó)1999年一年內(nèi)因混凝土結(jié)構(gòu)開(kāi)裂損傷裂化，以及各種腐蝕造成結(jié)構(gòu)的破壞，其損失約為（18003600）億元。因各種侵蝕和結(jié)構(gòu)裂化損傷，修補(bǔ)費(fèi)用往往使

4、初期建設(shè)費(fèi)用的23倍。一、 混凝土的開(kāi)裂(一)混凝土結(jié)構(gòu)開(kāi)裂漸增的原因表示混凝土劣化征兆一般的現(xiàn)象是開(kāi)裂。自古以來(lái)對(duì)抑制混凝土開(kāi)裂就有許多研究。關(guān)于混凝土發(fā)生開(kāi)裂的原因、開(kāi)裂現(xiàn)象的詳細(xì)分析等，其原因可以列舉出40項(xiàng)以上。這些原因?qū)α芽p發(fā)生的綜合影響是復(fù)雜的。即使是現(xiàn)在，對(duì)裂縫發(fā)生的機(jī)制與防止，都沒(méi)有一個(gè)十分有效的方法，由于種種原因混凝土結(jié)構(gòu)的開(kāi)裂依然呈現(xiàn)出漸增的趨勢(shì)6。1、 混凝土澆灌方法伴隨著混凝土泵送施工的大量應(yīng)用，其要求混凝土必須是素性、流動(dòng)性混凝土，故也帶來(lái)砂率和單方混凝土用水量增大，其結(jié)果是耐久性降低，裂縫增加。2、 材料的質(zhì)量下降為了抑制骨料質(zhì)量下降而帶來(lái)的混凝土強(qiáng)度和和易性下降，

5、要增加水泥用量，同時(shí)也帶來(lái)混凝土裂縫增加。此外，由于使用具有堿活性的骨料，混凝土也由于膨脹而發(fā)生開(kāi)裂。這也是使混凝土開(kāi)裂增多原因之一。3、 保護(hù)層厚度不夠由于保護(hù)層厚度不夠，碳化到達(dá)鋼筋的時(shí)間變短了，混凝土中氯化物增加以及由外部侵入的氯化物增加，內(nèi)部鋼筋的生銹膨脹而導(dǎo)致發(fā)生開(kāi)裂的現(xiàn)象也在增加。4、 不同沉降與過(guò)載由于結(jié)構(gòu)物不同部位的沉降與過(guò)載，而導(dǎo)致的結(jié)構(gòu)裂縫也在呈增加趨勢(shì)。（二）鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)物與建筑物的收縮開(kāi)裂與荷載作用開(kāi)裂鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)物與建筑物發(fā)生的裂縫，對(duì)不同結(jié)構(gòu)部位所發(fā)生裂縫的位置以及裂縫的形態(tài)來(lái)看，可以估計(jì)到裂縫發(fā)生的主要原因。裂縫一般是在混凝土受拉應(yīng)力集中的部位發(fā)生?；炷恋目?/p>

6、拉強(qiáng)度低，只有抗壓強(qiáng)度的1/10左右。在窗戶、出入口、換氣口等開(kāi)口部位的四個(gè)角，由于收縮最容易產(chǎn)生開(kāi)裂。周邊受約束較大的墻面；長(zhǎng)向結(jié)構(gòu)受約束力雖小，但受拉應(yīng)力集中的部位，也會(huì)開(kāi)裂。1、混凝土開(kāi)裂原因的分析混凝土是由水泥砂漿、碎石粘結(jié)起來(lái)而成的多相復(fù)合材料?；炷恋氖湛s開(kāi)裂，主要是由水泥漿的收縮開(kāi)裂所造成。例如：以315g水泥，相對(duì)密度（相對(duì)于水）為3.15，與200cm3水拌合成水泥砂漿（w/c=0.64），初始體積為100+200300cm3。假定1 cm3水泥完全水化后產(chǎn)生2 cm3的水化物體積；則水泥凈漿在不同水化程度時(shí)，毛細(xì)管孔體積不同，即使100水化，還有33的毛細(xì)孔。造成水泥石收縮

7、開(kāi)裂。對(duì)不同水灰比的水泥凈漿，達(dá)到相同的某一水化程度時(shí)，水泥的固體水化產(chǎn)物相同，單毛細(xì)孔體積不同。例如水灰比為0.7、0.6、0.5和0.4水泥漿體，假定其水化程度均為100，完全水化水泥的固體計(jì)算體積均為200 cm3；但不同水灰比的硬化水泥石中，毛細(xì)孔的體積不同，分別為120 cm3、88 cm3、57 cm3和26 cm3。雖然不同水灰比的水泥漿中，毛細(xì)孔的體積不同，但都會(huì)產(chǎn)生收縮。水化的水泥漿體暴露于相對(duì)濕度低于100的環(huán)境時(shí)，將開(kāi)始失水收縮。如果硬化水泥漿體試件在收縮過(guò)程中發(fā)生約束，將會(huì)產(chǎn)生收縮應(yīng)力，如果此應(yīng)力大于硬化水泥漿體試件的抗拉強(qiáng)度，則會(huì)發(fā)生開(kāi)裂。由上述可見(jiàn)，水泥水化物將砂、

