民用建筑混凝土结构裂缝形成的机理及原因

刘　钟

摘要：混凝土结构的裂缝问题已影响到生活和生产，已成为社会问题，并困扰着大批工程技术人员和管理人员，是迫切需要解决的技术难题。详细分析了民用建筑混凝土结构裂缝的形成机理、裂缝产生的主要原因，指出混凝土裂缝的形成机理是混凝土结构裂缝的原因分析的理论基础。

关键词：裂缝；混凝土；形成机理

中图分类号：TU528

文献标识码：A

文章编号：1672-3198(2009)09-0291-01

1裂缝的形成机理

1.1混凝土微观裂缝的形成机理

混凝土由水泥、骨料、水以及存留在其中的气体组成，是一种多相非均匀的脆性材料。研究表明，当环境温度、湿度变化及混凝土硬化时，混凝土的体积会发生变化，并使其内部产生变形，由于混凝土中各种材料某些性能的不同，这种变形是不均匀的。水泥石收缩较大，而骨料收缩很小；水泥石的热膨胀系数较大，而骨料较小。同时，它们之间的变形不是自由的，相互之间产生约束，从而在混凝土内部产生粘着微细裂缝(指骨料与水泥粘接面上的裂缝，主要沿骨料周围出现)，水泥石裂缝(水泥浆中的裂缝，出现在骨料与骨料之间)，骨料裂缝(骨料本身的裂缝)等三种，因此，混凝土内部微细裂缝的存在是混凝土材料本身固有的一种物理性质。

1.2素混凝土构件的裂缝产生机理

就混凝土自身而言，产生裂缝的机理一般认为是因为混凝土材料(包括水泥石和粗细骨料)变形受约束所引起的内应力大于材料抗拉强度的缘故。混凝土在拉应力(包括收缩、变形和外荷载)的作用下，这些微细裂缝的长度和宽度均有相应的增大。如果拉应力大于混凝土本身的抗拉强度，这些微细裂缝逐渐互相贯通，且其宽度迅速增大。

1.3钢筋混凝土构件的裂缝产生机理

在配有钢筋的混凝土构件中：钢筋和混凝土既可以协同受力，又可能互相约束，其混凝土的裂缝一般可用“粘结一滑动”的机理加以解释。认为钢筋混凝土可见裂缝的产生和开展，是混凝土与钢筋之间不能再保持变形协调而出现相对滑动的结果。

2裂缝产生的主要原因

建筑物在使用过程中承受两大类荷载。第一类是静载荷、动载荷及其它外荷载；第二类是变形荷载，包括温度、收缩。裂缝产生的原因主要有以下几种。

2.1裂缝由外荷载(静或动)的直接应力(按常规计算的主应力)所引起

(1)受弯、受拉等构件的横向裂缝。

在钢筋混凝土受弯构件中，当截面的受拉边缘混凝土拉应力达到其抗拉强度极限应变时，构件在抗拉能力最弱截面出现第一条(批)裂缝，裂缝处钢筋承担全部拉应力，其应力随着载荷增加而迅速增加。在裂缝两侧，钢筋长度方向粘结应力分布不均匀，当混凝土应力重新增加到等于抗拉强度处将会出现第二条(批)裂缝。裂缝出现后，随着荷载不断增加，钢筋的拉伸应变将大大超过混凝土的拉伸应变，两者之间的相对滑移逐步增大，从而使裂缝不断开展。

(2)受弯构件的斜裂缝。

受弯构件在弯矩、剪力共同作用下，随着荷载的增加，在集中荷载与支座之间陆续出现一些斜裂缝，其中近支座处的一条斜裂缝发展较快，成为导致构件破坏的临界裂缝。这样会发生斜截面破坏，而这种破坏带有脆性性质，无明显预兆，危害性极大。

2.2裂缝由结构的次应力所引起

许多建筑物结构的实际工作状态同常规计算模式有出入。如钢筋混凝土屋架，结点是按铰接计算的。而实际的屋架结点却承受着较显著的弯矩和剪力，构件内这样的应力称为次应力，它们常在结点处引起裂缝的出现。还有些常规不计算的外荷载应力，但实际却引起结构裂缝。

2.3裂缝由结构变形变化所引起

由温度、收缩、不均匀沉降等因素而引起结构的变形，而变形受到约束产生内部应力，当应力超过一定数值则引起裂缝。裂缝出现后变形可以得到满足或部分满足，内部应力松弛。结构材料韧性良好才可以适应变形要求。因结构变形变化而引起的裂缝主要有：

(1)温度裂缝。

温度裂缝是最常见的一种裂缝，是混凝土收缩与冷缩共同结果。混凝土具有热胀冷缩的特性，其线膨胀系数为1×10^-5／℃。温度裂缝多发生在大体积混凝土表面或温差变化较大地区的混凝土结构中。

(2)干缩裂缝。

干缩裂缝多出现在混凝土养护结束后的一段时间或是混凝土浇筑完毕后的一周左右。水泥浆中水分的蒸发会产生干缩，且这种收缩是不可逆的。干缩裂缝的产生主要是由于混凝土内外水分蒸发程度不同而导致变形不同的结果。

(3)塑性收缩裂缝。

塑性收缩是指混凝土在凝结之前，表面因失水较快而产生的收缩。塑性收缩裂缝一般在干热或大风天气出现，裂缝多呈中间宽两端细且长短不一、互不连贯状态。其产生的主要原因为；混凝土在终凝前几乎没有强度或强度很小，或者混凝土刚刚终凝而强度很小时，受高温或较大风力的影响，混凝土表面失水过快。造成毛细管中产生较大的负压而使混凝土体积急剧收缩，而此时混凝土的强度又无法抵抗其本身收缩，因此产生龟裂。

(4)沉降收缩裂缝。

该裂缝一般多沿主筋通长方向或箍筋上或埋设件周围，在混凝土表面出现，常在浇灌后发生，硬化后停止。裂缝产生原因是混凝土浇捣后，骨料颗粒沉落，水泥浆上浮，受到钢筋或埋设件或大骨料的阻挡，而使混凝土互相分离。另外，混凝土本身组成材料沉降不均匀造成开裂。

(5)沉陷裂缝。

沉陷裂缝的产生是由于结构地基土质不匀、松软，或回填土不实或浸水而造成不均匀沉降所致；或者因为模板刚度不足，摸板支撑间距过大或支撑底部松动等所致，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。

2.4裂缝由特殊情况引起(如地震、滑坡等)

地震引起的裂缝，可以看成地基的“动态变形变化”。滑坡引起的建筑物裂缝也可以说是由于地基变形所引起，该变形可能是蠕变变形，也可能是突然的失稳变形。3结论

混凝土裂缝的形成机理是混凝土结构裂缝的原因分析的理论基础，对混凝土结构裂缝的形成、扩展、串连等现象及原因作了较为详尽的理论分析。混凝土结构的裂缝是不可避免的，混凝土的结构理论认为，混凝土为骨料、水泥石、气体、水分等组成的非均质材料，在尚未受荷的混凝土结构中存在着肉眼不可见的微观裂缝，微裂存在是材料固有的一种物理性质。