1、2 混凝土结构中的非荷载裂缝混凝土结构是我国工程结构中最常见、应用最广泛的结构形式之一。 但由于混凝土结构自身组成材料的弱点（抗拉强度较低），在使用条件下容易出现裂缝，这里所说的裂缝是指肉眼可见的宏观裂缝，而不是微观裂缝，其宽度应在 0.05mm 以上。混凝土结构中常见的裂缝可分为两类， 一类是由于结构承受荷载产生的裂缝， 这类裂缝是结构在荷载作用下在某些部位产生的拉应力超过了材料的抗拉强度而引起的，又称为“荷载裂缝”；另一类是由于混凝土材料的收缩变形、 温度变化以及混凝土内钢筋锈蚀等原因引起的裂缝，又称为“非荷载裂缝”。目前，国内外对因荷载作用引起的“荷载裂缝”进行了较深入地研究，建立了相关
2、的理论和控制标准，而对因其他原因引起的“非荷载裂缝”则主要是在设计和施工中规定了一些构造措施来防止和减轻， 尚未建立起有效的计算理论和控制措施，因此，本文将混凝土结构中的“非荷载裂缝”作为主要的研究对象来加以分析。21 非荷载裂缝的分类211 混凝土硬化以前新拌混凝土的塑性裂缝出现塑性裂缝的主要原因有：a）新拌混凝土在可塑状态下凝结收缩而产生的塑性收缩裂缝；b）可塑状态下新拌混凝土，其组成材料因受力下沉不均匀或下沉受阻而产生的塑性沉降裂缝；c）可塑状态下的混凝土因模板变形、支架下沉或受到施工过程中的扰动、 移动等原因而产生的其他塑性裂缝。212 硬化混凝土的早期收缩裂缝硬化混凝土早期收缩裂缝主
3、要包括干燥裂缝、自生收缩裂缝和温度收缩裂缝。1）干燥收缩裂缝干燥时收缩，受湿时膨胀，这是水泥基混凝土材料的固有特性， 其主要原因是混凝土内的固体水泥浆体体积会随含水量而改变。 混凝土中骨料对水泥浆体积的变化起到了很大的约束作用， 使混凝土的体积变化远低于水泥浆体的体积变化。 在硬化水泥浆体中，部分水存在于浆体的毛细孔隙内，而相当一部分水则存在于水泥硅酸钙凝胶体之中。 混凝土干燥时， 首先失去的是较大孔径的毛细孔隙中的自由水份，但这几乎不会引起固体浆体体积的变化，只有很小孔径毛细孔隙水和凝胶体内的吸附水与胶体的层间孔隙水减少时才会引起明显的收缩。目前，混凝土干燥收缩的机理尚不完全清楚，一般认为是
4、干燥时混凝土内的孔隙水拉力发生变化，胶凝体粒子的表面张力增加， 胶凝体内的膨胀蒸汽压力减小和层间水称出的综合结果。2） 自生收缩裂缝自生收缩是水泥水化作用引起的收缩， 并不属于干燥收缩。水泥水化本身造成体积膨胀，但如将参与水化反应的水的体积加在一起， 则水化前后水泥与水的总体积减少。在已硬化的水泥浆体中，未水化的水泥继续水化是产生自生收缩的主要原因。 自生收缩主要发生在混凝土硬化的早期， 一般认为混凝土在开始硬结后的几天或几周内可完成自生收缩。水灰比的变化对于干燥收缩和自生收缩的影响正相反，当水灰比降低时，混凝土的干燥收缩减小，而自生收缩增大。 如当水灰比大于0.5 时，其自生收缩与干缩相比小
5、得可以忽略不计。但是当水灰比小于 0.35 时，混凝土内相对湿度很快降到 80%以下，自生收缩与干缩则接近各占一半；当水灰比低至 0.17 时，则自生收缩要占 100%，而干缩为 0，意味着即使在很干燥的环境中也没有水份向外蒸发，水灰比较小的高性能混凝土自收缩过程开始于水化速度处于高潮阶段的头几天，湿度梯度首先引发表面裂缝，随后引发内部裂缝，若混凝土变形受到约束，则进一步产生收缩裂缝， 这也是高强混凝土容易开裂的主要原因之一。3）温度收缩裂缝引起混凝土早期体积变化的主要原因是温度收缩，温度对早期混凝土的收缩开裂起着重要的作用。混凝土在凝结及早期过程中释放大量水化热， 使混凝土升温， 当混凝土内
6、部的温度与外部环境相差较大， 以致所形成的温度应力或温度变形超过混凝土当时的抗拉强度或极限拉伸值时，就会形成裂缝。在工程实践中，尤其是大体积混凝土结构中，控制混凝土的温度收缩裂缝最为关键。工程中常出现的“非荷载裂缝”主要是由于混凝土的干燥收缩*温度收缩引起的，其中也有许多裂缝是由于混凝土的干燥收缩和温差变形的双重作用共同引起的。213 工程中常见的收缩裂缝图工程中因混凝土收缩开裂的例子很多， 经归纳总结，以下给出了工程中常见的收缩裂缝示意图（见图 1），以助于对收缩裂缝的分析和判断。2. 混凝土梁裂缝种类及原因2.1 梁侧面竖向裂缝1)受力裂缝裂缝特征：裂缝位于混凝土梁中段，一般跨中裂缝宽度最