8、石粘結(jié)成為混凝土。當(dāng)混凝土中的硬化水泥漿失去毛細(xì)孔里靜水張力所保持的水及失去硅酸鈣凝膠內(nèi)的物理吸附水時(shí)，就會(huì)導(dǎo)致混凝土的收縮變形。在混凝土收縮的過(guò)程中，有約束條件下，就會(huì)造成混凝土的開(kāi)裂。據(jù)估算完全干燥的硬化水泥漿體干縮率可達(dá)10000×10-6，實(shí)際已測(cè)得值為4000×10-6；混凝土中的骨料可認(rèn)為不收縮，故混凝土實(shí)測(cè)的干縮率大約為（2001000）×10-6的范圍內(nèi)。有的學(xué)者認(rèn)為：“裂縫與混凝土同時(shí)存在”。也即混凝土必有裂縫。裂縫是混凝土材料不可避免的。這是水泥基材料先天的缺陷16?；炷恋母稍锸湛s開(kāi)裂，由開(kāi)裂發(fā)生的條件所控制，干燥收縮開(kāi)裂的主要原因可納為外因

9、、內(nèi)因及結(jié)構(gòu)物主要原因，外因：氣溫、濕度、日照、風(fēng)速、干燥時(shí)間及干燥開(kāi)始齡期；內(nèi)因：?jiǎn)畏交炷了嗔?、單方混凝土用水量、水灰比、骨料及水質(zhì)；結(jié)構(gòu)物主要原因：構(gòu)件尺寸及鋼筋間距。開(kāi)裂發(fā)生的條件：自由收縮率、約束率、約束收縮率、約束收縮應(yīng)力、抗拉強(qiáng)度及伸長(zhǎng)能力。從中可以找出控制裂縫發(fā)生的對(duì)策3。2、混凝土裂縫的類型（1）按裂縫的深度分類表面裂縫 混凝土表面出現(xiàn)的淺層裂縫。深度裂縫 裂縫延伸至部分結(jié)構(gòu)斷面。貫穿裂縫 裂縫延伸至整個(gè)結(jié)構(gòu)斷面，將結(jié)構(gòu)分離。（2）按裂縫開(kāi)度的變化分類死裂縫 裂縫的寬度與長(zhǎng)度不再變化。活裂縫 裂縫寬度隨外界環(huán)境和荷載條件變化而變化，但其長(zhǎng)度不變或變化不大。（3）增長(zhǎng)裂縫 裂

10、縫的寬度或長(zhǎng)度隨時(shí)間而增長(zhǎng)8。3、按裂縫產(chǎn)生的原因分類（1）干縮裂縫 混凝土中水泥石的毛細(xì)管孔隙，在干燥過(guò)程中失水，產(chǎn)生毛細(xì)管張力，使混凝土產(chǎn)生體積收縮，體積收縮增大，混凝土?xí)a(chǎn)生開(kāi)裂。混凝土發(fā)生收縮變形時(shí)，由于周圍約束存在，使混凝土產(chǎn)生約束應(yīng)力，如果這個(gè)應(yīng)力超過(guò)混凝土的抗拉強(qiáng)度，混凝土就會(huì)產(chǎn)生收縮開(kāi)裂15。（2）溫度裂縫 大體積混凝土澆注后，由于水化熱使混凝土溫度升高，當(dāng)溫升到達(dá)高峰后，由于環(huán)境溫度較低，混凝土溫度開(kāi)始下降時(shí)，在降溫過(guò)程中混凝土發(fā)生收縮；在約束條件下，當(dāng)混凝土溫降收縮變形大于極限拉升變形時(shí)，容易發(fā)生開(kāi)裂；稱之為溫度裂縫。還有另一種溫度裂縫是由于混凝土內(nèi)外溫差引起的。例如混凝土

11、遭受寒潮侵襲，或夏天混凝土遭受陽(yáng)光暴曬后突然下雨，都會(huì)使混凝土內(nèi)部與表層起約束作用，也會(huì)導(dǎo)致溫度裂縫的發(fā)生。（3）鋼筋銹蝕裂縫 混凝土中的鋼筋，由于混凝土中性化，或者氯離子的擴(kuò)散滲透等，會(huì)產(chǎn)生銹蝕，其銹蝕產(chǎn)物氫氧化鐵的體積比原來(lái)增大24倍。從而對(duì)周圍混凝土產(chǎn)生膨脹應(yīng)力，當(dāng)該應(yīng)力大于混凝土抗拉強(qiáng)度時(shí)，就會(huì)產(chǎn)生開(kāi)裂。這種裂縫一般都為沿著鋼筋長(zhǎng)度方向發(fā)展的順筋裂縫。（4）堿骨料反應(yīng)裂縫 堿骨料反應(yīng)有堿硅酸反應(yīng)和堿碳酸鹽反應(yīng)兩種。水泥中的堿和骨料中的活性SiO2、微晶白云石，以及變形石英等發(fā)生反應(yīng)，生成吸水性很強(qiáng)的膠凝物質(zhì)。當(dāng)反應(yīng)產(chǎn)生較大的膨脹作用導(dǎo)致混凝土開(kāi)裂。這種裂縫稱為堿骨料反應(yīng)裂縫。在裂縫中會(huì)

