1、.混凝土结构裂缝一、混凝土结构微裂缝理论1、混凝土内部形成微裂缝的机理结构混凝土内部的微裂缝是混凝土在未受荷载之前出现的裂缝。裂缝形成的机理可从混凝土本身的材料组成及其约束作用两个方面解释。组成材料：为石、砂粗细骨料、水泥和水；经搅拌，砂、石表面均包裹有水泥胶凝体。经振捣，粗骨料(石)之间的孔隙为细骨料(砂)所填充。经养护，水泥水化软质的胶凝体随混凝土龄期增长逐渐向硬质品格转化，多余部分的水分蒸发，在混凝土中出现气孔；混凝土成型后就是一种固相、液相、气相三相并存的非匀质、非连续、多孔的与时间因素(混凝土龄期)有关的弹塑性材料，这种材料为其内部出现微裂缝提供了必要的和充分的条件；.约束作用：在水
2、泥水化过程中水泥石随龄期增长出软质的胶凝体逐渐向硬质的品格转化，由于骨料的收缩变形极小，而软质的胶凝体收缩变形较大，为满足变形一致的需要，两者必然相互约束。其结果是骨料承受压应力而胶凝体(水泥石)承受约束拉应力。一旦约束拉应力超过水泥石的抗拉强度，即会引起骨料之间的水泥石开裂，这就是混凝土内部在结硬后，混凝土末受荷之前出现微裂缝的机理.2、根据微裂缝出现部位，可分为三种类型：1骨料之间水泥石裂缝 当骨料约束水泥石收缩引起的拉应力，大于水泥石的抗拉强度时出现这种水泥石裂缝(图a) ；2骨科与水泥石的界面微裂缝 当骨科表面状况可佳，如含泥量过高，以至水泥石与骨料界面粘结强度较低，当水泥石在结硬过程
3、个收缩时，水泥石与骨料之间的约束拉应力大于界面的粘结强度时，出现这种界面微裂缝(图b)；3骨料微裂缝 当水泥石与骨料界面的粘结强度较高，而骨料抗拉强度较低时包裹骨料两对边的水泥石收缩时将产生这种骨料微裂缝(图c)。.3、微裂缝对混凝土结构的不利影响微裂缝的出现使混凝土内部形成薄弱环节，降低混凝土的抗裂性能，促使宏观裂缝早现；微裂缝的开展，使混凝土徐变增加，刚度减小，降低混凝土抵抗变形的能；在高应力持续作用下，微裂导致的非线性徐变，降低混凝土的持久强度，亦即使混凝土提前丧失承载力；对预应力混凝土结构，增加由于徐变引起的预应力损失。.4 4 4 4、微裂缝对混凝土、微裂缝对混凝土、微裂缝对混凝土、
4、微裂缝对混凝土受荷性能的影响受荷性能的影响受荷性能的影响受荷性能的影响（1）曲线的OA段,混凝土处于弹性工作阶段，A点应力为峰值应力的0.30.5；（2）曲线的AB段,混凝土处于弹塑性工作阶段，B点应力为峰值应力的0.70.9；（3）曲线的BC段,混凝土内部裂缝不断开展，在水泥石中出现新裂缝，宏观裂缝开展；（4）曲线的CD段,宏观裂缝上下贯通，混凝土立即被压碎，试件完全破坏；5、控制微裂缝的方法和措施控制微裂缝的关键，一个是尽可能减少混凝土中多余的水分，减少水分蒸发后遗留的气泡；另一个是尽可能使混凝土密实，减少混凝土中的孔隙。u采取如下控制微裂缝的措施： 在混凝土施工过程中严格控制水灰比、砂石
5、含泥量、粗、细骨料级配优良和振捣密实等，尽量减少混凝土结硬收缩微裂； 在设计中注意控制轴压比，使混凝土避免长期处于高压应力状态。在施工中严格控制构件底模的拆除时间。二、混凝土结构中的裂缝类型1、根据裂缝的成因和特点，将裂缝分为三种：一是施工期间产生的裂缝，包括塑性混凝土裂缝、温度裂缝、约束收缩裂缝、施工质量问题裂缝、早期冻融裂缝；二是耐久性裂缝，包括钢筋锈蚀引起的纵向裂缝、温度变化和收缩作用引起的裂缝、地基不均匀沉降引起的裂缝以及冻融循环作用、混凝土中碱骨料反应、盐类和酸类物质侵蚀等引起的混凝土结构构件裂缝；三是荷载作用引起的裂缝。2、几种常见裂缝介绍：（1）收缩裂缝混凝土凝结时，水和水泥颗粒
6、结合发生水化反应使体积减小称为凝缩，同时由于一部分水蒸发也使体积减小称为干缩，凝缩和干缩合称为收缩；干缩裂缝表现为表面性，宽度较细，其走向纵横交错，没有规律。举例：较薄的梁、板类构件（或桁架杆件），多沿短向分布；整体性结构多发生在结构变截面处；平面裂缝多延伸到变截面部位或块体边缘，大体积混凝土在平面部位较为多见，但侧面也常出现，并随湿度和温度变化而逐渐发展；.干缩裂缝形成机理为： 混凝土凝结时水分蒸发从表面扩展到内部，这样便在混凝土结构中由外到内出现含水梯度，表面收缩较大而内部收缩较小，从而出现收缩差，混凝土表面受到拉力作用、内部受到压力作用，当表面混凝土的拉力超过混凝土允许抗拉强度时，便产生
