膨脹裂縫

膨脹裂縫是由於混凝土各部分膨脹不均勻使得混凝土局部產生拉應力，而混凝土的抗拉性能遠低於抗壓性能，所以當拉應力超過混凝土的極限抗拉強度時，混凝土中就會產生膨脹裂縫。

建築工程中，裂縫的出現會降低混凝土結構的強度，剛度以及耐久性等，影響結構的安全度，降低建築的使用壽命，嚴重時會危害人身和財產安全。

基本介紹

• 中文名：膨脹裂縫
• 外文名：dilated fissure    
• 科目：土木工程
• 檢測方法：應變計法等
• 產生原因：延遲鈣礬石膨脹裂縫等
• 微膨脹裂縫：水泥的質量較差

基本概念

建築工程中，裂縫的出現會降低混凝土結構的強度，剛度以及耐久性等，影響結構的安全度，降低建築的使用壽命，嚴重時會危害人身和財產安全。

裂縫按照產生原因主要分為兩類：一是外荷載直接產生的應力或者是結構次應力引起的裂縫；二是非荷載作用例如溫度，收縮，膨脹等產生的應力引起的裂縫。混凝土中最常見的裂縫是由非荷載作用引起的，建築工程中能造成開裂的常見非荷載因素有乾燥收縮，自收縮，溫度應力，鋼筋鏽蝕膨脹開裂，鹼骨料反應等。
膨脹裂縫是由於混凝土各部分膨脹不均勻使得混凝土局部產生拉應力，而混凝土的抗拉性能遠低於抗壓性能，所以當拉應力超過混凝土的極限抗拉強度時，混凝土中就會產生膨脹裂縫。

產生原因

膨脹裂縫的產生有以下幾種情況：

1)使用的水泥安定性不良，游離的氧化鎂或氧化鈣含量較高或骨料中混入鎂砂、白雲石等有害雜質引起不均勻膨脹產生的裂縫。
2)混凝土中摻加了微膨脹劑，拌和不均勻、振搗不到位所引起的不均勻膨脹。
3)混凝土結構局部處於高溫環境，局部處於低溫環境，造成高溫區域混凝土與低溫區域混凝土不均勻膨脹而產生的裂縫。
4)在寒冷條件下澆注混凝土，未採取有效的保溫及養護措施，混凝土中的水分受凍體積膨脹造成開裂，或後張預應力結構，壓漿後養護保溫不當，漿液受凍膨脹，也容易產生沿預應力方向的裂縫。
5)化學膨脹裂縫有4種類型：

a.鋼筋鏽蝕膨脹裂縫，混凝土中氯離子含量過高，會使鋼筋產生化學腐蝕生成鐵鏽，鋼筋體積膨脹造成混凝土開裂；

b.水泥桿菌腐蝕裂縫，混凝土中的鋁酸三鈣受鎂鹽或氟酸鹽的侵蝕，生成的難溶物質體積膨脹，使混凝土脹裂；

c.鹼集料反應裂縫，混凝土的集料中含有游離二氧化矽，與水泥中的鹼發生反應，生成矽酸凝膠，矽酸凝膠吸水後體積膨脹，造成混凝土開裂，鹼集料反應被稱為混凝土的癌症，具有極大的破壞性；

d.水泥中含有大量游離氧化鈣，在混凝土硬化後繼續水化而產生體積膨脹。
6)延遲鈣礬石膨脹裂縫。延遲鈣礬石指的是混凝土在早期完全硬化後且無外來硫酸根離子的條件下經過高溫養護處理後，混凝土中的鈣礬石部分或全部分解，後期在一定的外部條件下，分解後的產物又重新生成鈣礬石的過程。後期生成的鈣礬石在混凝土硬化後結晶膨脹，對混凝土產生擠壓應力致使混凝土產生膨脹，膨脹的不均勻性會導致混凝土中產生拉應力，當拉應力超過混凝土能承受的抗拉極限，混凝土就會產生微裂縫，微裂縫會繼續在混凝土中發展，甚至可能貫穿混凝土產生表面裂縫。
延遲鈣礬石破壞作用一般在幾個月甚至幾年後顯現，這種滯後的膨脹會引起混凝土結構的破壞，造成巨大的經濟損失。延遲鈣礬石引起的混凝土膨脹開裂的時間周期較長，且造成破壞的混凝土往往是投入實際使用的混凝土結構，因此很難對其產生的破壞進行評估。

