试论混凝土早期裂缝的类型及其产生的原因 混凝土裂缝类型

　　摘要：混凝土在浇筑初期，结构尚未承受荷载，绝大部分早期裂缝都是由于变形受到约束所引起的。本文首先解析了混凝土早期受到的约束，当混凝土变形收到约束后，在内部就会产生拉应力，从而论述了导致以下几种裂缝的产生类型，并明确了其产生原因。
　　关键词：混凝土；早期裂缝；类型；产生原因
　　中图分类号：TV543+.6文献标识码：A
　　引言
　　混凝土是指用胶凝材料将粗细骨料胶结成整体的复合固体材料。混凝土的抗拉强度相比与其抗压强度很低，往往相差一个数量级。要解决混凝土因受外力力而产生的裂缝问题，首先要分析混凝土早起裂缝的类型及其产生原因。基于此，笔者撰文对土早期裂缝的类型及其产生的原因进行论析，为相关专业技术人员在混凝土早期裂缝工作中提供参考依据。
　　1 温度裂缝
　　1.1 水化热产生的温度裂缝
　　水化热产生的温度裂缝多发生在大体积混凝土表面。混凝土浇筑后水泥水化产生大量的水化热(当水泥用量在350kg/m3～550kg/m3,每立方米混凝土将释放出：17500KJ～27500KJ的热量,从而使混凝土内部温度升至70℃左右甚至更高)。由于混凝土的体积较大，混凝土又是热的不良导体，因此大量的水化热聚集在混凝土内部而不易散发,导致内部温度急剧上升,而混凝土表面与外界环境接触，散热较快,这样就形成内外的较大温差。由于热胀冷缩的关系，较大的温差造成内部与外部热胀冷缩的程度不同,内部混凝土的膨胀受到外部混凝土的约束，从而使混凝土表面产生拉应力。当拉应力超过混凝土的抗拉强度极限时,混凝土表面就会产生裂缝。
　　混凝土水化热产生的温度裂缝原因可归纳如下：（1）水泥水化反应放出热量；（2）混凝土与普通固体物质一样具有热胀冷缩的性能。当温度升高时，体积膨胀，温度降低时，体积缩小；（3）混凝土为热的不良导体，内部热量很难迅速散发，而外表面混凝土与空气接触热量散发较快，从而导致内外混凝土温差交大，体积膨胀程度不同，内部混凝土体积膨胀大于外部混凝土，从而受到外部混凝土的约束，使外部混凝土产生拉应力；（4）混凝土拉应力较低(即使是达到28天龄期后，普通混凝土的抗拉强度通常也只是其抗压强度的 1/13～1/10，高强混凝土的这一比例更低，前面已经讲过)。
　　1.2 外界温度骤变引起的温度裂缝
　　在混凝土的施工中当环境温差变化较大,或者是混凝土受到寒潮的侵袭等,会导致混凝土表面温度急剧下降,而产生降温收缩,表面收缩的混凝土受内部混凝土的约束,将产生很大的拉应力而产生裂缝,这种裂缝通常只在混凝土表面较浅的范围内产生。
　　外界温度变化引起裂缝的原因与水化热温度裂缝基本一致，不同的只是前者为内部温度高，内部体积膨胀大、后者为外部温度降低，外部体积收缩。其相对效果一致，即混凝土内部温度明显高于外部，使外部混凝土受拉。
　　温度裂缝的走向通常无一定规律,大面积结构裂缝常纵横交错;梁板类长度尺寸较大的结构,裂缝多平行于短边;深入和贯穿性的温度裂缝一般与短边方向平行或接近平行,裂缝沿着长边分段出现,中间较密。裂缝的宽度大小受温度变化影响较为明显,冬季较宽,夏季较窄。高温膨胀引起的混凝土温度裂缝是通常中间粗两端细,而冷缩裂缝的粗细变化不太明显。此种裂缝的出现会引起钢筋的锈蚀,混凝土的碳化,降低混凝土的抗冻融、抗疲劳及抗渗能力等。
　　2 干燥收缩裂缝
　　混凝土的干燥收缩裂缝是硬化前的新拌混凝土在凝结过程中因表面水份蒸发而引起的裂缝。由混凝土早期特性中可以看出。混凝土受到外部条件的影响,表面失水会产生收缩。当收缩收到基础或者内部约束时将产生拉应力，该拉应力过超过混凝土抗压强度时便会产生干燥收缩裂缝。常见于浇筑后混凝土构件的外露表面，在干热或大风天气出现。裂缝多为表面性，呈中间宽、两端细且长短不一的平行线状或网状形式, 宽度多在0.05mm～0.2mm之间，互不连贯。大体积混凝土中平面部位多见,较薄的梁板中多沿其短向分布。
