現(xiàn)澆混凝土梁、板裂縫成因分析

程 偉 (安徽省水利科學研究院合肥分院，安徽省建筑工程質(zhì)量監(jiān)督檢測站，安徽 合肥 230088)

1 引言

普通混凝土的最明顯的缺點就是抗拉強度低，且容易開裂產(chǎn)生裂縫。對普通混凝土裂縫可以說是“通病”與“常見病”，這往往困擾著相關(guān)技術(shù)人員和工程師。盡管在施工中采取了各種措施來預(yù)防裂縫的發(fā)生，但現(xiàn)場施工保養(yǎng)后裂縫仍然時有發(fā)生。大量的工程實踐與理論分析表明，基本上所有的混凝土構(gòu)件都會存在裂縫，雖然有些裂縫非常細微，甚至有的肉眼都難以看見（0.05 mm以下），實際上對結(jié)構(gòu)的使用不會造成太大危害，設(shè)計施工及相關(guān)規(guī)范中也允許存在裂縫，現(xiàn)澆混凝土構(gòu)件中有些裂縫是無法避免的，例如，正常的鋼筋混凝土受彎構(gòu)件在受到設(shè)計荷載的30%至40%的作用下可能會開裂，而受拉構(gòu)件的應(yīng)力僅為達到7%至10%的設(shè)計應(yīng)力會產(chǎn)生。

在工程實踐中，除了荷載作用下產(chǎn)生的裂縫外，混凝土在施工前后中會因溫度變形、不均勻沉降和收縮引起裂縫。盡管這些裂縫對使用功能上沒有產(chǎn)生多大的危害，但在施工過程中有必要對其進行有效的控制，尤其是不能出現(xiàn)有害裂縫。在外界物理、化學因素和荷載的作用下，有一些裂縫會不斷的產(chǎn)生，甚至擴展，會造成混凝土保護層剝落和碳化，對銹蝕混凝土構(gòu)件中的鋼筋，削弱構(gòu)件的剛度和強度，降低構(gòu)件的耐久性能，有些嚴重的甚至會發(fā)生坍塌，影響結(jié)構(gòu)構(gòu)件的正常使用。必須采取有效的措施，將其損害程度控制在可控的范圍內(nèi)。實際上相關(guān)鋼筋混凝土規(guī)范中也明確規(guī)定，一些結(jié)構(gòu)在不同的條件作用下，允許存在一定寬度、深度的裂縫。但在施工中，應(yīng)要采取有效措施來控制裂縫產(chǎn)生和擴展，使其結(jié)構(gòu)盡可能不出現(xiàn)或減小裂縫的寬度、深度和數(shù)量，尤其是應(yīng)盡可能的避免有害裂縫，以保證工程質(zhì)量。為了進一步加深解混凝土裂縫方面的認識，避免在工程中出現(xiàn)危害更大的裂縫，本文對混凝土梁、板裂縫產(chǎn)生的原因進行了一定的總結(jié)與分析，以便在施工過程找出控制裂縫的可行方法，預(yù)防裂縫的發(fā)生。

2 工程實例

合肥某住宅小區(qū)樓，設(shè)計為11層框剪結(jié)構(gòu)，建筑面積約12405㎡，該住宅樓設(shè)計使用年限為50年，梁板柱混凝土強度等級均為C25，采用補償收縮混凝土，同時摻入SJ-K補償收縮型膨脹纖維，目前屋面板發(fā)現(xiàn)不同程度裂縫，為了解該裂縫形成原因并為下一步處理提供依據(jù)，委托我站對其進行檢測與分析。根據(jù)委托要求并結(jié)合現(xiàn)場情況，進行了四個方面的檢測及分析工作：①混凝土抗壓強度②結(jié)構(gòu)鋼筋配置③現(xiàn)澆板厚度④結(jié)構(gòu)件外觀質(zhì)量及裂縫成因分析檢測。