監測裂縫方法

目前套用在混凝土中的監測裂縫方法有以下幾種：

應變計法

將電阻片埋入混凝土，經線路連線到應變儀，通過測試得到的混凝土應變大小來判斷裂縫的產生。

超聲脈衝法

這種方法是將超聲脈衝發射到混凝土內部，脈衝傳遞一段距離後，再用一個信號接收器接受，根據超聲脈衝在混凝土內的變化情況來判斷裂縫的情況。

聲發射法

聲發射是物體本身發射出來的一種應力波，材料受力後會不斷發生應變，當超過承受範圍後就會以電波聲波的形式發射出來，聲發射儀就是按照這種原理工作。

光敏薄層法

其原理是將光彈性薄片材料緊密粘在混凝土表面，使其與混凝土共同受力，混凝土出現裂縫前，在相應裂縫出現的位置出現應力集中，光敏薄層上出現條紋，藉助反彈式光彈儀顯示應力條紋圖像，可以看出應力集中條紋處的干涉條紋強於其他量級，因而可以準確的預報裂縫發生的位置。
上述方法的基本原理都相似，都是通過向混凝土中外加電聲信號，開裂會影響信號在混凝土中的傳遞過程，進而改變輸出信號，通過對輸出信號監測可以判斷裂縫的產生。
混凝土中產生膨脹裂縫的原因是多種多樣的，其中延遲鈣礬石造成的混凝土膨脹開裂有破壞潛力大，時間周期長，難以監測評估等特點，是交流阻抗譜潛重要的潛在套用方向。

骨料膨脹引起的裂縫

骨料膨脹引起的裂縫是近年來常見的一種病害，這類病害俗稱“混凝士的癌症’。1984年首先在房屋建築中發現，繼而在橋樑領域中發現，裂縫形態呈層離狀、局部呈放射狀及龜裂狀裂縫。

骨料膨脹病害分類

①“鹼骨料反應”引起骨料膨脹，破壞矽；

②含有氧化鎂骨料、硫酸鹽骨料或生石灰緩慢水化膨脹而破壞鹼。這類病害的進展由表及里，這與外界潮氣由表面通過毛細孔逐漸滲人有關。

發生“鹼骨料反應”產生的條件

①矽骨料中含有一定量的鹼活性二氧化矽，當含量大於5%時，對鹼構件可能會產生損害；

②鹼中鹼含量超過一定量（一般控制在3 kg/m3之內）；

③水。一般產生這類病害是在結構竣工數年後（一般在五年後）發生。
這類材料自損現象危害很大，當在某一處首先發現這類病害時，應把它當作一個信號，很可能在其他部位也會相繼出現。

骨料膨脹病害的危害性的表現形式

①骨料膨脹裂縫後使截面削弱；

②裂縫處易滲水，鏽蝕鋼筋；

③受壓區因骨料膨脹而損壞，達到一定程度後，可能會出現突然破壞；

④梁端因骨料膨脹而損壞，有可能產生斜壓破壞。
綜上所述，對骨料膨脹病害必須予以重視，應該在施工前，對骨料進行檢驗，對水泥及添加劑的鹼含量加以控制，做好放水隔離。對於已建結構，必須發現一處及時進行有效修補一處，同時做好矽毛細孔封閉工作，隔絕水分或潮氣侵入，若發現已經嚴重，則應拆除重建。

骨料膨脹裂縫的辨別方法

①膨脹骨料在構件淺層，一般呈網狀及放射形裂縫，裂縫交點處為膨脹骨料所在位置；

②當膨脹骨料在鋼筋背後，則骨料膨脹後，會把鋼筋那頂彎，此時有可能產生順鋼筋裂縫，但其長度不長，同時可能出現鹼被沖剪破裂，其裂縫為周邊一圈；

③沖剪錐體邊緣裂縫的兩側有高差；

④若內部膨脹骨料為瀰漫性分布，其內部有可能產生層理千層餅似的裂縫；

⑤與網狀收縮裂縫的區別有兩點：一是收縮裂縫一般發生時間較早，多在施工後即發生，而骨料膨脹裂縫均在幾年之後發生；二是收縮裂縫兩側無高差，而骨料膨脹兩側有高差。

微膨脹裂縫

混凝土構件上存在的微膨脹裂縫出現的部位無規則，表現形式為網狀或龜裂狀，多出現於混凝土凝結硬化中期，由混凝土原材料的影響而產生。

裂縫產生的原因及危害

混凝土材料從散裝物體變為具有一定強度及硬度的物體，主要是由於混凝土中的水泥與水發生了化合反應。因此此類微膨脹裂縫也是由於水泥的質量較差而導致。此類裂縫產生的原理是水泥中的游離氧化鈣與氧化鎂水解之後產生膨脹，從而導致混凝土產生膨脹，最終因膨脹應力大於混凝土自身的抗拉應力而出現裂縫。此類裂縫寬度較小，多表現在混凝土構件表而，因此對豎向承載力影響較小，但對混凝土構件的耐久性有一定的影響。當混凝土構件中出現此類裂縫時，施工單位應對此類現象進行重視，最佳的解決辦法是更換優質水泥，避免此類現象較多而產生一定的混凝土質量隱患。

預防措施

1)混凝土攪拌站不應為降低混凝土製作成本而選用劣質水泥，施工單位應對攪拌站所使用的水泥進行第三方機構檢測，對其化學成分進行分析，避免水泥記憶體在膨脹物質或其他有害介質，從而影響混凝土澆築質量；
2)混凝土攪拌站選用其他原材料時，應對原材料的雜質進行抽檢，避免原材料中摻有較多的膨脹物質，從而影響後續澆築施工質量。