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材料,從微觀的角度看,在溫度、濕度變化時,各組成材料的物理力學性能并不一致,混凝土開裂是必然的。在混凝土硬化過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,微裂縫就會擴展穿過硬化后的水泥石,逐漸發展成為可見的宏觀裂縫。換句話說就是微觀裂縫為宏觀裂縫提供了裂縫源,控制裂縫也是控制肉眼可見的裂縫寬度大于等于0.05mm,即所謂的“宏觀裂縫”,而不是寬度小于0.05mm以下的“微觀裂縫”。裂縫的形成原因可以分為兩大類,一類是外力荷載作用,另一類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位移引起;
八字形裂縫:常見于墻體表面,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;
網狀裂縫:常出現在混凝土早期凝結過程中,通常為塑性收縮裂縫,成因很多,比如混凝土拌和或運輸時間過長就可能引起這類裂縫
45°板角裂縫:常見于現澆樓板的板角處,通常認為是由縱橫兩個方向的收縮所導致的。
(二)不同裂縫的成因
混凝土裂縫產生的原因多種多樣,有原材料方面的,也有施工方面的,氣候、環境及外力方面的。詳見表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,雖然有時裂縫的原因不是單一因素造成的,但原材料不良會加劇裂縫的發生。
(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體積膨脹,造成混凝土開裂。
(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)
(3)水泥受潮或過期,從而導致混凝土開裂。
(4)骨料含泥量大,如砂含泥量超過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,使混凝土開裂的幾率增加。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、過期、或誤用假冒產品,也容易產生裂縫。
(四)施工不當造成裂縫
(1)施工過程中,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,容易產生裂縫。
(2)模板支架壓實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)施工時拆模過早,混凝土強度不足,使得構件在自重或施工荷載作用下產生裂縫。
(4)模板在澆筑前淋水不足,過分干燥,澆筑后因模板吸水量大,導致混凝土收縮,產生塑性收縮裂縫。
(5)混凝土分層或分段澆筑時,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,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)如果環境濕度小、空氣干燥、溫度高、風速大,則混凝土水分蒸發速度很快,混凝土很容易出現收縮開裂。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、或表面溫度與環境溫度差異過大時。
(8)風速越大,收縮越大,注意高空中現澆混凝土,避免炎熱季節陽光直射新澆混凝土表面。泌水量大,表面含水量過高,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)冬季施工沒有采取必要的保溫措施,使混凝土早期受凍,會在表面出現裂紋,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,但配筋過量則會增加混凝土拉應力。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。