混凝土裂缝产生的原因多种多样,这些因素可能单独或共同作用,导致混凝土结构出现开裂。以下是混凝土裂缝产生的主要原因:
一、荷载引起的裂缝
二、温度变化引起的裂缝
三、收缩引起的裂缝
塑性收缩:发生在施工过程中,混凝土浇筑后4~5小时左右,此时水泥水化反应激烈,分子链逐渐形成,出现泌水和水分急剧蒸发,混凝土失水收缩,同时骨料因自重下沉,因混凝土尚未硬化,称为塑性收缩。在骨料下沉过程中若受到钢筋阻挡,便形成沿钢筋方向的裂缝。
缩水收缩(干缩):混凝土结硬以后,随着表层水分逐步蒸发,湿度逐步降低,混凝土体积减小。因混凝土表层水分损失快,内部损失慢,因此产生表面收缩大、内部收缩小的不均匀收缩,表面收缩变形受到内部混凝土的约束,致使表面混凝土承受拉力,当表面混凝土承受拉力超过其抗拉强度时,便产生收缩裂缝。
自生收缩:混凝土在硬化过程中,由于水泥水化消耗水分和混凝土的化学减缩等原因引起的体积缩小。
炭化收缩:混凝土中的氢氧化钙与空气中的二氧化碳反应,生成碳酸钙和水,引起混凝土体积的减小。炭化收缩一般不做计算。
四、地基变形引起的裂缝
五、钢筋锈蚀引起的裂缝
保护层不足:混凝土质量较差或保护层厚度不足,混凝土保护层受二氧化碳侵蚀炭化至钢筋表面,使钢筋周围混凝土碱度降低。
氯离子侵蚀:由于氯化物介入,钢筋周围氯离子含量较高,均可引起钢筋表面氧化膜破坏,钢筋中铁离子与侵入到混凝土中的氧气和水分发生锈蚀反应,其锈蚀物氢氧化铁体积比原来增长约2~4倍,从而对周围混凝土产生膨胀应力,导致保护层混凝土开裂、剥离,沿钢筋纵向产生裂缝,并有锈迹渗到混凝土表面。由于锈蚀,使得钢筋有效断面面积减小,钢筋与混凝土握裹力削弱,结构承载力下降,并将诱发其它形式的裂缝,加剧钢筋锈蚀,导致结构破坏。
六、冻胀引起的裂缝
七、施工材料质量引起的裂缝
水泥安定性不合格:水泥中的游离氧化钙、氧化镁含量超标,导致水泥体积安定性不良,引起混凝土开裂。
骨料质量不佳:骨料的含泥量过高会降低混凝土的强度和抗裂性,增大混凝土的干缩性;骨料的级配不合理,会使混凝土孔隙率增加,导致强度降低,易产生裂缝。
配合比不当:水灰比过大、水泥用量过多或过少、外加剂使用不当等,都会影响混凝土的性能和抗裂性。
八、施工工艺质量引起的裂缝
浇筑问题:混凝土浇筑时高度过高、速度过快,容易导致混凝土离析;浇筑过程中振捣不密实、不均匀,出现蜂窝、麻面、空洞,降低混凝土的强度,致使裂缝产生。
养护缺失:混凝土早期养护不足,如在干燥环境中没有及时保湿,会产生干缩裂缝;在寒冷天气没有采取保温措施,会因冻融循环而产生裂缝。
模板作业不规范:模板刚度不足,在浇筑混凝土时变形,产生与模板变形一致的裂缝;拆模过早,混凝土强度不足,在自重或施工荷载作用下产生裂缝;模板支架压实不足或刚度不足,浇筑混凝土后支架不均匀下沉,导致混凝土出现裂缝。
施工速度过快:浇筑过快,混凝土流动性较低,在硬化前因混凝土沉降不足,硬化后沉降过大,容易在浇筑数小时后在钢筋上面、在墙与板、梁与柱交接处部分出现裂缝,即沉降收缩裂缝。
分段浇筑结合部处理不当:混凝土分层或分段浇筑时,结合部处理不好,易在新旧混凝土和施工缝之间出现裂缝。
九、其他因素
综上所述,混凝土裂缝产生的原因复杂多样,涉及材料、设计、施工、环境等多个方面。因此,在混凝土结构的设计、施工和维护过程中,需要综合考虑各种因素,采取有效的措施来预防和减少混凝土裂缝的产生。