7、大，竖向裂缝下宽上窄，沿梁两侧面通透。见附图1。原因分析：在混凝土承受荷载时，下部受拉区钢筋与混凝土共同受力，受拉区边缘纤维应变大于混凝土受弯极限拉应变时，出现受拉区混凝土开裂。该类裂缝由承载力引起，裂缝一旦出现，即具有一定的开展宽度，并沿梁高上延至一定高度，所以多为下宽上窄。开裂后钢筋应力较裂前突然增加，会在跨中区段出现几条裂缝。2)温度裂缝裂缝特征：裂缝在梁长范围内基本呈等间距分布，各缝宽相似，竖向裂缝上宽下窄，沿梁两侧面通透。见附图 2。原因分析：该类裂缝多出现在顶层上表面隔热不当，或施工时暴晒造成梁板上下表面温差大的部位。梁板上表面温度高，混凝土膨胀变形大，下表面温度低，混凝土膨胀变形
8、小，形成变形差。当变形产生的拉应力大于混凝土抗拉强度时，在应力集中的梁上部区域出现竖向裂缝，以释放变形能。3)混凝土收缩裂缝裂缝特征：裂缝位于混凝土梁跨中或三分之一处，如为连续梁则裂缝沿全长基本呈等间距分布，间距因梁截面大小及养护条件而异，各裂缝宽度只与混凝土该位置自身材料差异有关，当混凝土质量稳定时裂缝基本同宽。单条竖向裂缝上下基本同宽，部分裂缝为中间宽两端窄，沿梁两侧面通透。见附图 3。原因分析：混凝土浇注后收缩变形主要集中在塑性收缩阶段，此时对水分的要求也较大，养护不当易造成混凝土塑性收缩裂缝，裂缝位置受自身材料及连续梁长度影响。混凝土梁全截面收缩变形，隔一段会出现一个应力释放面，即开裂
9、面，裂缝贯通全截面。4)箍筋表面混凝土收缩裂缝裂缝特征：多为混凝土梁侧面及底面周圈裂缝，裂缝位置与梁内箍筋位置相对应，打开检查时发现裂缝仅存在于箍筋混凝土保护层范围，各裂缝宽度基本相同。见附图 4。原因分析：箍筋表面混凝土厚度较其它部位薄，当混凝土收缩时，易在该处应力集中，后期养护不当时在此薄弱面出现沿箍筋位置的裂缝。该类裂缝仅存在于箍筋混凝土保护层范围，箍筋内部混凝土不受影响。2.2 梁侧面根部斜向受力裂缝裂缝特征：裂缝位于混凝土梁根部受剪区或弯起筋外端部，为一条或多条梁根低、梁中方向高约 45 角走向的斜裂缝。见附图 5。原因分析：该类裂缝是由于混凝土梁受剪应力与压应力共同作用时，斜截面承
10、载力不足造成的。首先在梁底出现垂直裂缝，顶部变斜（斜向荷载作用点）形成斜裂缝，当荷载增加至一定程度时，在几条斜裂缝中形成一条主要斜裂缝，即“临界斜裂缝”。当混凝土梁截面偏小，或抗剪筋配置不足时易发生该类损伤。同时要注意混凝土梁上有墙体时是否形成墙梁构件，避免计算中将墙荷只传至本层梁，而实际底层混凝土墙梁承载上部多层荷载的受力模型错误引起的损伤。2.3 沿钢筋方向的裂缝裂缝特征：裂缝对应混凝土梁主筋位置，或对应箍筋位置，开裂较大处伴随混凝土保护层脱落、钢筋出现锈皮。见附图 6。原因分析：混凝土梁内钢筋锈蚀后体积膨胀，造成混凝土保护层胀裂损伤，钢筋锈蚀与环境温湿度及干湿交替情况、环境存在侵蚀性物质
11、（气、液、固体）、及混凝土中氯离子含量有关。3. 裂缝宽度的限值混凝土梁类构件应从承载能力、构造以及不适于继续承载的位移(或变形)和裂缝等四个方面来确定结构安全性，裂缝的性质及开裂大小是判断安全性的重要内容。上述裂缝中，混凝土梁竖向受力裂缝及梁侧面根部斜向受力裂缝都属于受力裂缝，温度裂缝、混凝土收缩裂缝、箍筋表面混凝土收缩裂缝属于非受力裂缝，应根据民用建筑可靠性鉴定标准GB 50292-1999 第 4.2.5 条、4.2.6 条内容确定裂缝宽度的限值。、骨料方面（1）骨料中含泥 干燥收缩大，水泥与骨料的粘结不理想（2）碱骨料反应 反应吸水，水化反应使骨料膨胀3、混凝土下沉和泌水混凝土浇筑后，
12、在凝结过程中会产生下沉和泌水，下沉量约为浇筑高度的 1%。当下沉受到钢筋或周围混凝土的约束也会产生裂缝。二、施工原因（1）混合材料不均匀：由于搅拌不均匀，材料的膨胀性和收缩的差异，引起局部的一些裂缝。（2）长时间搅拌：混凝土运输时间过长，长时间搅拌突然停止后很快硬化产生的异常凝结，引起网状裂缝。（3）浇筑速度过快：当构件高度较大，如一次快速浇筑混凝土，因下部混凝土尚未充分硬化，产生下沉，引起裂缝。（4）交接缝：浇筑先后时差过长，先浇筑的混凝土已硬化，导致交接缝混凝土不连续，这是结构产生裂缝的起始位置，将成为结构承载力和耐久性的缺陷。三、荷载产生的裂缝四、温度裂缝五、收缩裂缝六、不均匀沉降产生裂缝七、钢筋锈蚀产生的裂缝八、冻结溶解产生的裂缝
