实际工程中的混凝土结构裂缝形式各异,千差万别,影响裂缝的因素也极为复杂。经多年处理裂缝问题工程经验的积累并整理分析,影响混凝土结构裂缝的因素大体可以分为材料、设计、施工、使用四个方面。
一、原材料及配合比
混凝土原材料的性质对混凝土结构成形后性能的影响是不言而喻的,控制混凝土原材料的质量有着重要的意义。原材料对混凝土裂缝形成的影响可归纳为以下几方面:
水泥用量越多,水泥浆的量相对越大,收缩量也越大,容易开裂;
水泥强度等级越高,水泥细度越小,比表面积越大,则水化热多,收缩大,容易开裂;
水泥活性越强,其水化热越大,冷凝过程中收缩加大,容易开裂;
快硬水泥在水化热散失前就已凝固,叠加上散热降温的收缩,更容易开裂;水胶比越大,含水量大,收缩越大,越容易开裂;
混凝土强度等级高,则收缩较大,弹性模量也增大,而抗拉强度却提高不多,因此收缩更容易引起开裂;
粗骨料(石子)粒径越小,缺少骨架的体积稳定性越差,混凝土收缩大,容易开裂;砂岩较软,作粗骨料时收缩较大,容易开裂;
细骨料(砂子)含量(砂率)越高,体积稳定性越差,收缩较大,容易开裂;粗、细骨料中含泥量越大,收缩加大且抗拉强度降低,容易开裂;
适当掺入掺和料(粉煤灰等)可以提高体积稳定性,减少收缩,遏制裂缝出现;活性较小,低水化热的矿渣水泥,粉煤灰水泥等收缩较小,对防止开裂有利;
外加剂(包括减水剂、膨胀剂等)选择失误、掺量不当,或养护不良,会加大收缩,引起混凝土开裂;
混凝土的保水性差,体积稳定性差,容易引起离析、泌水,收缩加大,更容易开裂。
总之,混凝土材料本身的性能对于控制裂缝起决定性的作用。因此,从原材料选择到配合比设计,必须经反复试验校核,逐渐调整至合理的程度。由于混凝土是地方性材料,各地原材料和施工工艺差别较大,因此不宜作统一的规定,而应通过反复试验进行优化。直接套用通用性的规范、标准,盲目相信传统经验和做法,甚至轻信夸大其词的广告宣传,都可能造成混凝土材料的先天性缺陷而导致裂缝。

二、设计缺陷
混凝土在承载受力过程中很容易出现裂缝,在设计时可通过计算对受力引起的直接裂缝加以控制。而大多数间接裂缝却很难由计算控制,出现这种裂缝多是由于构造措施不当而引起的。这种结构设计缺陷引起的混凝土裂缝,主要有以下几种:
混凝土结构体形怪异、复杂,抗力和刚度分布不均匀(如不规则的结构布置),往往会在薄弱处(如瓶颈处)引起局部裂缝;
混凝土结构设缝不当,体量、尺度过大,约束应变积累过多而无法释放,就会在相对薄弱处引起裂缝;
在混凝土结构受力的敏感部位(如凹角处等)未作妥善的构造处理(如做圆弧、折角;加配构造钢筋等),导致应力集中而引发局部裂缝;
局部区域配筋不足,无法承担由于承载受力或各种间接作用引起的拉应力而开裂;设计考虑不周,遭受非设计工况而引起意外内力或应力状态,从而导致裂缝;
配筋方式不当,细而密的钢筋可较好地控制裂缝,而少而粗的配筋方式往往无法控制裂缝而开裂,且宽度较大;
混凝土保护层厚度处理不当,引起钢筋锈蚀以及相应的锈胀裂缝;
设计时环境条件选择不当,不满足耐久性要求,长久使用以后发生耐久性裂缝。
总之,设计的合理与否对混凝土结构的裂缝状态有重要的影响。但我国设计者往往忽视在设计中对裂缝的控制。一旦出现裂缝,人们往往首先考虑材料、施工方面的原因而从未想到设计的作用,这是片面的认识误区。国外有专门强调混凝土结构“缝的设计”的论著和成熟做法。而我国设计者对此仅停留在“伸缩缝”的认识水平上,差距很大。对此,将另文专述。
三、施工质量
施工质量对混凝土结构裂缝的形成比较直观,并且在施工过程中就往往显露出来。通常多表现为以下方式:
混凝土拌合物在搅拌、运输、浇筑时不均匀,造成分层、离析、泌水,引起裂缝;浇筑后混凝土缺乏养护,在空气中暴露失水,收缩增大,引起裂缝;快速施工,养护时间不足,早期收缩得不到控制,导致开裂;
拆模过早或模板刚度不足,在混凝土强度较低的情况下承受施工荷载(或意外荷载),引起裂缝;