12、伴有白色浸出物。這種裂縫常為地圖狀分布。（5）超載裂縫 當(dāng)混凝土結(jié)構(gòu)受超載作用時(shí)，其結(jié)構(gòu)構(gòu)件會(huì)產(chǎn)生裂縫，稱超載裂縫。此外，常見(jiàn)的混凝土裂縫還有地基不均勻沉降裂縫，以及地基凍脹裂縫等。4、裂縫允許寬度裂縫是否有害，取決于裂縫寬度、裂縫性質(zhì)、所處的環(huán)境，以及所采用的標(biāo)準(zhǔn)而定。對(duì)鋼筋混凝土的建筑物來(lái)說(shuō)允許的裂縫寬度應(yīng)根據(jù)結(jié)構(gòu)物所要求的性能來(lái)決定。對(duì)鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)的建筑物所要求的性能應(yīng)包括：安全性、使用性、耐久性與修復(fù)性等四個(gè)方面：安全性 結(jié)構(gòu)的承載能力、韌性、剛性等。此外，還要考慮到保護(hù)層及飾面瓷磚剝落時(shí)，對(duì)第三方面的影響程度。使用性 防水性、氣密性等；美觀、景觀也應(yīng)考慮在內(nèi)。耐久性 結(jié)構(gòu)物服役間能

13、否維持其性能。修復(fù)性 維護(hù)管理及性能降低時(shí)是否容易修復(fù)。鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)構(gòu)件，一般情況下，在設(shè)計(jì)荷載作用時(shí)，發(fā)生寬度為0.10.2mm左右的彎曲裂縫。發(fā)生開(kāi)裂部分對(duì)鋼筋的腐蝕，不單看到表面裂縫寬度，還必須考慮到保護(hù)層厚度、環(huán)境條件等方面的影響13。（1）裂縫寬度和鋼筋腐蝕有密切的關(guān)系 在相同條件下，相同的保護(hù)層厚度，裂縫寬度大的鋼筋易受腐蝕。保護(hù)層厚度都為3cm的情況下，裂縫寬由0.1mm，0.2mm到0.3mm，寬度越大，腐蝕長(zhǎng)度率越大。一般情況下，裂縫寬度在0.2mm以下，鋼筋腐蝕斷面損失是相當(dāng)輕微的，對(duì)鋼筋的抗拉承載力影響也很小。（2）環(huán)境條件對(duì)鋼筋腐蝕影響大 雨量、溫度以及相對(duì)濕度的環(huán)境

14、因素中，對(duì)鋼筋腐蝕影響最大的是相對(duì)濕度。相同保護(hù)層厚度的混凝土構(gòu)件，裂縫寬度相同，相對(duì)濕度越大，腐蝕速度就越快9。5、強(qiáng)度劣化混凝土強(qiáng)度發(fā)展到某一最大值以后，強(qiáng)度逐漸降低，無(wú)論是在空氣、水中或土壤中，都存在這種現(xiàn)象?；炷林饕且揽克嗨瘯r(shí)產(chǎn)生的水化物把砂石膠結(jié)在一起，才能成為一個(gè)整體，具有強(qiáng)度。因此，水泥的水化物的數(shù)量和質(zhì)量決定了混凝土的強(qiáng)度及其劣化。強(qiáng)度劣化的對(duì)策：混凝土結(jié)構(gòu)在設(shè)計(jì)使用的年限過(guò)程中，強(qiáng)度發(fā)展到一定程度以后，會(huì)逐漸下降；但是在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)，對(duì)混凝土強(qiáng)度應(yīng)有一個(gè)確定的設(shè)計(jì)要求。為了保證混凝土結(jié)構(gòu)有足夠的耐久性與安全性，混凝土結(jié)構(gòu)在使用年限內(nèi)，混凝土的強(qiáng)度應(yīng)高于設(shè)計(jì)基準(zhǔn)強(qiáng)度。但是

15、由于混凝土性能不同，優(yōu)質(zhì)高性能混凝土的劣化與性能較差的混凝土的劣化又有所不同。因此，混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)，要考慮到混凝土強(qiáng)度的劣化，混凝土必須有一定儲(chǔ)備，混凝土必須具有高性能化，才能保證結(jié)構(gòu)有足夠的安全性與耐久性。二、混凝土組成材料及配合比引起的開(kāi)裂（一） 混凝土裂縫發(fā)生時(shí)期與類型由混凝土組成材料、配合比等原因，而引發(fā)的混凝土開(kāi)裂的類型，按其發(fā)生時(shí)期可歸納為：裂縫發(fā)生時(shí)期開(kāi)裂的類型澆注完成后至終凝塑性收縮開(kāi)裂沉降開(kāi)裂終凝至一周左右的齡期溫度開(kāi)裂自收縮開(kāi)裂硬化后的混凝土干燥收縮開(kāi)裂凍融作用開(kāi)裂堿骨料反應(yīng)開(kāi)裂硫酸鹽腐蝕開(kāi)裂鋼筋銹蝕開(kāi)裂（二）混凝土澆筑成型后到終凝時(shí)發(fā)生的開(kāi)裂混凝土在這一時(shí)期稱為早期或初

16、期。此時(shí)混凝土還不是一個(gè)硬化體，還沒(méi)有結(jié)構(gòu)形成，尚處于可塑性狀態(tài)。由于外部作用，如振動(dòng)或荷載作用，還可以改變其內(nèi)部狀態(tài)；因此，即使表面發(fā)生開(kāi)裂也容易修復(fù)。但如果過(guò)了這個(gè)階段，混凝土?xí)l(fā)生迅速硬化，如果再要修補(bǔ)產(chǎn)生的開(kāi)裂，以達(dá)到相同的效果，則需要更多的功夫10。1、塑性收縮開(kāi)裂混凝土處于可塑狀態(tài)時(shí)，水分從混凝土表面迅速蒸發(fā)；同時(shí)由于混凝土產(chǎn)生泌水，水分也從混凝土的下部迅速上升?；炷帘砻嫠终舭l(fā)，與泌水水分上升；在混凝土表面發(fā)生干燥收縮，體積縮小，從而使產(chǎn)生開(kāi)裂；細(xì)小裂縫密布于混凝土表面。在選擇混凝土的原材料時(shí)和配合比設(shè)計(jì)時(shí)，要注意到混凝土發(fā)生開(kāi)裂的危險(xiǎn)區(qū)域，使環(huán)境條件與施工條件相匹配，以控制裂