3 檢測成果

現(xiàn)根據(jù)行業(yè)標準JGJ/T23-2011，結(jié)合委托要求對現(xiàn)場采用回彈法檢測混凝土抗壓強度。根據(jù)設(shè)計圖紙及現(xiàn)場檢測，本工程屋面樓板采用現(xiàn)澆混凝土，現(xiàn)澆樓板混凝土設(shè)計均為C30，當采用回彈法檢測構(gòu)件混凝土強度時，應(yīng)在被測構(gòu)件表面設(shè)置10個回彈測量區(qū)，用砂輪研磨清洗后進行回彈測試，在測量區(qū)域切出一個小孔，在孔內(nèi)噴灑酚酞醇溶液[1]，檢測結(jié)果見表1。根據(jù)委托要求及現(xiàn)場情況委托檢測板的配筋情況，利用鋼筋定位儀和卷尺對板底、板面鋼筋間距和鋼筋最外保護層進行了測試。在現(xiàn)場試驗中，利用現(xiàn)澆板底部鋼筋定位儀測量鋼筋位置，然后利用卷尺測量鋼筋間距，記錄鋼筋最外層的保護，檢測過程中應(yīng)清除飾面層后在混凝土面上進行檢測，鋼筋位置確定后，應(yīng)重復(fù)檢測讀取2次保護層厚度檢測值，計算其保護層厚度平均值（同一構(gòu)件檢測鋼筋不少于7根即6個間距）[2]，結(jié)果詳見表2。用樓板測厚儀測量現(xiàn)澆板的厚度情況，板厚的檢驗方法在同一對角線上量測中間以及距離四端，取五點平均值[3]，并依據(jù)規(guī)范（GB50204－2002）及其設(shè)計要求進行評價。結(jié)果詳見表3。通過觀察、尺量、描繪及注水等檢查手段對裂縫的外觀進行了檢測、描繪。經(jīng)普查，十一層頂梁與頂板交接處裂縫較多，并且基本出現(xiàn)在東頭，沿混凝土梁縱向斷續(xù)或者連續(xù)展開，經(jīng)測量縫寬約為0.04～1.00mm，現(xiàn)場剔鑿后，驗證裂縫外寬內(nèi)窄，但未貫通，框架梁的兩側(cè)面均存在梁底橫向裂縫及豎向裂縫，裂縫形狀連呈U形，經(jīng)測量裂縫寬度為0.04～0.14mm，典型裂縫圖1。十一層頂板東北角的有一條斜向切角裂縫，與板的兩正交邊大致成45°。板面縫寬為0.30mm～0.42mm，板底縫寬為0.06mm，板面裂縫寬度較板底明顯偏大。經(jīng)板面注水，發(fā)現(xiàn)板底有水跡，說明該裂縫已貫通現(xiàn)澆板。典型裂縫圖2～3。室內(nèi)十一層墻1/3-6/F窗戶右下方墻體上有一條直裂縫，室外墻體裂縫與室內(nèi)為對稱位置。鑿開面層粉刷層后，發(fā)現(xiàn)裂縫位于剪力墻與砌體交接處。

圖1 典型裂縫圖

圖2 典型裂縫圖

4 裂縫成因分析

根據(jù)安徽省地質(zhì)實驗研究所提供的沉降觀測報告顯示，該建筑物沉降均勻，未發(fā)生明顯的差異沉降。最大平均沉降速率滿足規(guī)范要求，建筑物沉降已穩(wěn)定。由此可見該墻體及現(xiàn)澆板裂縫應(yīng)不是由不均勻沉降造成的。

4.1 框架梁裂縫

框架梁與現(xiàn)澆板下方的水平裂縫屬于混凝土的收縮裂縫，應(yīng)不屬于結(jié)構(gòu)荷載作用產(chǎn)生的，該混凝土裂縫產(chǎn)生通常在澆筑混凝土1～3h后出現(xiàn)。在混凝土澆筑硬化過程中，混凝土梁和板接頭處等增強組件下部的裂紋以及結(jié)構(gòu)的變截面塑性沉降所產(chǎn)生的裂紋基本呈水平分布，呈棗核形（兩端較薄，中間較厚）。一般普通混凝土收縮的主要原因是施工過程中混凝土流動性大，混凝土的水灰比大，混凝土塌落度較大，雖然在澆筑混凝土時方便易操作，但會導(dǎo)致混凝土中粗骨料下沉，從而影響混凝土的澆筑質(zhì)量，強度下降。或施工過程中振搗不足，且設(shè)計中梁板交接處本就較密集的鋼筋籠對板混凝土粗骨料的下沉造成阻礙，這樣使混凝土沉降不均勻；或水蒸發(fā)太快，導(dǎo)致混凝土流動性變差，影響混凝土水灰比，導(dǎo)致堅硬的混凝土下沉加大，影響混凝土成型。框架梁的底部以及側(cè)面的“U”形裂縫基本上是混凝土中的收縮裂縫。該工程采用商混泵送混凝土，使用大量的水泥，且混凝土配合比中水灰比較大，使混凝土具有較大的流動性，現(xiàn)場的塌落度會比較大，使用了大量的小粒徑的骨料和泵送劑（減水劑等）用于增強流動性，但會增加混凝土水硬時的收縮率。另一方面，混凝土在脫模后直接暴露于空氣中，并未做到及時養(yǎng)護，且梁類構(gòu)件通常都不易于養(yǎng)護，使混凝土中的水分蒸發(fā)流失而使混凝土構(gòu)件表面產(chǎn)生收縮。當梁構(gòu)件混凝土收縮時，會受到上部構(gòu)件現(xiàn)澆混凝土板的約束，同樣會受到下部構(gòu)件縱向受力的鋼筋的約束，中間部分基本上可以看作是自由收縮。當約束力強度超過混凝土的抗拉強度時，會形成棗狀裂紋（一般情況下中間寬，兩端窄），而且裂縫的產(chǎn)生與建筑物的不均勻沉降和攪拌振搗質(zhì)量（尤其是在設(shè)計鋼筋密集的區(qū)域）以及混凝土養(yǎng)護措施不足也有一定的關(guān)系，因此更好的養(yǎng)護措施和施工工藝將會使混凝土表面及內(nèi)部減少或避免裂縫的產(chǎn)生。

