2 混凝土裂缝的分类及成因
混凝土结构的裂缝是一个相当普遍的现象，大量工程实践以及近代科学关于混凝土强度的细观研究都表明结构物的裂缝是不可避免的，它是材料的一种特性。因此，科学地对待裂缝问题是在对裂缝进行分类、研究的基础上，采取有效的措施，将裂缝的有害程度控制在允许的范围内。本章将就混凝土结构中常见裂缝进行分类，并对结构中占主要部分的裂缝进行成因分析。
2.1 混凝土结构裂缝的分类
2.1.1 按裂缝的成因分类
根据混凝土裂缝产生的原因，可分为结构性裂缝和非结构性裂缝两大类。 一、结构性裂缝
结构性裂缝是由荷载引起的，其裂缝与荷载相对应，是承载力不足的结果，其裂缝形式多种多样，主要形式有：
（一）设计原因引起的裂缝
1、钢筋锚固长度不满足要求产生的裂缝。
2、设计时的计算简图与实际受力情况不符产生的裂缝。 3、计算理论选择错误，结构构造不当引起的裂缝。 4、构件的刚度不满足要求，导致结构开裂。 5、平板结构中结构构造不当导致板面开裂。
6、计算模型选择时，考虑主要应力，忽略次要应力，而忽略部分的应力导致。结构中产生的裂缝。
7、设计时未考虑施工方法，由此在结构中产生的裂缝。 8、预制构件连接部分的裂缝。 （二）施工原因引起的裂缝
1、施工时，钢筋位置摆放不正确，在结构中引起的裂缝。 2、模板支护不当，在构件中产生的裂缝。
3、施工使用的原材料不符合设计要求或不合格而引起的裂缝。
4、施工时，构件未达到规定的强度要求便使其承受堆载等荷载而引起的裂缝。 5、施工质量达不到要求而引起的裂缝。 （三）使用原因引起的裂缝
1、改变建筑物的使用条件引起的裂缝。
2、火灾等事故引起的裂缝。
3、由地震等偶然荷载引起的结构开裂。 二、非结构性裂缝
由各种变形变化引起的裂缝。从国内外的研究资料以及大量的工程实践来看，非结构性裂缝在混凝土结构裂缝中占了绝大多数，约为80%，其形成原因比较复杂，以收缩裂缝为主导，工程中比较常见的非结构性裂缝有收缩裂缝、温度裂缝和沉降裂缝。 1、收缩裂缝
收缩裂缝是由湿度变化引起的，它是混凝土非结构性裂缝中的主要部分。根据收缩裂缝的形成机理与形成时间的不同，工程中常见的收缩裂缝主要有塑性收缩裂缝、沉降收缩裂缝和干燥收缩裂缝三类，此外，还有自身收缩裂缝和碳化收缩裂缝等。 2、温度裂缝
混凝土受温度变化产生热胀冷缩，如果混凝土内外温差或季节气温变化过大，在混凝土结构内部产生温度应力，当温度应力超过混凝土的抗拉强度时，混凝土就会产生裂缝，这种裂缝为温度裂缝。温度裂缝常出现在我国北方地区的建筑物中。
3、沉降裂缝
地基基础承载上部结构的荷载作用，当地基基础承载力不均匀或地基承载力均匀但建筑物建成后各不同部位荷载差异较大，导致地基产生不均匀沉降，这种不均匀沉降在结构内部产生拉应力及剪应力，当这种拉应力及剪应力超过结构自身的抗拉及抗剪强度时，结构就会在最薄弱的部位产生裂缝，称为沉降裂缝。这种裂缝多为贯穿的，其位置与沉降方向一致。 2.1.2 按裂缝产生的时间分类
根据混凝土裂缝产生的时间划分，可将裂缝分为施工期间出现的裂缝和使用期间出现的裂缝。
一、施工期间出现的裂缝 1、塑性收缩裂缝
大多发生在混凝土初凝后、终凝前。此裂缝多产生于新浇筑的混凝土结构表面，形状规则且长短不一，互不连贯，裂缝较浅。在环境气温高、风速大，气候干燥
的情况下易于出现。 2、沉降收缩裂缝
沉降收缩裂缝多在混凝土浇筑后产生，硬化后停止。多沿结构上表面钢筋通长方向或箍筋上出现，或在预埋件的附近周围出现。裂缝呈菱形，宽度1～4mm，深度不大，一般延伸至钢筋上表面为止。 3、干燥收缩裂缝
这类裂缝一般在混凝土浇注后一段时间出现，严重时该裂缝会由表及里，由小到大逐步向结构内部发展，形成贯穿裂缝，一般在薄壁混凝土结构中常出现。 4、温度裂缝
多发生在混凝土浇注后的硬化过程中，裂缝宽度受温度变化影响较为明显，冬季较宽，夏季较细。
5、其他一些施工原因产生的裂缝，如混凝土搅拌、运输、浇注、振捣等工序的疏漏缺陷导致的裂缝，以及模板构造不当、拆模时间过早或方法不当，现场建材的堆放和钢筋绑扎不当，水电预埋管细部处理不当等都可能产生混凝土裂缝。 二、使用期间出现的裂缝 1、钢筋锈蚀膨胀产生的裂缝
钢筋表面出现锈斑、锈片后进一步发展成整个钢筋表面锈蚀，并产生膨胀，与保护层脱离，发生层裂，最后表现为钢筋铁锈进一步膨胀，混凝土本身发生破坏，出现顺筋裂缝，混凝土脱离。
2、盐碱类介质及酸性侵蚀气、液体等引起的裂缝
盐碱类介质及酸性侵蚀气、液体等引起了混凝土的PH值发生变化，导致了钢筋锈蚀，最终导致混凝土产生裂缝。 3、冻融循环造成的裂缝
