淺談混凝土結(jié)構(gòu)裂縫的檢測判斷與治理

摘 要：近30年以來，隨著國家經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)的規(guī)模越來越大，而混凝土結(jié)構(gòu)因其材料省、施工速度快、耐久性能好等優(yōu)勢，已逐漸成為一種重要的結(jié)構(gòu)型式。然而，由于混凝土結(jié)構(gòu)物的廣泛使用，其缺陷也日益顯現(xiàn)，最突出的就是裂縫。從混凝土結(jié)構(gòu)裂縫成因分析出發(fā)，著重介紹目前常用的裂縫檢測判斷方法，裂縫治理與控制，開裂混凝土結(jié)構(gòu)加固的主要方法。

關(guān)鍵詞：混凝土結(jié)構(gòu)；裂縫檢測；裂縫治理；結(jié)構(gòu)加固文章編號：2095-4085（2024）03-0233-03

1 混凝土結(jié)構(gòu)裂縫成因的多樣性及綜合性

1.1 混凝土結(jié)構(gòu)裂縫成因的多樣性

對于工程中常見的樓板角部斜裂縫可能引起裂縫的原因，就有以下4類20種。

（1）設(shè)計原因從設(shè)計的角度而言，有以下4種可能：設(shè)計樓板厚度不足；配置的鋼筋太少；采用混凝土強(qiáng)度等級太低；設(shè)計的保護(hù)層厚度不足。

（2）建材原因從建筑材料的角度分析，有以下5種可能：混凝土材料的強(qiáng)度不足；拌合物過于稀軟，離析、沉降、泌水引起了表面裂縫；水泥用量過多，安定性差，過大收縮引起裂縫；骨料級配不合理，含泥量太大，造成材料收縮過大；盲目相信廣告宣傳，采用未經(jīng)試驗(yàn)的外加劑和摻合料。

（3）施工原因。從施工的角度而言有以下7種可能：踩踏鋼筋向下移位，承載負(fù)彎矩的抗力不足；混凝土施工強(qiáng)度不足或在此有缺陷；施工時在此留縫、接搓處理不良；拆模過早，施工超載引起的早期受力裂縫；澆筑后未及時作二次振搗或搓抹壓平；養(yǎng)護(hù)不周干燥失水加大了裂縫；預(yù)制板翹曲或支墊不平造成的角裂。

（4）使用-耐久性原因。從環(huán)境條件和使用服役而言有4種可能：樓蓋尺度過大，兩向收縮積累造成了角部斜裂；屋蓋山墻區(qū)域溫度變化過大，伸脹變形引起開裂；地基處理不良，不均勻沉降，角點(diǎn)下沉過大；偶然作用，撞擊或局部重壓造成的裂縫。

1.2 混凝土結(jié)構(gòu)裂縫成因具有綜合性

結(jié)構(gòu)工程中理想化的典型裂縫實(shí)際上并不存在。幾乎所有的可見裂縫都是由不止一種因素共同作用的結(jié)果。這就形成了混凝土結(jié)構(gòu)裂縫成因的綜合性。

