1 荷載引起的裂縫
混凝土在常規(guī)靜,、動荷載及次應力下產(chǎn)生的裂縫稱荷載裂縫,歸納起來主要有直接應力裂縫,、次應力裂縫兩種,。直接應力裂縫是指外荷載引起的直接應力產(chǎn)生的裂縫, 次應力裂縫是指由外荷載引起的次生應力產(chǎn)生裂縫。
荷載裂縫特征依荷載不同而異呈現(xiàn)不同的特點,。這類裂縫多出現(xiàn)在受拉區(qū),、受剪區(qū)或振動嚴重部位。但必須指出,,如果受壓區(qū)出現(xiàn)起皮或有沿受壓方向的短裂縫,,往往是結構達到承載力極限的標志,是結構破壞的前兆,,其原因往往是截面尺寸偏小,。
2 收縮引起的裂縫
混凝土具有熱脹冷縮性質(zhì),當外部環(huán)境或結構內(nèi)部溫度發(fā)生變化,,混凝土將發(fā)生變形,,若變形遭到約束,則在結構內(nèi)將產(chǎn)生應力,,當應力超過混凝土抗拉強度時即產(chǎn)生溫度裂縫,。在某些大跨徑橋梁中,溫度應力可以達到甚至超出活載應力,。溫度裂縫區(qū)別其它裂縫最主要特征是將隨溫度變化而擴張或合攏,。
3 荷載引起的裂縫
在實際工程中,混凝土因收縮所引起的裂縫是最常見的,。在混凝土收縮種類中,,塑性收縮和縮水收縮(干縮)是發(fā)生混凝土體積變形的主要原因,另外還有自生收縮和炭化收縮,。
塑性收縮,,發(fā)生在施工過程中、混凝土澆筑后4~5小時左右,,此時水泥水化反應激烈,,分子鏈逐漸形成,出現(xiàn)泌水和水分急劇蒸發(fā),,混凝土失水收縮,,同時骨料因自重下沉,因此時混凝土尚未硬化,,稱為塑性收縮,。塑性收縮所產(chǎn)生量級很大,可達1%左右,。在骨料下沉過程中若受到鋼筋阻擋,,便形成沿鋼筋方向的裂縫。在構件豎向變截面處如T梁,、箱梁腹板與頂?shù)装褰唤犹?,因硬化前沉實不均勻?qū)l(fā)生表面的順腹板方向裂縫。為減小混凝土塑性收縮,,施工時應控制水灰比,,避免過長時間的攪拌,下料不宜太快,,振搗要密實,,豎向變截面處宜分層澆筑。
縮水收縮(干縮),,混凝土結硬以后,,隨著表層水分逐步蒸發(fā),濕度逐步降低,,混凝土體積減小,,稱為縮水收縮(干縮)。因混凝土表層水分損失快,,內(nèi)部損失慢,,因此產(chǎn)生表面收縮大,、內(nèi)部收縮小的不均勻收縮,表面收縮變形受到內(nèi)部混凝土的約束,,致使表面混凝土承受拉力,,當表面混凝土承受拉力超過其抗拉強度時,便產(chǎn)生收縮裂縫,?;炷劣不笫湛s主要就是縮水收縮。如配筋率較大的構件(超過3%),,鋼筋對混凝土收縮的約束比較明顯,,混凝土表面容易出現(xiàn)龜裂裂紋。
自生收縮,,自生收縮是混凝土在硬化過程中,,水泥與水發(fā)生水化反應,這種收縮與外界濕度無關,,且可以是正的(即收縮,,如普通硅酸鹽水泥混凝土),也可以是負的(即膨脹,,如礦渣水泥混凝土與粉煤灰水泥混凝土),。
炭化收縮,大氣中的二氧化碳與水泥的水化物發(fā)生化學反應引起的收縮變形,。炭化收縮只有在濕度50%左右才能發(fā)生,,且隨二氧化碳的濃度的增加而加快。炭化收縮一般不做計算,。
混凝土收縮裂縫的特點是大部分屬表面裂縫,,裂縫寬度較細,且縱橫交錯,,成龜裂狀,,形狀沒有任何規(guī)律。
4 地基礎變形引起的裂縫
由于基礎豎向不均勻沉降或水平方向位移,,使結構中產(chǎn)生附加應力,,超出混凝土結構的抗拉能力,導致結構開裂,。
5 鋼筋銹蝕引起的裂縫
由于混凝土質(zhì)量較差或保護層厚度不足,,混凝土保護層受二氧化碳侵蝕炭化至鋼筋表面,使鋼筋周圍混凝土堿度降低,,或由于氯化物介入,,鋼筋周圍氯離子含量較高,均可引起鋼筋表面氧化膜破壞,鋼筋中鐵離子與侵入到混凝土中的氧氣和水分發(fā)生銹蝕反應,,其銹蝕物氫氧化鐵體積比原來增長約2~4倍,,從而對周圍混凝土產(chǎn)生膨脹應力,導致保護層混凝土開裂,、剝離,,沿鋼筋縱向產(chǎn)生裂縫,并有銹跡滲到混凝土表面,。由于銹蝕,使得鋼筋有效斷面面積減小,,鋼筋與混凝土握裹力削弱,,結構承載力下降,并將誘發(fā)其它形式的裂縫,,加劇鋼筋銹蝕,,導致結構破壞。
要防止鋼筋銹蝕,,設計時應根據(jù)規(guī)范要求控制裂縫寬度,、采用足夠的保護層厚度(當然保護層亦不能太厚,否則構件有效高度減小,,受力時將加大裂縫寬度),;施工時應控制混凝土的水灰比,加強振搗,,保證混凝土的密實性,,防止氧氣侵入,同時嚴格控制含氯鹽的外加劑用量,,沿海地區(qū)或其它存在腐蝕性強的空氣,、地下水地區(qū)尤其應慎重。
6 凍脹引起的裂縫
大氣氣溫低于零度時,,吸水飽和的混凝土出現(xiàn)冰凍,,游離的水轉變成冰,體積膨脹9%,,因而混凝土產(chǎn)生膨脹應力,;同時混凝土凝膠孔中的過冷水(結冰溫度在-78度以下)在微觀結構中遷移和重分布引起滲透壓,使混凝土中膨脹力加大,,混凝土強度降低,,并導致裂縫出現(xiàn)。尤其是混凝土初凝時受凍最嚴重,,成齡后混凝土強度損失可達30%~50%,。冬季施工時對預應力孔道灌漿后若不采取保溫措施也可能發(fā)生沿管道方向的凍脹裂縫。
7 施工材料質(zhì)量引起的裂縫
混凝土主要由水泥、砂,、骨料,、拌和水及外加劑組成。配置混凝土所采用材料質(zhì)量不合格,,可能導致結構出現(xiàn)裂縫,。
8 施工工藝質(zhì)量引起的裂縫
在混凝土結構澆筑、構件制作,、起模,、運輸、堆放,、拼裝及吊裝過程中,,若施工工藝不合理、施工質(zhì)量低劣,,容易產(chǎn)生縱向的,、橫向的、斜向的,、豎向的,、水平的、表面的,、深進的和貫穿的各種裂縫,,特別是細長薄壁結構更容易出現(xiàn)。裂縫出現(xiàn)的部位和走向,、裂縫寬度因產(chǎn)生的原因而異,。
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