混凝土是由水泥漿體硬化后的水泥石與砂、石骨料組成的非均質(zhì)材料,從微觀(guān)的角度看,在溫度、濕度變化時(shí),各組成材料的物理力學(xué)性能并不一致,混凝土開(kāi)裂是必然的。在混凝土硬化過(guò)程中漿體硬化收縮最大,而骨料的存在限制了漿體收縮,在這種約束作用下得混凝土內部自硬化開(kāi)始就在骨料與漿體的粘結面上出現了微裂縫。這些微裂縫在外力或者變形作用下,微裂縫就會(huì )擴展穿過(guò)硬化后的水泥石,逐漸發(fā)展成為可見(jiàn)的宏觀(guān)裂縫。換句話(huà)說(shuō)就是微觀(guān)裂縫為宏觀(guān)裂縫提供了裂縫源,控制裂縫也是控制肉眼可見(jiàn)的裂縫寬度大于等于0.05mm,即所謂的“宏觀(guān)裂縫”,而不是寬度小于0.05mm以下的“微觀(guān)裂縫”。裂縫的形成原因可以分為兩大類(lèi),一類(lèi)是外力荷載作用,另一類(lèi)是由變形作用引起的裂縫,如溫度、濕度變形以及不均勻沉降等因素引起的沉降裂縫。混凝土裂縫的80%是由于變形作用引起的,而收縮引起的裂縫又占變形裂縫的很大比例。通常荷載裂縫僅占,甚至更小。
(一)裂縫的形狀
由于造成混凝土裂縫的原因多種多樣,因此裂縫形式也不盡相同,常見(jiàn)的裂縫如下:
縱向裂縫:平行于構件底面,順筋方向分布,主要由鋼筋銹蝕作用引起;
橫向裂縫:垂直于構件截面,主要由荷載作用、溫差作用引起;
剪切裂縫:由于結構構件的豎向荷載或震動(dòng)位移引起;
八字形裂縫:常見(jiàn)于墻體表面,主要因地基的不均勻沉降或在溫度、濕度作用下的墻體縱向收縮引起的;
X形裂縫:常見(jiàn)于框架梁、柱的端頭以及墻面上,由于瞬間的撞擊作用或者地震荷載作用引起;
網(wǎng)狀裂縫:常出現在混凝土早期凝結過(guò)程中,通常為塑性收縮裂縫,成因很多,比如混凝土拌和或運輸時(shí)間過(guò)長(cháng)就可能引起這類(lèi)裂縫
45°板角裂縫:常見(jiàn)于現澆樓板的板角處,通常認為是由縱橫兩個(gè)方向的收縮所導致的。
(二)不同裂縫的成因
混凝土裂縫產(chǎn)生的原因多種多樣,有原材料方面的,也有施工方面的,氣候、環(huán)境及外力方面的。詳見(jiàn)表1
表1 混凝土裂縫的成因
(三)原材料原因造成的裂縫
混凝土原材料及配合比對裂縫有一定影響,雖然有時(shí)裂縫的原因不是單一因素造成的,但原材料不良會(huì )加劇裂縫的發(fā)生。
(1)水泥安定性不良,游離氧化鈣、游離氧化鎂或者石膏用量超標造成水泥水化時(shí)體積膨脹,造成混凝土開(kāi)裂。
(2)水泥比表面積大,水化速度快,水化熱較大,收縮率較大,易出現早期開(kāi)裂。水泥活性越高,顆粒越細,比表面積越大,收縮越大。(摻合料粒徑影響具有相同性質(zhì))
(3)水泥受潮或過(guò)期,從而導致混凝土開(kāi)裂。
(4)骨料含泥量大,如砂含泥量超過(guò)5%或者機制砂MB值>1.4,混凝土收縮增加,使混凝土結構易出現裂縫,且裂縫時(shí)間提前。
(5)骨料級配差,空隙增加,造成漿體用量,砂率增加,尤其是砂中細顆粒含量超標時(shí),使混凝土開(kāi)裂的幾率增加。骨料粒徑越粗,收縮越小,骨料粒徑越細,砂率越高,收縮越大。
(6)外加劑(如膨脹劑)選擇不當、過(guò)期、或誤用假冒產(chǎn)品,也容易產(chǎn)生裂縫。
(四)施工不當造成裂縫
(1)施工過(guò)程中,為方便施工私自加水增加混凝土坍落度,造成混凝土離析,上下層收縮不一致,容易產(chǎn)生裂縫。
(2)模板支架壓實(shí)不足或支架剛度不足,澆筑混凝土后支架不均勻下沉,導致混凝土出現裂縫。
(3)施工時(shí)拆模過(guò)早,混凝土強度不足,使得構件在自重或施工荷載作用下產(chǎn)生裂縫。
(4)模板在澆筑前淋水不足,過(guò)分干燥,澆筑后因模板吸水量大,導致混凝土收縮,產(chǎn)生塑性收縮裂縫。
(5)混凝土分層或分段澆筑時(shí),結合部處理不好,易在新舊混凝土和施工縫之間出現裂縫。如混凝土分層澆筑時(shí),后澆混凝土因停電、下雨等原因未能在前澆混凝土初凝前澆筑,引起層面之間的裂縫。
(6)如果環(huán)境濕度小、空氣干燥、溫度高、風(fēng)速大,則混凝土水分蒸發(fā)速度很快,混凝土很容易出現收縮開(kāi)裂。樓板澆筑后立即噴霧,二次壓光,覆蓋塑料薄膜,加強潮濕養護對控制裂縫很有益處。
(7)在夏、冬兩季,因晝夜溫差較大,養護不當也容易產(chǎn)生溫差裂縫,尤其是大體積混凝土內部溫度與表面溫度、或表面溫度與環(huán)境溫度差異過(guò)大時(shí)。
(8)風(fēng)速越大,收縮越大,注意高空中現澆混凝土,避免炎熱季節陽(yáng)光直射新澆混凝土表面。泌水量大,表面含水量過(guò)高,表面早期收縮加大,但應避免混凝土表面早期脫水加大收縮。
(9)冬季施工沒(méi)有采取必要的保溫措施,使混凝土早期受凍,會(huì )在表面出現裂紋,或局部剝落,或脫模后出現空鼓現象。
(10)配筋率越大,收縮越小,但配筋過(guò)量則會(huì )增加混凝土拉應力。配筋宜細而密,不宜粗而稀。注意在收縮應力集中區,加強構造配筋。預應力結構加強非預應力配筋。