受冻混凝土内部水分结成冰，产生膨胀，膨胀应力较大时，使结构出现裂缝。混凝土表面和内部所含水分的冻结和融化的交替出现，形成了冻融循环。冻融的反复作用，使得混凝土结构出现裂缝，造成建筑构造的严重破坏。 4、碱骨料反应引起的裂缝
混凝土骨料石子中的活性二氧化硅（SiO2）如白云质石灰岩石子等，与水泥中过量的碱发生的化学反应。这种反应一般在水泥混凝土硬化后进行，反应生成碱性硅酸盐或碳酸盐，体积膨胀，使混凝土产生裂纹并破坏。
2.1.3 按裂缝的形状分类
混凝土结构中的裂缝按形状可分为：
（1）纵向裂缝，多数平行于混凝土构件底面，顺筋分布，主要是由钢筋锈蚀作用引的。
（2）横向裂缝，垂直于构件底面，主要是由荷载作用、温差作用引起的。 （3）剪切裂缝，主要是由于竖向荷载或震动位移引起的。
（4）斜向裂缝、八字形或倒八字形裂缝，常见于混凝土墙体和混凝土梁，主要因地基的不均匀沉降以及温差作用引起。
（5）X形裂缝，常见于框架梁、柱的端头以及墙面上，由于瞬间的机械撞击作用或者震动荷载作用引起。
（6）各种不规则裂缝，如反复冻融或火灾等引起的裂缝。有直缝及不规则形状裂缝，此种裂缝中间宽并且贯通，两头深度较浅，多发生于混凝土楼板。
此外，还有因混凝土搅拌或运输时间过长引起的网状裂缝，现浇楼板四角出现的放射状裂缝或板面出现的十字形裂缝等等。 2.1.4 按裂缝的发展状态分类
根据裂缝所处的运动状态及其发展趋势，可分为：
1、稳定裂缝。这种裂缝不影响持久应用，包括两类：一类是在运动过程中可以自愈合的裂缝，常见于一些新建的防水工程中，这是由于裂缝处水泥颗粒在渗漏过程中与水进一步化合，析出Ca（OH）2晶体且部分Ca（OH）2又与溶解在水中的CO2发生碳化反应形成CaCO3结晶，两者形成的凝胶物质将胶合裂缝封闭，从而渗漏停止，裂缝达到自愈。另一类是处于稳定运动中的裂缝，如在周期性荷载作用下产生的周期性扩展和闭合的裂缝。
2、不稳定裂缝。这种裂缝将产生不稳定性的扩展，影响结构物的持久使用，应视其扩展部位，采取相应的措施。
就这两种裂缝而言，不稳定裂缝对工程结构安全的危害更大。
2.2 混凝土裂缝的产生原因
如前所述，混凝土裂缝的形式是多种多样的，产生的原因也非常复杂，而非结构性裂缝约占混凝土结构裂缝的80％左右，是混凝土结构中的主要裂缝和常见裂缝，因此，本节将对几种主要的非结构性裂缝的产生原因进行浅要分析。
2.2.1 收缩裂缝的产生原因分析
收缩裂缝是由湿度变化引起的，它占混凝土非结构性裂缝中的主要部分。混凝土是以水泥为主要胶结材料，以天然砂、石为骨料加水拌合，经过浇筑成型、凝结硬化形成的人工石材。在施工中，为保证其和易性，往往加入比水泥水化作用所需的水分多4～5倍的水。多出的这些水分以游离态形式存在，并在硬化过程中逐步蒸发，从而在混凝土内部形成大量毛细孔、空隙甚至孔洞，造成混凝土体积收缩。此外，混凝土硬化过程中水化作用和碳化作用也会引起混凝土体积收缩。根据有关试验测定，混凝土最终收缩量约为0.04％～0.06％。可见，收缩是混凝土固有的物理特性，一般来说，水灰比越大、水泥强度越高、骨料越少、环境温度越高、表面失水越大，则其收缩值越大，也越易产生收缩裂缝。根据收缩裂缝的形成机理与形成时间，工程中常见的收缩裂缝主要有塑性收缩裂缝、沉降收缩裂缝和干燥收缩裂缝三类，此外，还有自身收缩（化学减缩）裂缝和碳化收缩裂缝。
（1）塑性收缩裂缝
塑性收缩裂缝多产生于新浇混凝土表面，大多产生于混凝土初凝后、终凝前。混凝土表面水分蒸发速度超过其内部初、终凝硬化的速度，致使混凝土表面收缩，但是这种收缩受到结构构件和下层配筋约束而产生的浅层开裂，有时还有收缩与压缩的叠加。裂缝多呈外宽内窄，常见为不规则的多边形或与钢筋方向相互平行，长度从几厘米到几米不等，一般自表面开始，但也可发展成贯穿裂缝。在环境气温高、风速大，气候干燥的情况下易于出现。高性能混凝土特别容易产生这种裂缝。
主要成因分析：①混凝土浇注后未及时覆盖，表面水分蒸发过快，产生急剧的体积收缩，而此时混凝土强度极低，不能抵抗这种变形应力而导致开裂；②水泥用量过多，或使用过量粉砂，或混凝土水灰比过大；③使用有渗透性的柔性模板、模板、垫层过于干燥，吸水大；④振捣不足。
（2）干燥收缩裂缝
这类裂缝一般在混凝土浇注一段时间后出现，裂缝多为表面性的，宽度较细，多在0.05～0.2mm。走向纵横交错，没有规律性。但薄壁混凝土结构中，多沿结构的短方向分布；此外在结构变截面处以及大体积混凝土的平面部位较多见。严重时裂缝会由表及里，由小到大逐步向深部发展，形成贯穿裂缝。