17、縫的發(fā)生，這是至關(guān)重要的。2、沉降引起的開(kāi)裂混凝土在澆筑成型后，混凝土中比重大的組分下沉，沿著鋼筋方向發(fā)生裂縫。由于構(gòu)件的位置不同，發(fā)生開(kāi)裂的位置也不同。梁、板上面的混凝土，由于沉降開(kāi)裂，裂縫沿著鋼筋的正上方。而柱、墻體側(cè)面的混凝土，裂縫沿著水平鋼筋的方向。裂縫的深度是從混凝土表面到達(dá)鋼筋的上表面、單方混凝土中用水量大，容易產(chǎn)生離析；混凝土伴合物流動(dòng)性越大，越容易產(chǎn)生沉降開(kāi)裂。抵抗開(kāi)裂的直接抵抗力是混凝土的結(jié)構(gòu)粘度。結(jié)構(gòu)粘度大的混凝土，不容易發(fā)生沉降開(kāi)裂。從組成材料、配合比的觀點(diǎn)來(lái)看，水灰比大，單方混凝土用水量大，或者高效減水劑摻量過(guò)大，大流動(dòng)性的混凝土，發(fā)生沉降開(kāi)裂的危險(xiǎn)性大。混凝土中摻入跨

18、物質(zhì)超細(xì)粉，如硅粉、偏高嶺土超細(xì)粉以及天然沸石超細(xì)粉均能有效的抑制沉降開(kāi)裂。3、終凝到一周齡期時(shí)混凝土發(fā)生的開(kāi)裂這一時(shí)期的混凝土，逐漸變成硬化體，混凝土內(nèi)部結(jié)構(gòu)處于粘、彈、塑性狀態(tài)。（1）溫度開(kāi)裂所謂溫度開(kāi)裂可以定義為：伴隨著水泥等產(chǎn)生的水化熱，使混凝土的溫度升高而產(chǎn)生體積膨脹；其后，由于水化放熱完畢，混凝土的溫度下降，表層部分混凝土溫度下降而產(chǎn)生收縮，但是內(nèi)部混凝土仍處于溫度膨脹狀態(tài)，對(duì)表層收縮的混凝土產(chǎn)生約束使其產(chǎn)生開(kāi)裂。也就是說(shuō)，混凝土由于溫度變形而發(fā)生了開(kāi)裂。如上所述，溫度裂縫一般發(fā)生在水化熱溫度上升結(jié)束，混凝土開(kāi)始降溫時(shí)，發(fā)生體積收縮，由于約束而發(fā)生開(kāi)裂。這多在混凝土澆筑后一周的齡期

19、內(nèi)發(fā)生?；炷恋募s束有內(nèi)部約束和外部約束。約束的狀態(tài)不同，混凝土發(fā)生開(kāi)裂的時(shí)間和裂縫的形態(tài)也不同，混凝土產(chǎn)生開(kāi)裂的時(shí)間和裂縫的形態(tài)不同。如為內(nèi)部約束，例如斷面尺寸為80cm以上的高強(qiáng)混凝土柱、梁等構(gòu)件，由于水化熱，混凝土溫度上升，構(gòu)件中心部位混凝土處于膨脹狀態(tài)，而構(gòu)件外部周邊的混凝土伴隨著溫度下降而處于收縮狀態(tài)，斷面周邊混凝土產(chǎn)生拉力，從而導(dǎo)致平行于構(gòu)件軸向的開(kāi)裂。在一定的間隔內(nèi)發(fā)生表面到某一深度范圍的裂縫。另一方面，有外部約束的情況下，例如在剛性地基上澆筑的鋼筋混凝土梁，混凝土溫度升高時(shí)產(chǎn)生膨脹。但是受到了地基梁的約束，降溫后，混凝土轉(zhuǎn)變?yōu)槭湛s，產(chǎn)生平行于構(gòu)件軸向的拉力；在某一定時(shí)期，產(chǎn)生垂

20、直于構(gòu)件軸向、貫穿構(gòu)件的大型裂縫。發(fā)生溫度開(kāi)裂的起動(dòng)力，對(duì)于內(nèi)部約束來(lái)說(shuō)，是由于混凝土構(gòu)件斷面內(nèi)的溫度差而產(chǎn)生的變形分布；對(duì)于外部約束來(lái)說(shuō)，是由溫度下降而產(chǎn)生的收縮。（2）自收縮開(kāi)裂與對(duì)策自收縮開(kāi)裂，可以認(rèn)為是由兩部分組成的：由于水泥的水化反應(yīng)，整體結(jié)構(gòu)的體積減少，稱之為水化收縮。由于水泥水化反應(yīng)的繼續(xù)進(jìn)行，消耗水化產(chǎn)物毛細(xì)管孔隙中的水分，是毛細(xì)管產(chǎn)生自真空，毛細(xì)管內(nèi)部產(chǎn)生負(fù)壓，從而發(fā)生自收縮，稱為水泥石的自身干燥收縮。混凝土的自收縮開(kāi)裂是在混凝土凝結(jié)后才會(huì)產(chǎn)生的。已開(kāi)始硬化的混凝土中的水泥石，由于水泥的水化，其中的毛細(xì)管失水而產(chǎn)生收縮；當(dāng)自收縮的應(yīng)力大于水泥石的抗拉強(qiáng)度時(shí)，水泥石或混凝土產(chǎn)生

