膨脹裂縫基本概念

建筑工程中，裂縫的出現(xiàn)會降低混凝土結(jié)構(gòu)的強度，剛度以及耐久性等，影響結(jié)構(gòu)的安全度，降低建筑的使用壽命，嚴重時會危害人身和財產(chǎn)安全。

裂縫按照產(chǎn)生原因主要分為兩類：一是外荷載直接產(chǎn)生的應力或者是結(jié)構(gòu)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(chǎn)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，建筑工程中能造成開裂的常見非荷載因素有干燥收縮，自收縮，溫度應力，鋼筋銹蝕膨脹開裂，堿骨料反應等。

膨脹裂縫是由于混凝土各部分膨脹不均勻使得混凝土局部產(chǎn)生拉應力，而混凝土的抗拉性能遠低于抗壓性能，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(chǎn)生膨脹裂縫。

膨脹裂縫的產(chǎn)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、白云石等有害雜質(zhì)引起不均勻膨脹產(chǎn)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(jié)構(gòu)局部處于高溫環(huán)境，局部處于低溫環(huán)境，造成高溫區(qū)域混凝土與低溫區(qū)域混凝土不均勻膨脹而產(chǎn)生的裂縫。

4)在寒冷條件下澆注混凝土，未采取有效的保溫及養(yǎng)護措施，混凝土中的水分受凍體積膨脹造成開裂，或后張預應力結(jié)構(gòu)，壓漿后養(yǎng)護保溫不當，漿液受凍膨脹，也容易產(chǎn)生沿預應力方向的裂縫。

5)化學膨脹裂縫有4種類型：

a.鋼筋銹蝕膨脹裂縫，混凝土中氯離子含量過高，會使鋼筋產(chǎn)生化學腐蝕生成鐵銹，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(zhì)體積膨脹，使混凝土脹裂；

c.堿集料反應裂縫，混凝土的集料中含有游離二氧化硅，與水泥中的堿發(fā)生反應，生成硅酸凝膠，硅酸凝膠吸水后體積膨脹，造成混凝土開裂，堿集料反應被稱為混凝土的癌癥，具有極大的破壞性；

d.水泥中含有大量游離氧化鈣，在混凝土硬化后繼續(xù)水化而產(chǎn)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后且無外來硫酸根離子的條件下經(jīng)過高溫養(yǎng)護處理后，混凝土中的鈣礬石部分或全部分解，后期在一定的外部條件下，分解后的產(chǎn)物又重新生成鈣礬石的過程。后期生成的鈣礬石在混凝土硬化后結(jié)晶膨脹，對混凝土產(chǎn)生擠壓應力致使混凝土產(chǎn)生膨脹，膨脹的不均勻性會導致混凝土中產(chǎn)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(chǎn)生微裂縫，微裂縫會繼續(xù)在混凝土中發(fā)展，甚至可能貫穿混凝土產(chǎn)生表面裂縫。

延遲鈣礬石破壞作用一般在幾個月甚至幾年后顯現(xiàn)，這種滯后的膨脹會引起混凝土結(jié)構(gòu)的破壞，造成巨大的經(jīng)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(jié)構(gòu)，因此很難對其產(chǎn)生的破壞進行評估。

目前應用在混凝土中的監(jiān)測裂縫方法有以下幾種：

膨脹裂縫應變計法

將電阻片埋入混凝土，經(jīng)線路連接到應變儀，通過測試得到的混凝土應變大小來判斷裂縫的產(chǎn)生。

膨脹裂縫超聲脈沖法

這種方法是將超聲脈沖發(fā)射到混凝土內(nèi)部，脈沖傳遞一段距離后，再用一個信號接收器接受，根據(jù)超聲脈沖在混凝土內(nèi)的變化情況來判斷裂縫的情況。

膨脹裂縫聲發(fā)射法

聲發(fā)射是物體本身發(fā)射出來的一種應力波，材料受力后會不斷發(fā)生應變，當超過承受范圍后就會以電波聲波的形式發(fā)射出來，聲發(fā)射儀就是按照這種原理工作。