在混凝土强度较低的情况下进行预应力施工(张拉、放张、特别是骤然放张预应力),导致裂缝;
施工接槎处理不当,形成夹渣或接槎处的连接薄弱,导致裂缝;
浇筑、振捣混凝土后,表面未及时进行二次振捣或压抹,未能消除混凝土表层的早期收缩而导致表层裂缝;北方地区冬期跨季节施工,未进行封闭保温。混凝土长期处在干燥、严冷、受风的环境中而引发裂缝;
分层振捣混凝土的时间、工艺失控,间隔时间过长而造成接槎处已凝固的混凝土被振散,从而形成“冷缝”;
大体积混凝土或夏季施工,未控制拌合物入模温度并采取降温措施,水化热积累造成内外温差,胀缩不均而形成温度裂缝;
地下工程未及时回填土,地上工程长期暴露而不封闭或装修,持续干燥环境引起裂缝;
混凝土振捣不良,漏振、欠振造成薄弱层;过振引起漏浆缺陷,均可能引发裂缝;混凝土施工配制强度过高,水泥用量过多而引起收缩加大,造成裂缝;
管线、埋件布置在混凝土保护层中,实际保护层过薄而引发顺着管线的开裂;装配式结构预制构件连接处拼缝灌筑缺陷,引起的拼接裂缝;
施工时超载或意外荷载(例如撞击、大量堆载等)的非设计工况,引起裂缝;后浇带处模板支撑不足,改变受力形态而引起的裂缝;
钢筋移位,截面有效高度减小引起的抗力降低,截面开裂;预制板支垫不平或翘曲,受力后形成的角部折断斜裂;地基处理不当,不均匀沉降引起的裂缝;
保温、隔热施工质量欠缺,气温变化引起混凝土构件变形差造成的温度裂缝;混凝土结构与围护构件之间连接施工不良,引起可见的界面裂缝;混水结构抹面层施工不良引起的表层裂缝。

四、使用状态
设计、施工质量良好的混凝土结构,在服役期同样会出现裂缝。这与混凝土结构的使用情况及耐久性有关。向市场经济过渡以后,建筑物成为商品而归属关系往往发生变化,不再像计划经济时代那样“从一而终”。由此混凝土结构往往改变使用功能和环境条件,从而引发各种事故(包括产生裂缝)。这种现象近年还有增加的趋势,下面作简要介绍:
粗暴使用在役结构,严重超载、承受动力荷载、疲劳荷载等非设计工况的作用,引发安全隐患及裂缝;
擅自改变结构用途,任意改造结构形式,甚至在传力的关键部位钻孔、穿墙、打洞,干扰结构传力体系,引发安全隐患及裂缝;
由于用途改变造成结构使用环境的变化,如高温、潮湿、腐蚀性介质引起的安全隐患及裂缝;
结构超期服役而未加必要的检测鉴定(评估),由于抗力退化而引起安全隐患和裂缝;结构长期使用而未进行定期检查维护,环境侵蚀引起的裂缝;
对于某些定期使用而应周期更换的构件(如暴露于大气中的栏杆等构件),缺乏有效的监控、维护和更换,从而引发裂缝。
由于我国对于混凝土结构耐久性的研究起步较晚,目前尚缺乏比较成熟的规范、标准;尤其对于在役期结构的使用维护,尚处于没有标准、规范控制的状态;加上建国后大规模基建期的许多建筑结构,已接近或到达了设计使用年限;建筑商品化以后,又缺乏有效的管理等,由此而引起的裂缝及潜在的安全问题日益严重,应引起我们的注意。
五、影响裂缝因素的复杂性
上面用较大篇幅简要地罗列了影响裂缝形式的各种因素,这对于正确认识和分析裂缝的成因及性质有一定的参考作用。但是应该认识到:实际混凝土结构工程中真正的裂缝很少是由单一因素引起的,往往是多种原因共同作用的综合结果。
因此,首先应该学会认真仔细地观察、分析裂缝的形态(部位、走向、宽度、发展趋势等);而后了解有关混凝土材料的信息(原料、配合比、性能等)、设计竣工图、施工验收资料等;当然也不能遗漏结构承载受力的服役历史及维护检修情况。
只有认真地了解和掌握足够多的信息资料,才有可能全面分析裂缝产生的原因。当然这需要有一定的结构常识和工程经验,在后面各章中还将详细叙述,并用图示加以说明。只有能够正确判断裂缝产生的各种原因以及影响程度,才有可能对裂缝的性质及其对结构安全及使用功能的影响作出科学的判断,从而有把握采取针对性的措施进行有效地处理。
因此,能够从错综复杂的各种表面现象中学会正确地判断裂缝原因及性质,这是处理裂缝问题的基础,也是工程技术人员的重要技能。
