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。

1 非荷载裂缝的分类

1．1 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。

1．2 硬化混凝土的早期收缩裂缝

硬化混凝土早期收缩裂缝主要包括干燥裂缝、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。

1．3 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。