回彈法檢測構(gòu)件的強度值 表1

電磁感應(yīng)法檢測構(gòu)件的鋼筋配置 表2

超聲法檢測構(gòu)件的樓板厚度值 表3

4.2 現(xiàn)澆板裂縫

十一層頂板一的切角斜裂縫是溫度變化以及混凝土收縮變形受到剛度較大的剪力墻約束產(chǎn)生的裂縫，這類裂縫通常貫通板厚。負彎矩鋼筋下沉、施工養(yǎng)護措施不到位會導(dǎo)致或加劇裂縫的產(chǎn)生和發(fā)展。裂縫主要是由于溫度變形及混凝土收縮變形造成的，負彎矩鋼筋下沉、施工養(yǎng)護措施不到位會導(dǎo)致或加劇裂縫的產(chǎn)生和發(fā)展。沉降觀測報告顯示裂縫不是地基不均勻沉降引起的，板面基本上未上荷載，也可排除裂縫是由結(jié)構(gòu)受荷所致。因此該裂縫會影響現(xiàn)澆板的整體性，但不會影響其結(jié)構(gòu)安全性能，對結(jié)構(gòu)的耐久性和適用性都有一定影響，且現(xiàn)澆板板面的負彎矩鋼筋下沉直接會削弱板的安全儲備及支座承載力，應(yīng)按相關(guān)規(guī)范要求進行處理。

4.3 墻體裂縫

該裂縫位于剪力墻與砌體兩種完全不同的材料交接處，兩種材料線膨脹系數(shù)差異較大，變形協(xié)調(diào)不一致，加上填充墻與剪力墻交接處砂漿嵌縫不密實，故墻體的收縮及溫、濕度的變化等作用將導(dǎo)致在剪力墻與砌體填充墻交接處產(chǎn)生收縮、變形，而且現(xiàn)場實際鋪貼的網(wǎng)格布未能完全限制住變形，故導(dǎo)致在交接處產(chǎn)生裂縫。同時，沉降觀測報告結(jié)果也表明裂縫不是地基不均勻沉降引起的。綜合考慮該樓的主體結(jié)構(gòu)形式，判斷該裂縫不影響主體結(jié)構(gòu)安全，但影響房屋正常使用和觀感，應(yīng)采取有效嵌縫、并增設(shè)鋼板網(wǎng)抹灰等措施進行修補處理。

5 結(jié)語

①混凝土裂縫產(chǎn)生的原因有很多，例如收縮、溫度變化、膨脹、不均勻沉降等，還有外力作用引起產(chǎn)生的裂縫，也有養(yǎng)護不當和化學作用產(chǎn)生的裂縫等。有必要對混凝土裂縫進行系統(tǒng)的探討，并采取相應(yīng)的防治措施，避免裂縫的產(chǎn)生，從而影響施工工期、質(zhì)量和安全等。在工程實踐中，應(yīng)要區(qū)別又嚴格對待，根據(jù)實際情況解決問題。

②本文采用標準規(guī)范和實際工程的方法，分析了混凝土裂縫產(chǎn)生的可能因素，并將現(xiàn)場試驗收集的數(shù)據(jù)作為裂縫產(chǎn)生原因的參考，現(xiàn)場沒有考慮檢測工作面處理和試驗過程中的誤差，既有建筑結(jié)構(gòu)性能的檢測報告應(yīng)給出所檢測項目的評定結(jié)論，并能為建筑結(jié)構(gòu)的鑒定提供可靠的依據(jù)[4]。檢測前應(yīng)確定好執(zhí)行何種規(guī)范，遵守儀器操作規(guī)范及安全保護措施。