混凝土開裂機理

任何建材組成的構造物皆會存在開裂現象，如：木造、磚造、鋼筋混凝土等，

因經過風化作用、外力作用、設計施工、材料之缺陷，都將會使建材劣化而產生 裂縫。以物理現象來說，水分蒸發時表層毛細管中的水面形成彎月面，彎月面上 表面張力的垂直分量對管壁產生了拉應力。此時的抗拉強度較低，若表層毛細管 失水收縮產生的拉應力大於抗拉強度時，則表層出現開裂現象。且拉應力產生的 原因繁多，可能因構造物局部所產生的沉陷較大而造成偏心所致，或因建材受到 束制作用不得隨意伸縮而產生張應力，也可能因外力作用而承受張應力。由許多 工程經驗告訴我們，結構物的裂縫是不可避免的，這種裂縫大部分寬度都很小，

所及的深度也不大，長度較短，在性能上的破壞性不大，但因材料本身乾縮或自 體收縮造成的體積變化，發生的部分大多在次要構材或是裝修層，這些裂縫常因 外在水分、氧氣、氯離子等有害因子的進入，使裂縫變大，造成構造物性能上的 破壞，因此如何延緩因材料本身乾縮或自體收縮造成的裂縫與降低裂縫寬度是值 得再深入研究的[19]。

壹、裂縫原因分析

由於混凝土的組成材料、微觀構造以及所受外界影響的不同，混凝土中產生 裂縫有多種原因，主要是溫度和濕度的變化，混凝土的脆性和不均勻性，以及結 構不合理，原材料不合格，變形，基礎不均勻沉降等。

（1）混凝土在硬化的過程中，由於乾縮引起的體積變形受到約束時產生的裂縫，

這種裂縫的寬度有時會很大，甚至會貫穿整個構件。

（2）混凝土在硬化期間水泥產生大量水化熱，內部溫度不斷上升，在混凝土表 面引起拉應力。後期在降溫過程中，由於受到基礎或老混凝土的約束，又會在混 凝土內部出現拉應力。氣溫的降低也會在混凝土表面引起很大的拉應力，當這些 拉應力超出混凝土的抗裂能力時，即會出現裂縫。

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（3）在厚度較大的構件中，由於混凝土的塑性塌落受到範本或頂部鋼筋的抑制，

在澆搗後數小時會發生這種由於混凝土塑性塌落引起的裂縫。

（4）當有約束時，混凝土熱漲冷縮所產生的體積漲縮，因為受到約束力的限制，

在內部產生了溫度應力，由於混凝土抗拉強度較低，容易被溫度引起的拉應力拉 裂，從而產生溫度裂縫。由於太陽暴曬產生裂縫也是工程中最常見的現象。

（5）混凝土加水拌和後，水泥中的鹼性物質與活性粒料中活性氧化矽等起反應，

析出的膠狀碱——矽膠從周圍介質中吸水膨漲，體積增大三倍，從而使混凝土漲 裂產生裂縫。

（6）許多混凝土的內部濕度變化很小或變化較慢，但表面濕度可能變化較大或 發生劇烈變化，如養護不當、時乾時濕，表面乾縮變形受到內部混凝土體的約束，

也往往產生裂縫。

（7）構件超載產生的裂縫，例如：構件在超出設計的均布荷載或集中荷載作用 下產生內力彎矩，出現垂直於構件縱軸的裂縫，構件在較大剪力作用下，產生斜 裂縫，並向上、下延伸。

（8）當結構的基礎出現不均勻沉陷，就有可能會產生裂縫，隨著沉陷的進一步 發展，裂縫會進一步擴大。

（9）當鋼筋混凝土處於不利環境中，例如：侵蝕性水，由於混凝土保護層厚度 有限，特別是當混凝土密實性不良，環境中的氯離子等和溶於水中的氧會使混凝 土中的鋼筋生銹，生成氧化鐵，氧化鐵的體積比原來金屬的體積大的多，鐵銹體 積膨脹，對周圍混凝土擠壓，使混凝土脹裂。

（10）由於原材料質地不均勻、水灰比不穩定以及運輸和澆置過程中的離析現 象，在同一塊體混凝土中其抗拉強度也是不均勻的，存在著許多抗拉能力很低，

易於出現裂縫的薄弱部位。而在施工過程中，我們最為常見的多是因溫度而引起 的裂縫。

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第六節 飛灰