　　混凝土的干燥裂缝通常会影响混凝土的抗渗性,引起钢筋的锈蚀,影响混凝土的耐久性;在水压力的作用下会产生水力劈裂,影响混凝土的承载力等。混凝土的干燥收缩主要和混凝土的水灰比、水泥的成分、水泥的用量、水化程度、集料的性质和用量、外加剂的用量等有关。
　　3 自收缩裂缝
　　混凝土自收缩是混凝土在没有失水的情况下发生的微观体积变化，是水泥水化反应的结果。由反应方程式可以看出，所有的水化反应都在消耗大量的水份。使得混凝土内部湿度降低，导致混凝土体积收缩。影响混凝土自收缩的因素在学术界还存在很大争议，但普遍认为混凝土配合比，尤其是水灰比会影响到混凝土自收缩。当水灰比很小的情况下，容易发生自收缩。浇筑条件、存放条件和养护条件对自收缩没有影响。由于高强混凝土的水灰比都比较底，非常接近理论水灰比，因此高强混凝土通常都会发生自收缩现象。
　　当混凝土的自收缩受到内部骨料或者外部基础的约束后，就会产生拉应力，一旦拉应力超过混凝土抗拉强度，混凝土即将产生裂缝。
　　4 骨料沉降裂缝
　　在新拌混凝土中，骨料颗粒悬浮在一定稠度的水泥浆体中，浆体的密度相对骨料较低，所以骨料在浆体中有下沉趋势，而浆体中的水泥颗粒又远重于水，使得新拌混凝土中的水份向上转移，即发生"沉降"与"泌水"现象。泌水使混凝土的多余水份减少，有利于提高硬化后的混凝土强度，但是泌水和沉降所带来的危害更大。
　　骨料的下沉和水份的上升会在水平钢筋的底部形成空隙并积聚水份，为锈蚀留下隐患;上升的水份还会滞留在粗骨料底部，造成浆体和骨料之间界面薄弱环节以至于形成空隙，影响混凝土的抗渗性与抗冻性;当垂直下沉的固体颗粒遇到水平设置的钢筋或紧固螺栓等埋设件，或受到侧向模板的摩擦阻力时，也会受到阻拦并与周围的混凝土形成沉降差，结果在混凝土顶部表面处造成塑性沉降裂缝。混凝土坍落度愈大，沉降开裂的可能性也愈大。在接近表面的水平钢筋上方最容易形成沉降裂缝，并随钢筋直径的增加和保护层厚度的减少而愈趋严重。当保护层过薄时，塑性沉降裂缝甚至会伸入钢筋表面并沿着钢筋纵向通长发展。这种纵向裂缝与沿着钢筋横截面开展的横向裂缝对于钢筋锈蚀的危险程度有着根本的区别，前者应该杜绝，后者则在规范允许裂缝宽度范围内关系不大。
　　5 基础沉陷裂缝
　　基础沉陷裂缝的产生是由于结构地基土质不匀、松软,或回填土不够密实或浸水而造成不均匀沉降所致;或者因为模板刚度不足,模板支撑间距过大或支撑底部松动等导致,特别是在冬季,模板支撑在冻土上,冻土化冻后产生不均匀沉降,致使混凝土结构产生裂缝。此类裂缝多为深层裂缝或贯穿性裂缝,其走向与沉陷情况有关,一般沿与地面垂直或30°～45°方向发展,较大的沉陷裂缝,往往有一定的错位,裂缝宽度往往与沉降量成正比关系。裂缝宽度受温度变化的影响较小。地基变形稳定之后,沉陷裂缝也基本趋于稳定。
　　6 其他原因产生的裂缝
　　构件在制作、脱膜、运输、堆放、吊装过程中,由于各种原因而产生纵向、横向、斜向、竖向、水平、表面或贯穿的各种裂缝。主要原因是,木膜浇筑前未浇水湿透,或隔离剂失效,膜板与混凝土粘结、膜板吸水发生膨胀将混凝土拉裂。构件成型与拆膜时振动过大,构件堆放支撑位置与吊装位置不当,运输时受振动冲击等均能产生裂缝。
　　7 小结
　　由于混凝土早期特殊性质的作用，将导致混凝土产生变形，而变形又可能受到种种因素的限制而被约束，从而导致早期混凝土内部产生拉应力。当局部位置的拉应力超过该处混凝土当时的受拉强度时，该处的混凝土就会开裂。因此本文对混凝土浇早起裂缝的类型及其原因进行讨论。以来更好的采取各种办法降低混凝土初期因各种自身变形而产生的拉应力，降低甚至避免混凝土早期开裂的可能。
　　参考文献
　　[1]李显宇.水泥混凝土的发展简史[J].中外建材科技，2007.28.7－10.
　　[2]富文权.混凝土快速硬化[M].中国铁道出版社，1990.
　　[3]金贤玉，沈毅.高强混凝土的早龄期特性试验研究[J].混凝土与水泥制品，2003.5.5～7.
　　[4]陈肇元，崔京浩.钢筋混凝土裂缝机理与控制[J].工程力学，2006.23.86～107.