膨脹裂縫光敏薄層法

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(xiàn)裂縫前，在相應裂縫出現(xiàn)的位置出現(xiàn)應力集中，光敏薄層上出現(xiàn)條紋，借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于其他量級，因而可以準確的預報裂縫發(fā)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(jiān)測可以判斷裂縫的產(chǎn)生。

混凝土中產(chǎn)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(jiān)測評估等特點，是交流阻抗譜潛重要的潛在應用方向。

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“混凝士的癌癥’。1984年首先在房屋建筑中發(fā)現(xiàn)，繼而在橋梁領域中發(fā)現(xiàn)，裂縫形態(tài)呈層離狀、局部呈放射狀及龜裂狀裂縫。

膨脹裂縫骨料膨脹病害分類

①“堿骨料反應”引起骨料膨脹，破壞硅；

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堿。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。

膨脹裂縫發(fā)生“堿骨料反應”產(chǎn)生的條件

①硅骨料中含有一定量的堿活性二氧化硅，當含量大于5%時，對堿構(gòu)件可能會產(chǎn)生損害；

②堿中堿含量超過一定量（一般控制在3 kg/m3之內(nèi)）；

③水。一般產(chǎn)生這類病害是在結(jié)構(gòu)竣工數(shù)年后（一般在五年后）發(fā)生。

這類材料自損現(xiàn)象危害很大，當在某一處首先發(fā)現(xiàn)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(xiàn)。

膨脹裂縫骨料膨脹病害的危害性的表現(xiàn)形式

①骨料膨脹裂縫后使截面削弱；

②裂縫處易滲水，銹蝕鋼筋；

③受壓區(qū)因骨料膨脹而損壞，達到一定程度后，可能會出現(xiàn)突然破壞；

④梁端因骨料膨脹而損壞，有可能產(chǎn)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，對水泥及添加劑的堿含量加以控制，做好放水隔離。對于已建結(jié)構(gòu)，必須發(fā)現(xiàn)一處及時進行有效修補一處，同時做好硅毛細孔封閉工作，隔絕水分或潮氣侵入，若發(fā)現(xiàn)已經(jīng)嚴重，則應拆除重建。

膨脹裂縫骨料膨脹裂縫的辨別方法

①膨脹骨料在構(gòu)件淺層，一般呈網(wǎng)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后，則骨料膨脹后，會把鋼筋那頂彎，此時有可能產(chǎn)生順鋼筋裂縫，但其長度不長，同時可能出現(xiàn)堿被沖剪破裂，其裂縫為周邊一圈；

③沖剪錐體邊緣裂縫的兩側(cè)有高差；

④若內(nèi)部膨脹骨料為彌漫性分布，其內(nèi)部有可能產(chǎn)生層理千層餅似的裂縫；

⑤與網(wǎng)狀收縮裂縫的區(qū)別有兩點：一是收縮裂縫一般發(fā)生時間較早，多在施工后即發(fā)生，而骨料膨脹裂縫均在幾年之后發(fā)生；二是收縮裂縫兩側(cè)無高差，而骨料膨脹兩側(cè)有高差。

混凝土構(gòu)件上存在的微膨脹裂縫出現(xiàn)的部位無規(guī)則，表現(xiàn)形式為網(wǎng)狀或龜裂狀，多出現(xiàn)于混凝土凝結(jié)硬化中期，由混凝土原材料的影響而產(chǎn)生。

膨脹裂縫裂縫產(chǎn)生的原因及危害

混凝土材料從散裝物體變?yōu)榫哂幸欢◤姸燃坝捕鹊奈矬w，主要是由于混凝土中的水泥與水發(fā)生了化合反應。因此此類微膨脹裂縫也是由于水泥的質(zhì)量較差而導致。此類裂縫產(chǎn)生的原理是水泥中的游離氧化鈣與氧化鎂水解之后產(chǎn)生膨脹，從而導致混凝土產(chǎn)生膨脹，最終因膨脹應力大于混凝土自身的抗拉應力而出現(xiàn)裂縫。此類裂縫寬度較小，多表現(xiàn)在混凝土構(gòu)件表而，因此對豎向承載力影響較小，但對混凝土構(gòu)件的耐久性有一定的影響。當混凝土構(gòu)件中出現(xiàn)此類裂縫時，施工單位應對此類現(xiàn)象進行重視，最佳的解決辦法是更換優(yōu)質(zhì)水泥，避免此類現(xiàn)象較多而產(chǎn)生一定的混凝土質(zhì)量隱患。