21、開(kāi)裂。在自收縮過(guò)程中受到外部約束時(shí)，也會(huì)發(fā)生開(kāi)裂。如果收縮變形與約束方向垂直，裂縫以一定的間隔出現(xiàn)；或者發(fā)生單根的裂縫，達(dá)到貫穿整個(gè)構(gòu)件斷面的程度。對(duì)策：中熱活低熱水泥的自收縮開(kāi)裂可以減輕；采用10左右的飽水沸石粉取代一部分水泥配制混凝土； 加強(qiáng)濕養(yǎng)護(hù)等都可以降低自收縮開(kāi)裂11。4、硬化混凝土的開(kāi)裂硬化后的混凝土，作為一個(gè)硬化體，組織結(jié)構(gòu)基本穩(wěn)定。由于把混凝土作為一個(gè)彈性體看待，發(fā)生開(kāi)裂的抵抗力與時(shí)間軸向變化幾乎時(shí)沒(méi)有關(guān)系的。但是，這一時(shí)期，外部環(huán)境對(duì)混凝土各種各樣的劣化作用，構(gòu)成了混凝土開(kāi)裂的次要作用力。（1）干燥收縮開(kāi)裂伴隨著混凝土干燥的過(guò)程，水分向外部環(huán)境逸散，混凝土中毛細(xì)管孔隙內(nèi)產(chǎn)生毛

22、細(xì)管張力，由于負(fù)壓而使混凝土產(chǎn)生收縮；在收縮過(guò)程中如有約束存在，就會(huì)引起開(kāi)裂、自干燥收縮是混凝土與外部環(huán)境沒(méi)有物質(zhì)交換條件下，自真空失水而造成。而長(zhǎng)期干燥收縮是由混凝土中毛細(xì)孔中、凝膠水的逸散而造成的。混凝土中毛細(xì)管張力、負(fù)壓是由于水泥水化硬化后殘余水分外部逸散而產(chǎn)生的。為了獲得塌落度的混凝土，而又不使用引氣減水劑或高效引氣減水劑，必然要增大混凝土的用水量。單方混凝土中用水量過(guò)大，發(fā)生干燥收縮開(kāi)裂的危險(xiǎn)性就非常大。骨料的吸水率越小、彈性模量越大、骨料用量越多的混凝土，干燥收縮降低。5、降低混凝土干燥收縮的對(duì)策（1）降低單方混凝土中的用水量混凝土配合比中，單方用水量增加時(shí)，混凝土中剩余水分增大，

23、使毛細(xì)管孔隙增加，其結(jié)構(gòu)比如造成干燥收縮增大。因此從保證耐久性的觀點(diǎn)出發(fā)，降低單方混凝土用水量是十分重要的。在高耐久性混凝土中規(guī)定，單方混凝土用水量175kg/m3；JASS5中規(guī)定是185kg/m3以下。但這對(duì)收縮的抑制并沒(méi)有很大的差別。相反如果稍放松些，增大用水量，不但增加混凝土收縮，而且其他病害也會(huì)出現(xiàn)。(2) 骨料、水泥的影響骨料的影響:混凝土的干燥收縮是由于水泥石的干燥收縮而產(chǎn)生的；而混凝土中的骨料，特別是骨料起到了約束變形的作用。這種作用受骨料的巖質(zhì)和界面狀態(tài)的影響。因此，不同類型的骨料伴制相同配合比的混凝土，會(huì)產(chǎn)生不同的干燥收縮。使用石灰?guī)r為骨料的混凝土比用砂巖骨料的混凝土收縮率

24、降低2030。砂巖在干濕條件下收縮變形較大，而石灰?guī)r基本上不變。也就是說(shuō)用石灰?guī)r和砂巖配制混凝土?xí)r，收縮不同是由于骨料母巖干濕變形不同造成的。干濕變形大的粗骨料，配制的混凝土是不能很好地抑制干燥收縮變形的。降低混凝土干燥收縮開(kāi)裂，必須選用優(yōu)質(zhì)粗骨料。水泥的效果:不同品種的水泥，配制的混凝土干燥收縮也不同。一般來(lái)說(shuō)，礦渣水泥混凝土的干燥收縮大于普通水泥混凝土；粉煤灰水泥混凝土的干縮率最低16。(3) 外界劣化因子對(duì)混凝土結(jié)構(gòu)的侵蝕與引起的開(kāi)裂混凝土劑混凝土結(jié)構(gòu)長(zhǎng)期服役的過(guò)程中，會(huì)受到環(huán)境中劣化因子的侵蝕，使混凝土開(kāi)裂。如凍融作用的開(kāi)裂、鹽害作用的開(kāi)裂、硫酸鹽腐蝕的開(kāi)裂以及碳化作用的開(kāi)裂等。如混凝