仍以前述樓板角部斜裂為例。實(shí)際裂縫很可能是由于以下10種原因疊加引起的：

（1）設(shè)計時樓板偏薄且配筋偏少，雖未違反規(guī)范規(guī)定，但設(shè)計的安全冗余量較少，故抵抗意外作用的能力相對不足。

（2）混凝土配合比設(shè)計及選用的原材料缺陷，使混凝土拌合物稀軟，離析、沉降、泌水現(xiàn)象嚴(yán)重，混凝土的收縮值比較大。

（3）混凝土實(shí)際施工強(qiáng)度過高，水泥用量過大，造成體積收縮太大，引起裂縫。

（4）施工澆筑混凝土布料不勻，板角骨料少而多為漿體，體積穩(wěn)定性差，收縮變形過大。

（5）施工時踩踏板面鋼筋，造成向下移位，減少了有效高度，降低了板的抗力。

（6）振搗過度，加劇了離析、沉降的影響，從而產(chǎn)生裂縫。

（7）混凝土澆筑后未作二次振搗或搓抹壓平處理，聽任初期開裂和裂縫的發(fā)展。

（8）混凝土凝固后未及時澆水、覆蓋、養(yǎng)護(hù)，致使表面失水、干燥，兩向收縮造成斜裂。

（9）拆模過早，混凝土強(qiáng)度不足時承受過大施工荷載而開裂。

（10）施工時荷載超出過多，引起施工裂縫的產(chǎn)生。

2 混凝土結(jié)構(gòu)裂縫的檢測

由于裂縫成因的多樣性和綜合性，為了能準(zhǔn)確判斷引起裂縫的主要原因，客觀確定裂縫造成的影響，正確估計裂縫發(fā)展及可能引起的后果，就必須對混凝土結(jié)構(gòu)裂縫進(jìn)行準(zhǔn)確的檢測、鑒定，并在此基礎(chǔ)上進(jìn)行深入分析，才能作出比較準(zhǔn)確和客觀的判斷結(jié)論。也才能夠在此基礎(chǔ)上，有針對性地制定有效的處理裂縫的方案。

2.1 混凝土結(jié)構(gòu)裂縫檢測的一般規(guī)定

結(jié)構(gòu)或結(jié)構(gòu)構(gòu)件裂縫的檢測應(yīng)遵循下列規(guī)定：

（1）檢驗(yàn)內(nèi)容：裂縫位置，長度，寬度等；裂紋的厚度，形狀，數(shù)目，裂紋的紀(jì)錄，可以使用構(gòu)造或構(gòu)造部件裂紋的檢驗(yàn)，必須符合以下規(guī)則。

（2）可以通過超聲測試裂紋的厚度，如有需要，可以采取鉆孔取樣進(jìn)行檢驗(yàn)，以表或圖表的方式出現(xiàn)。

（3）對正在發(fā)展中的裂隙，要經(jīng)常觀察，并給出裂隙發(fā)展速率的資料。

（4）裂縫的觀測應(yīng)按《建筑變形測量規(guī)范》（JGJ 8-2016）的有關(guān)規(guī)定進(jìn)行。

2.2 混凝土結(jié)構(gòu)裂縫的檢測方法

《房屋裂縫檢測與處理技術(shù)規(guī)程》（CECS 293-2011）對混凝結(jié)構(gòu)裂縫進(jìn)行了如下規(guī)定：

（1）結(jié)構(gòu)部件裂紋觀察標(biāo)記，其端部或中心應(yīng)清晰，便于測量。觀察時間比較長的，可以采用規(guī)范?；蛟趬Ρ谏锨度虢饘贅?biāo)記，金屬棒或楔板。觀察時間不長或者要求不高，可以用劃線標(biāo)記或者用施工膠水貼上金屬薄片。當(dāng)需要測量裂縫的縱橫向變化值時，可以使用坐標(biāo)格網(wǎng)板作為標(biāo)記。如果需要特殊的測量設(shè)備，則可以根據(jù)需要單獨(dú)設(shè)計。

（2）對數(shù)量較少且容易測量的裂隙，根據(jù)裂隙的形態(tài)，采用比例尺、小鋼尺或游標(biāo)卡尺等儀器，定時測量裂隙的間距，確定裂隙的變化部位，或用網(wǎng)格板定時讀出裂隙的“坐標(biāo)差”，推算裂隙的變化量。對大范圍、不易人工測定的裂隙，宜采用近景攝影法。在需要對裂隙進(jìn)行持續(xù)監(jiān)測的情況下，也可以使用測縫儀或傳感器記錄法進(jìn)行觀察。

（3）在最大裂縫處，用裂縫垂直粘貼石膏塊的方法（石膏塊直徑100mm，厚度10mm），連續(xù)觀察，如果出現(xiàn)裂紋，及時補(bǔ)加新的石膏塊。

結(jié)構(gòu)部件的裂紋寬度可按以下方式測定：①對不太精確的初測，可用塞尺或裂隙寬比圖卡進(jìn)行測定。②裂縫顯微鏡，讀數(shù)精度在0.02～0.05mm，是目前裂縫測試的主要方法。③測試精度在0.05～2.00mm，可采用裂縫寬度測試儀器。④對于某些特定裂縫，可使用柔性的纖維鏡和剛性的管道鏡觀察結(jié)構(gòu)的內(nèi)部狀況。

2.3 混凝土結(jié)構(gòu)裂縫寬度、深度測量要求

（1）當(dāng)裂縫寬度變化時，宜使用機(jī)械檢測儀測定，直接讀取裂縫寬度。混凝土結(jié)構(gòu)構(gòu)件和砌體結(jié)構(gòu)構(gòu)件裂縫寬度檢測精度不應(yīng)小于0.1mm，測試部位（測位）表面應(yīng)保持清潔平整，裂縫內(nèi)部不應(yīng)有灰塵或泥漿。