膨脹裂縫預防措施

1)混凝土攪拌站不應為降低混凝土制作成本而選用劣質(zhì)水泥，施工單位應對攪拌站所使用的水泥進行第三方機構(gòu)檢測，對其化學成分進行分析，避免水泥內(nèi)存在膨脹物質(zhì)或其他有害介質(zhì)，從而影響混凝土澆筑質(zhì)量；

2)混凝土攪拌站選用其他原材料時，應對原材料的雜質(zhì)進行抽檢，避免原材料中摻有較多的膨脹物質(zhì)，從而影響后續(xù)澆筑施工質(zhì)量。 2100433B

學科：自然災害與防治

詞目：膨脹土地裂縫災害

英文：land crack disaster of swelling clay

釋文：它分布在不同時代和不同成因的膨脹土發(fā)育區(qū),特別是在時代較老的殘積、坡積、沖積膨脹土區(qū)最嚴重。膨脹土地裂縫還受氣候、植被、地貌、水文等條件影響。通常在氣候干旱或者旱澇無常,膨脹土含水量變化刷烈的情況下,地裂縫最嚴重。膨脹土地裂縫的規(guī)模一般都比較小,長度多在數(shù)卜米,寬度不超過10厘米,深度多在3米以內(nèi)。地裂縫形態(tài)多呈上寬下窄的“v”字形。伴隨膨脹土的反復脹縮變形,地裂縫時閉時張,時大時小。在地裂縫活動的同時,常產(chǎn)生一定的側(cè)向壓力,因此引起局部地面隆起或下沉。 2100433B

1．龜狀裂縫：龜狀裂縫多出現(xiàn)在土壩表面，分布較均勻，縫細而短，對堤壩危害較小。龜狀裂縫產(chǎn)生的原因，主要是粘性土水分蒸發(fā)，表面土體收縮，故又稱干縮裂縫。填筑土料粘性愈大、含水量愈高，干裂的可能性愈大。

2．橫向裂縫：橫向裂縫的走向與堤壩軸線垂直或斜交,常出現(xiàn)在堤壩頂部并伸入堤壩內(nèi)一定深度，嚴重的可發(fā)展到堤壩坡，甚至貫通上下游造成集中滲漏，直接危及堤壩的安全。產(chǎn)生橫向裂縫的原因，主要是相鄰堤壩段壩基產(chǎn)生較大的不均勻沉陷，常發(fā)生于堤壩合攏段，堤壩體與交界部位施工分縫交界段以及壩基壓縮變形大的壩段等。

3．縱向裂縫：縱向裂縫的走向與堤壩軸線平行或接近平行，多出現(xiàn)在堤壩頂部或堤壩坡上部，裂縫逐漸向壩體內(nèi)部垂直延伸。它一般比橫向裂縫長，若不及時處理，雨水入侵后會造成大壩脫坡險情?？v向裂縫產(chǎn)生原因：一種因分期加高，壓實質(zhì)量和填筑材料不同；用貼坡培厚法處理背水坡滲水時，貼坡砂層未灌水也不壓實，致使蓄水后砂層浸水下沉，培土表面發(fā)生縱向裂縫；另一種因施工碾壓不實，施工質(zhì)量不好，筑壩土料含水量過高；初次蓄水，或汛期水位驟降導致堤壩坡失穩(wěn)，產(chǎn)生脫坡初期的縱向裂縫。

4．內(nèi)部裂縫：產(chǎn)生內(nèi)部裂縫的原因和可能出現(xiàn)的部位有：如在狹窄山谷壓縮性大的地基上修建土壩，在壩體沉降過程中，上部壩體重量通過剪力和拱的作用，被傳遞到兩端山體和基巖中去，而壩體下部沉陷，有可能使壩體在某一平面上被拉開，形成水平裂縫；此外，堤壩壩基或堤壩與建筑物接觸處因產(chǎn)生不均勻的沉陷而產(chǎn)生內(nèi)部裂縫等。