混凝土是多種材料組成的非勻質(zhì)材料,它具有較高的抗壓強(qiáng)度、良好的耐久性及抗拉強(qiáng)度低、抗變形能力差、易開裂等特性。近代混凝土的研究證明,在不同的受力狀態(tài)下,混凝土的破裂過程,實(shí)際上是和“微觀裂縫”的發(fā)展相關(guān)聯(lián)的。按裂縫的寬度不同,混凝土裂縫可分為“微觀裂縫”和“宏觀裂縫”兩種。
微觀裂縫:在尚未承受荷載的混凝土結(jié)構(gòu)中存在著肉眼看不見的微觀裂縫,其寬度為0.05mm以下。微觀裂縫主要有三種,如(1)粘著裂縫,即沿著骨料周圍出現(xiàn)的骨料與水泥石粘面上的裂縫。(2)水泥石裂縫,即分布在骨料間水泥漿中的裂縫。(3)骨料裂縫,即存在于骨料本身的裂縫。
上述三種微觀裂縫中,粘著裂縫和水泥石裂縫較多,而骨料裂縫較少。微觀裂縫在混凝土結(jié)構(gòu)中的分布是不規(guī)則的,沿截面是不貫穿的。有微觀裂縫的混凝土可以承受拉力,但結(jié)構(gòu)物的某些受拉較大的薄弱環(huán)節(jié),微觀裂縫在拉力作用下,很容易串連貫穿全截面,最終導(dǎo)致較早的斷裂。
宏觀裂縫:寬度不小于0.05mm的裂縫是肉眼可見裂縫,亦稱為宏觀裂縫,宏觀裂縫是微觀裂縫擴(kuò)展的結(jié)果。
在建筑工程中,微觀裂縫對(duì)防水、防腐、承重等不會(huì)引起危害,具有微觀裂縫結(jié)構(gòu)則假定為無裂縫結(jié)構(gòu)。設(shè)計(jì)中所謂不允許出現(xiàn)裂縫,是指寬度無大于0.05mm的初始裂縫。有裂縫的混凝土是絕對(duì)的,無裂縫的混凝土是相對(duì)的。
產(chǎn)生宏觀裂縫一般有外荷載、次應(yīng)力和變形變化三種起因,前兩者引起裂縫的可能性較小,后者是導(dǎo)致混凝土產(chǎn)生宏觀裂縫的主要原因,這種裂縫又可分為表面裂縫、深層裂縫和貫穿裂縫。
表面裂縫:大體積混凝土澆筑初期,水泥水化熱大量產(chǎn)生,使混凝土的溫度迅速上升。但由于混凝土表面散熱條件較好,熱量可向大氣中散發(fā),其溫度上升較少;而混凝土內(nèi)部由于散熱條件較差,熱量不易散發(fā),其溫度上升較多;炷羶(nèi)部溫度高、表面溫度低,則形成溫度梯度,使混凝土內(nèi)部產(chǎn)生壓應(yīng)力,表面產(chǎn)生拉應(yīng)力,當(dāng)拉應(yīng)力超過混凝土的極限抗拉強(qiáng)度時(shí),混凝土表面就產(chǎn)生裂縫。表面裂縫雖不屬于結(jié)構(gòu)性裂縫,但在混凝土收縮時(shí),由于表面裂縫處的斷面已削弱,易產(chǎn)生應(yīng)力集中現(xiàn)象,能促使裂縫進(jìn)一步開展。我國的混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范,對(duì)鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)的最大允許裂縫寬度就有明確的規(guī)定:室內(nèi)正常環(huán)境下的一般構(gòu)件為0.3mm;露天或室內(nèi)高濕度環(huán)境下為0.2mm。
貫穿裂縫:大體積混凝土澆筑初期,混凝土處于升溫階段及塑性狀態(tài),彈性模量很小,變形變化所引起的應(yīng)力很小,溫度應(yīng)力一般可忽略不計(jì);炷翝仓欢〞r(shí)問后,水泥水化熱基本已釋放,混凝土從最高溫逐漸降溫,降溫的結(jié)果引起混凝土收縮,再加上混凝土多余水分蒸發(fā)等引起的體積收縮變形,受到地基和結(jié)構(gòu)邊界條件的約束,不能自由變形,導(dǎo)致產(chǎn)生拉應(yīng)力,當(dāng)該拉應(yīng)力超過混凝土極限抗拉強(qiáng)度時(shí),混凝土整個(gè)截面就會(huì)產(chǎn)生貫穿裂縫。