7、收缩裂缝。容易产生收缩裂缝的情况： 如果周围空气干燥、采用不合理的养护方法、混凝土的水灰比过大等均容易诱导或加剧收缩裂缝的产生。（2）. 温度裂缝混凝土凝结过程中产生水化热、太阳光长时间照射、空气湿度及周围温度变化等因素影响出现冷热变化，将引起温度应力，当温度应力超过混凝土抗拉强度时，便产生温度裂缝；温度裂缝表现为：其走向无一定规律性；举例：梁板式或长度尺寸较大的结构，裂缝多平行于短边；大面积结构裂缝常纵横交错。深进的和贯穿的温度裂缝，一般与短边方向平行或接近于平行，裂缝沿全长分段出现，中间较密。温度裂缝形成机理为： 混凝土温差过大，特别是大体积混凝土基础浇筑后，在硬化期间放出大量水化热，内部
8、温度不断上升，使混凝土表面和内部温差很大。当温度产生非均匀的降温时，将导致混凝土表面急剧的温度变化而产生较大的降温收缩，此时表面受到内部混凝土的约束，将产生很大的拉应力，而混凝土早期抗拉强度和弹性模量很低，因而出现裂缝。但这种温差仅在表面处较大，离开表面就很快减弱。因此，裂缝只在接近表面较浅的范围出现，表面层以下结构仍保持完整。容易产生温度裂缝的情况：大体积混凝土，凝结时水泥的水化热过大，使结构内部温度升高，如果采取不当的散热措施，内外温差过大而引起混凝土开裂；冬季施工及养护措施不当、混凝土剧冷剧热、内外温差过大不均引起混凝土开裂；构件较长而且两端具有约束，由于周围环境温度变化产生的附加温度应
9、力引起混凝土开裂；新旧混凝土接缝处，沿接缝面中部的方向，由于新混凝土凝结产生的水化热与已经凝结、冷却的旧混凝土之间温差引起混凝土开裂；混凝土结构中预埋件焊接措施不当，使钢筋和混凝土温差过大而引起混凝土开裂。（3）. 不均匀沉降裂缝不均匀沉陷裂缝多属贯穿性裂缝，其走向与沉陷情况有关，有的在上部，有的在下部，一般与地面垂直或呈3045角度发展。较大的不均匀沉陷裂缝，往往上下或左右有一定的差距，裂缝宽度受温度变化影响较小，因荷载大小而异，且与不均匀沉降值成比例。对于不均匀沉降裂缝应以预防为主，在没有地质勘查资料时不得进行施工图设计，严格按照图纸施工，不得擅自更改、任意处理。治理的原则是根据裂缝发展速
10、度、部位、程度，决定采取上部加固还是地基基础加固处理。原因：由于基础沉降，水平方向位移等变形引起的裂缝由于基础沉降，水平方向位移等变形引起的裂缝1）地质勘察精度不够，试验资料不准。2）结构荷载差异太大。3）结构基础类型判别大，同一联桥梁中，混合使用不同基础如扩大基础和桩基础，或同时采用桩基础但柱径或桩长差别大时，或同时采用扩大基础但基底标高差异大时，也可能引起地基不均匀沉降。4）分期建造的基础。如分期修建的高速公路左右半幅桥梁，新建桥梁荷载或基础处理时引起地基土重新固结，可能对原有桥梁基础造成较大沉降。5）地基冻张。地基的冰冻或融化均可造成不均匀沉降。（4）建筑物结构应力裂缝:随着构件或结构所
11、受荷载的应力性质和受力大小不同,裂缝具不同的形态特征。一般有两种主要特征:一是裂缝走向与主筋方向接近垂直;二是裂缝宽度一般较宽,且沿着长度与深度方向有明显的变化。原因:断面突变,构件开洞等引起应力集中,构造处理不当等引起应力变化导致产生的裂缝;结构在静力或动力荷载作用下在受拉区、受剪区或振动严重的部位产生的裂缝;结构接近极限承载力时,在受压区钢筋混凝土有明显竖向裂缝；由于地基不均匀沉降,在结构或构件内出现了附加应力,而导致钢筋混凝土开裂。不同受力性能下的裂缝形式受弯构件常见的垂直裂缝和斜裂缝两类:垂直裂缝多出现在梁、板构件弯矩最大的截面上或断面突然削弱处;斜裂缝一般发生在支座等剪力最大的部分,