25、土中含有堿活性骨料，而且混凝土中含堿量超高3.0kg/m3，會(huì)引起混凝土中的堿骨料反應(yīng)，在外界水的作用下，也會(huì)引起混凝土開(kāi)裂。三、結(jié)構(gòu)（荷載）裂縫由結(jié)構(gòu)（荷載）發(fā)生的裂縫，大致可劃分為：抗彎裂縫；剪切裂縫，此外還有彎剪聯(lián)合作用產(chǎn)生的裂縫；鋼筋的粘結(jié)力不足而造成的開(kāi)裂等。鋼筋混凝土構(gòu)件中，如果構(gòu)件發(fā)生的抗拉應(yīng)力超過(guò)了混凝土的抗拉強(qiáng)度，就會(huì)產(chǎn)生裂縫。在建筑結(jié)構(gòu)物中，即使發(fā)生由于結(jié)構(gòu)原因出現(xiàn)的裂縫，也不一定要修補(bǔ)、補(bǔ)強(qiáng)；但要根據(jù)發(fā)生裂縫的部位喝裂縫寬度等，對(duì)美觀、安全性及耐久性等方面進(jìn)行綜合判斷，采取相應(yīng)的對(duì)策14。(一)施工荷載引起結(jié)構(gòu)的開(kāi)裂混凝土施工澆灌完成以后，經(jīng)凝結(jié)硬化以后逐漸產(chǎn)生強(qiáng)度，但早

26、期混凝土的強(qiáng)度很低，不應(yīng)受到荷載的作用；模板的各種支撐也需要穩(wěn)固在原來(lái)的位置。早期混凝土強(qiáng)度還沒(méi)有充分發(fā)展起來(lái)，如果受到荷載的作用，必然引起開(kāi)裂。所受到的荷載，除了外荷載之外，本身重量也是荷載之一。如果模板支撐被拆除，會(huì)引起模板下沉，因?yàn)樵缙跇前寤炷恋膹?qiáng)度很低，會(huì)產(chǎn)生早期裂縫。如果梁、板等抗彎構(gòu)件，澆筑混凝土后，在未達(dá)到必要強(qiáng)度之前，就撤去模板支撐，在樓板上表面，會(huì)出現(xiàn)圓形的彎曲裂縫；或者由于上層的施工荷載過(guò)大，也會(huì)產(chǎn)生這種彎曲裂縫。增加補(bǔ)強(qiáng)鋼筋，降低對(duì)混凝土的收縮應(yīng)力，從而降低收縮開(kāi)裂。我國(guó)有一部分現(xiàn)澆鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，混凝土大梁支撐于混凝土墻體上，由于梁的荷載太大，墻體混凝土標(biāo)號(hào)低，抗剪配

27、筋不足，會(huì)在梁墊下的墻體上產(chǎn)生剪切開(kāi)裂。某校游泳館兩邊看臺(tái)，一邊面向操場(chǎng)，一邊面向廣場(chǎng)。支撐看臺(tái)的鋼筋混凝土大梁，一邊支承在墻體上，另一邊支承在屋架大梁上。支承鋼筋混凝土梁的墻體，混凝土強(qiáng)度低（C20以下），只有一般鋼筋網(wǎng)片，無(wú)抗剪配筋。而看臺(tái)本身的自重荷載已很大，遇上比賽和觀禮時(shí)，活荷載很大，都通過(guò)梁傳到支承的墻體上，剪切的作用力很大，造成墻體開(kāi)裂。通道頂上部是看臺(tái)，開(kāi)裂的墻體是通道左邊和右邊。（二）長(zhǎng)期荷載引起的開(kāi)裂鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)在長(zhǎng)期荷載作用下產(chǎn)生的開(kāi)裂，可認(rèn)為是由于設(shè)計(jì)時(shí)結(jié)構(gòu)抗力太低造成的。作用在結(jié)構(gòu)構(gòu)件上的長(zhǎng)期荷載，包括結(jié)構(gòu)自身重量和作用在結(jié)構(gòu)上的活荷載。在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)，荷載設(shè)計(jì)值荷載

28、的標(biāo)準(zhǔn)值×荷載稀疏?，F(xiàn)采用混凝土的強(qiáng)度為1.35。（三） 疲勞荷載作用下的開(kāi)裂鋼筋混凝土構(gòu)件受到反復(fù)荷載作用時(shí)，即使作用荷載在開(kāi)裂荷載以下，在板的下面就產(chǎn)生了受彎裂縫。而且隨著裂縫增多，裂縫寬度也逐漸擴(kuò)大。這是由于反復(fù)荷載作用，產(chǎn)生疲勞造成混凝土強(qiáng)度降低而引起的。鋼筋和混凝土的粘結(jié)劣化也是其中原因之一。（四） 動(dòng)荷載作用引起的開(kāi)裂許多鋼筋混凝土公路橋，在超載行車和頻繁的行車頻率作用下，會(huì)產(chǎn)生嚴(yán)重的開(kāi)裂損失。有的甚至因開(kāi)裂損傷嚴(yán)重而無(wú)法修復(fù)。在這種動(dòng)荷載高頻率作用下，在早期不易發(fā)現(xiàn)的問(wèn)題，經(jīng)過(guò)一定時(shí)間后，行車通過(guò)時(shí)會(huì)觀察到裂縫，以后裂縫又閉合了，之后行車通過(guò)時(shí)發(fā)生的裂縫，過(guò)后裂縫也不閉