12、裂缝由下部分开始,沿着45度向构件跨中上方伸展,随着荷载增加,裂缝不断扩展,数量增加。轴心受压构件一旦发现受压区混凝土压裂,可能预示结构开始破坏。小偏心受压构件和受拉区配筋较多的大偏心受压构件,裂缝与破坏情况,基本上与轴心受压构件相似。大偏心受压且受拉区配筋不多的构件,基本上类似受弯构件。.（5）施工裂缝:原因：配合比中水灰比控制差、随意提高混凝土强度,而使单位水泥用量加大等;钢筋保护层厚度,特别是现浇板的负弯矩筋保护层厚度达不到设计要求;模板支撑不合理、刚度不足、地基下沉,以及过早拆模;对于现浇板,特别是过早、过集中的承担施工荷载,对板面的冲击等因素都可能造成混凝土开裂。.(6)(6)荷载裂
13、缝荷载裂缝的出现主要是由于设计不合理设计不合理及施工误差施工误差等原因造成的。1）设计结构中的断面突变断面突变而产生的应力集中所产生的构件裂缝。2）设计中构件施加预应力不当施加预应力不当，造成构件的裂缝。3）设计中构造钢筋配置过少或过粗等引起的构件裂缝。4）设计中未充分考虑混凝土构件的收缩变形，设计中采用的混凝土等级过高，造成用灰量过大，收缩不利，构件局部出现收缩裂缝。5）施工过程中钢筋骨架的焊接，拼装，绑扎不规范使构件整体受力不均，在构件局部出晒挝大的集中应力，产生裂缝。P240混凝土裂缝形式及产生原因简表：P244裂缝原因分析方法：.三、裂缝的控制措施(1)现多采用商品混凝土,经常监控商砼
14、原材料、严格控制进场商砼的质量,控制混凝土塌落度。(2)建筑与结构构造的合理性:设计上控制,注意断面突变、构件开洞等的应力集中部位,注意加强配筋处理,变形缝设置在受力较小地方。满足建筑与结构构造规定和要求。(3)减少地基变形:软土地基的不均匀沉降,是造成建筑物裂缝损坏或倾斜等工程事故的重要原因。(4)管理施工规范:科学合理安排施工工序,掌握好技术间隙时间,控制好混凝土在初期强度增长期的质量控制及混凝土二次抹面时间。(5)减少温度裂缝:在厚大体积混凝土施工中,采取养护措施,监测控制混凝土内外温差不能超过25度;避免混凝土养护不周,时干时湿,造成混凝土产生裂缝。控制温度控制温度的措施如下：1）采用
15、改善骨料级配，用于硬性混凝土，掺混合料，加引气剂或塑化剂等措施以减少混凝土中的水泥用量。2）拌合混凝土时加水或用水将碎石冷却以降低混凝土的浇筑温度。3）热天浇筑混凝土时减少浇筑厚度，利用浇筑层面散热。4）在混凝土中埋设水管，通入冷水降温。5）规定合理的拆模时间，气温骤降时进行表面保温，以免混凝土表面发生急剧的温度梯度。6）施工中长期暴露的混凝土浇筑块表面或薄壁结构，在寒冷季节采取保温措施。改善约束条件的措施改善约束条件的措施1）合理地分缝分块。2）避免基础过大起伏3）合理的安排施工，避免过大的高差和侧面长期暴露，此外，改善混凝土的性能，提高抗裂能力，强度养护、防止表面干缩，特别是保证混凝土的质
16、量对防止裂缝是十分重要的，应特别注意避免产生贯穿裂缝，出现后要恢复其结构的整体性是十分困难的，因此施工中应以预防贯穿性裂缝的发生为主。设计方面设计方面。1）设计中，设计人员应灵活地运用“抗放”结合，或以“抗”为主，或以“放”为主的设计原则，来选择结构方案和使用的材料。所谓“抗”就是处于约束状态下的结构，没有足够的变形的余地时，为防止裂缝所采取的有力措施，而所谓“放”就是结构完全处于自由变形无约束状态下，有足够变形余地时所采取的措施。2）设计中应尽量避免结构断面突变带来的应力集中。3）在结构设计中，设计人员应重视对构造钢筋的配置，特别是楼面、墙板等薄壁构件更应注意构造钢筋的直径和数量的选择。4）材料选择和混凝土配合比设计要符合规范要求。现场施工现场施工方面。1）热天浇筑混凝土时减少浇筑厚度，利用浇筑层面散热，对于在体积的混凝土建议采用在混凝土中埋设水管，通入冷水降温。2）规定合理的折模时间，由于新浇筑在早期，表面引起很大的应力，易出现“温度冲击”现象，此时拆除模板，必然引起温度梯度，从而在表面附加一拉应力，与水化热应力迭加，再加上混凝土干缩，表面的拉应力达到很大的数值，就有导致裂缝的危险