29、合。在這種情況下，結(jié)構(gòu)已發(fā)生嚴(yán)重的損傷開(kāi)裂。沿海許多公路橋，在超載車的高頻率作用，及其它條件下，發(fā)生了日益嚴(yán)重的開(kāi)裂損壞，甚至破壞。（五）地震荷載作用引起的開(kāi)裂破壞地震荷載時(shí)一種短暫荷載，在數(shù)分鐘的瞬間，就會(huì)給結(jié)構(gòu)物帶來(lái)極大的破壞。1978年唐山大地震，整個(gè)唐山的建筑物幾乎全部倒塌，死亡20多萬(wàn)人；在地震荷載作用下，結(jié)構(gòu)物的開(kāi)裂損傷是以抗彎開(kāi)裂和抗剪開(kāi)裂為主要裂縫形態(tài)。結(jié)構(gòu)構(gòu)件的跨度越短，抗彎的承載能力越高，但抗剪的承載能力沒(méi)有提高。抗彎作用下的開(kāi)裂具有韌性，但是抗剪作用下的開(kāi)裂破壞通常都是脆性破壞?，F(xiàn)在，新的抗震設(shè)計(jì)方法是根據(jù)柱子的剪切破壞，以保證建筑結(jié)構(gòu)物有充分的抗剪強(qiáng)度，按照抗震時(shí)的抗剪

30、補(bǔ)強(qiáng)配筋，以免地震時(shí)的崩裂破壞。（六）不同沉降引起的開(kāi)裂由于建筑物基礎(chǔ)的不同沉降墻體會(huì)發(fā)生斜向開(kāi)裂，同時(shí)結(jié)構(gòu)中的梁也會(huì)發(fā)生彎曲、剪切開(kāi)裂等。結(jié)構(gòu)體系中構(gòu)件梁的受害，特別事與基礎(chǔ)接觸的地基梁受害的可能性最大。四、混凝土施工引起的開(kāi)裂與對(duì)策在混凝土結(jié)構(gòu)的施工過(guò)程中，混凝土結(jié)構(gòu)并未承受設(shè)計(jì)計(jì)算考慮的全部恒荷載和活荷載，除因施工荷載處理不當(dāng)引起的個(gè)別部位出現(xiàn)開(kāi)裂以外，大多數(shù)是由于施工方法不當(dāng)以及由于變形荷載引起的非荷載裂縫。從一些建筑物看到的裂縫，很大一部分是由于溫度變化而產(chǎn)生伸縮和干燥收縮等原因造成的。從環(huán)境溫度引起的收縮與膨脹和干燥收縮的角度來(lái)看，夏天澆筑的混凝土最容易出現(xiàn)裂縫。（一）施工初期引起

31、的混凝土開(kāi)裂1、混凝土澆筑太快引起的開(kāi)裂混凝土澆筑太快時(shí)，側(cè)壓力使模板產(chǎn)生變形，由于沉降而發(fā)生開(kāi)裂。因此混凝土澆筑時(shí)，按預(yù)定計(jì)劃進(jìn)行。同時(shí)，要盡可能選用低塌落度混凝土12。2、模板變形由于模板支撐系統(tǒng)松弛，澆筑混凝土過(guò)程中，會(huì)引起模板脹鼓，從而引起混凝土開(kāi)裂。由于模板系統(tǒng)不牢固，需要對(duì)模板的設(shè)計(jì)計(jì)算進(jìn)行校對(duì)，檢查模板系統(tǒng)是否堅(jiān)固安全。調(diào)整混凝土澆筑速度，使混凝土側(cè)壓力在允許范圍內(nèi)。對(duì)模板容易脹鼓的部分，要采取特別加固。3、模板支撐下沉引起的開(kāi)裂由于模板支撐安放不當(dāng)，特別是在地基上支撐模板，很容易引起支柱下沉，是模板鼓脹。因此，在支模時(shí)，必須注意支柱下面的地層是否堅(jiān)固，有足夠的承載力。（二）澆筑

32、混凝土?xí)r要防止混凝土中水分蒸發(fā)當(dāng)外界溫度高且風(fēng)力很大時(shí)，混凝土在澆筑過(guò)程中，或者剛澆筑完以后，水分從混凝土表面迅速蒸發(fā)，如果進(jìn)一步發(fā)展，混凝土?xí)兂筛稍餇顟B(tài)，產(chǎn)生開(kāi)裂。因此，盡可能避免在夏季日光直射的白天澆筑混凝土。（三）早期養(yǎng)護(hù)中應(yīng)注意的問(wèn)題1、避免荷載和沖擊 混凝土澆筑后，至少也得經(jīng)過(guò)3d之后，才能承受鋼筋等重材料的堆壓和沖擊。當(dāng)混凝土強(qiáng)度還沒(méi)有充分發(fā)展時(shí)，受到振動(dòng)以及荷載等外力作用時(shí)，混凝土?xí)a(chǎn)生局部破斷，發(fā)生開(kāi)裂。2、進(jìn)行與混凝土裝飾相一致的早期養(yǎng)護(hù) 早期養(yǎng)護(hù)特別是必須與安放石板相接觸的地方，要嚴(yán)格保證濕養(yǎng)護(hù)的期限。3、要注意早期凍害 在早期養(yǎng)護(hù)不足，再加上地板面層受凍，對(duì)混凝土質(zhì)量影

33、響最大。 （四） 施工中期混凝土的開(kāi)裂1、早期脫模和撤除支撐一般情況下，板下模板和支撐拆除不得少于3d齡期；而梁下面的支撐要分成2次拆除。在混凝土強(qiáng)度不足的情況下脫模，會(huì)產(chǎn)生彎曲開(kāi)裂，如是鋼筋混凝土樓板，就會(huì)發(fā)生大繞度。為了避免由于拆模過(guò)早而產(chǎn)生開(kāi)裂，要根據(jù)結(jié)構(gòu)計(jì)算，根據(jù)溫度推算出混凝土抗拉強(qiáng)度所需齡期；在施工現(xiàn)場(chǎng)水中或在現(xiàn)場(chǎng)密封養(yǎng)護(hù)的試件，確定混凝土的強(qiáng)度，進(jìn)一步確定是否脫模及撤去支撐14。2、早期解體的工程方法這種模板施工能在特別短的齡期中，提高模板的周轉(zhuǎn)率，而且也不致使混凝土因過(guò)早脫模開(kāi)裂。3、使用早強(qiáng)混凝土當(dāng)混凝土溫度上升到最大值，然后溫度下降時(shí)，混凝土往往發(fā)生開(kāi)裂?；炷林惺褂昧嗽鐝?qiáng)

34、型化學(xué)外加劑，不管是否設(shè)置后澆帶，產(chǎn)生了倒八字型的斜向裂縫。（五） 施工后期混凝土的開(kāi)裂冷接縫；配筋、配管的保護(hù)層不足；鋼筋位置保持不量、預(yù)留縫的配制17。五、大體積混凝土結(jié)構(gòu)施工的開(kāi)裂與對(duì)策大體積混凝土結(jié)構(gòu)施工時(shí)，由于水泥釋放水化熱，混凝土的溫度升高，混凝土內(nèi)外溫差增大。由于混凝土溫度劇烈變化，極易發(fā)生裂縫，被稱之為溫度裂縫?；炷两Y(jié)構(gòu)施工中的溫度開(kāi)裂，嚴(yán)重的不僅給經(jīng)濟(jì)帶來(lái)重大損失，也給人們的心里帶來(lái)?yè)?dān)憂河害怕。因?yàn)榛炷两Y(jié)構(gòu)和建筑物的破壞倒塌，也都是由于裂縫擴(kuò)展而引發(fā)的4。（一）大體積混凝土溫度裂縫的成因大體積混凝土開(kāi)裂的主要原因是混凝土內(nèi)外較大的溫度差造成的。由于構(gòu)件厚度大的混凝土中，通

35、過(guò)構(gòu)件內(nèi)外溫度差而產(chǎn)生開(kāi)裂。構(gòu)件混凝土由于水化熱溫度升高時(shí)硬化；起后，因溫度下降而產(chǎn)生收縮時(shí)，已經(jīng)硬化了的部分混凝土產(chǎn)生約束混凝土就會(huì)開(kāi)裂。巖石或地基上的大體積混凝土，公路橋梁群樁上的鋼筋混凝土承臺(tái)，都會(huì)由于外部約束而使大體積混凝土發(fā)生溫度應(yīng)力。大體積混凝土施工過(guò)程中，先澆筑部分硬化了的混凝土也成為在其上面新澆混凝土的約束，使新澆混凝土發(fā)生約束應(yīng)力。但是也有新澆筑混凝土與已有混凝土可以自由變形，不發(fā)生開(kāi)裂的情況。由此可看，混凝土的開(kāi)裂，是由于內(nèi)部的約束和外部約束應(yīng)力造成的。以大體積混凝土的溫度應(yīng)力為例:大體積混凝土的硬化過(guò)程中，由于水化熱溫度上升，體積發(fā)生變化，在混凝土體積發(fā)生變化的過(guò)程中發(fā)生

36、約束的時(shí)候，就會(huì)產(chǎn)生溫度應(yīng)力。溫度應(yīng)力有兩種：內(nèi)部約束應(yīng)力和外部約束應(yīng)力。內(nèi)部約束應(yīng)力由混凝土斷面內(nèi)產(chǎn)生溫差而造成。由于內(nèi)部約束應(yīng)力的作用，在混凝土表明產(chǎn)生不規(guī)則的裂縫。外部約束應(yīng)力是混凝土發(fā)生體積變化時(shí)，混凝土外部受到約束而產(chǎn)生的應(yīng)力。在這種應(yīng)力作用下的混凝土產(chǎn)生的裂縫，多發(fā)生在與約束面成直角方向，貫通整個(gè)混凝土斷面。（二） 建筑結(jié)構(gòu)物中大體積混凝土溫度控制對(duì)策1、控制溫度裂縫的對(duì)策大體積混凝土開(kāi)裂，主要是混凝土承受的拉應(yīng)力超過(guò)了混凝土本身的抗拉強(qiáng)度所致。要控制大體積混凝土溫度開(kāi)裂，就必須從降低混凝土溫度應(yīng)力和提高混凝土的抗拉強(qiáng)度入手11。溫度控制的主要任務(wù)是：降低混凝土內(nèi)部最高溫度，減小總降溫差；提高混凝土表明溫度，降低混凝土內(nèi)、表溫度差；延緩混凝土降溫速度，充分發(fā)揮混凝土徐變特征。溫度控制的具體措施：選擇適當(dāng)水泥品種，特別是選用中、低熱水泥，以部分粉煤灰、礦渣置換水泥；盡量降低單方混凝土中水泥用量；使用緩凝劑；降低混凝土的澆筑溫度；混凝土內(nèi)部埋冷卻水管；混凝土表面蓄熱保溫。提高混凝土本身的抗裂性能，也是防止混凝土開(kāi)裂的重要方面。因此，要優(yōu)化配比，使用能提高混凝土抗拉強(qiáng)度的礦物質(zhì)摻合料，如采用沸石粉置換部分水泥，可使混凝土抗拉強(qiáng)度提高。改善施工工藝，提高施工質(zhì)量；加強(qiáng)養(yǎng)護(hù)；改善配筋設(shè)計(jì)等。2、筏