（2）結(jié)構(gòu)構(gòu)件裂縫深度檢測部位，宜選取裂縫寬度最大處，混凝土結(jié)構(gòu)構(gòu)件裂縫深度可用鉆芯法和超聲波法檢測。

（3）采用混凝土鉆芯法時，可從混凝土鉆芯和抽芯孔處測量裂縫深度。

（4）在用超聲方法對混凝土結(jié)構(gòu)件進(jìn)行裂紋深度測量時，可以根據(jù)裂紋深度和被測部件的厚度關(guān)系和試件的表面狀況，選用單面平測、雙面斜測和鉆孔對測方法。①在僅有一處可測量面且估算裂紋深度在被測構(gòu)件厚度二分之一以內(nèi)且不超過500mm的情況下，可以使用單邊平面測量法來探測裂紋深度。②對于裂紋處有兩個互相平行的試件，可以用雙面斜測量法來測定裂紋的大小。③對于大體積混凝土裂縫預(yù)報深度大于500mm時，可以利用井對測方法來探測裂縫深度。

2.4 混凝土裂縫檢測的一般步驟

（1）繪制裂縫分布圖：繪制產(chǎn)生裂縫的構(gòu)件形狀，將產(chǎn)生裂縫的位置、長度標(biāo)于圖上并進(jìn)行編號。

（2）測定裂縫寬度：裂縫寬度是確定裂縫性質(zhì)、危害程度的重要指標(biāo)。

（3）測定裂縫深度：裂縫深度是否達(dá)到了鋼筋表面，對結(jié)構(gòu)耐久性十分重要。

（4）裂縫發(fā)展情況觀測：對于活動裂縫，應(yīng)進(jìn)行定期觀測，專用儀器有接觸式引申儀、振弦式應(yīng)變儀等。

3 無荷載作用下混凝土結(jié)構(gòu)開裂的治理

對無荷載作用下的混凝土結(jié)構(gòu)裂紋進(jìn)行修復(fù)的主要措施有：表面封閉法、噴射法、高壓灌注法。

（1）表面封閉法是最容易也是最常用的一種修復(fù)方式，就是用封閉的方式將窄縫封閉起來，以防止水蒸氣，空氣，化學(xué)品等侵入。在施工之前，先要對開裂的表面進(jìn)行清理，用鐵絲刷等器具將裂紋表面的灰塵、浮渣和疏松層等雜物清理掉，之后用酒精等有機(jī)溶劑沿著裂紋兩邊擦拭，使其清潔。對裂紋進(jìn)行治理以后，首先在裂紋兩邊刷一層環(huán)氧樹脂，再刷一層薄薄的環(huán)氧樹脂砂漿，把整個縫隙都刮平，確保不漏氣。

（2）噴射法是將具有高強(qiáng)度、低粘度的修復(fù)膠注入到裂隙空腔中，并在適當(dāng)?shù)膲毫ο伦⑷?。在注塑之前，要按照使用手冊上的要求將裂紋周圍封閉起來。

（3）高壓灌注法是將用于修復(fù)裂隙的灌漿材料，按規(guī)定的時間、高壓、高壓向裂隙室內(nèi)灌注。這種新的計算公式可用于解決大規(guī)模的貫穿裂紋，大體積混凝土中出現(xiàn)大量的蜂窩裂紋和深層彎曲裂紋。高壓灌注法如圖1所示。

（4）填充密封法是在構(gòu)件表面沿裂縫走向騎縫鑿出槽深和槽寬分別不小于20mm和15mm的U形溝槽。當(dāng)裂縫較細(xì)時，亦可鑿成 V 形溝槽。當(dāng)為活動裂縫時，槽寬應(yīng)大于或等于15mm與5倍最大裂縫寬度之總和，然后用灌縫膠填充，并粘貼纖維復(fù)合材料以封閉其表面。填充密封法如圖2所示。

4 混凝土結(jié)構(gòu)荷載裂縫的處理

一般鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，在使用荷載的作用下，由截面上的彎矩、剪力、軸向拉力以及扭矩等荷載作用下引起的鋼筋混凝土構(gòu)件產(chǎn)生裂縫為荷載裂縫。在建筑結(jié)構(gòu)物中，即使發(fā)現(xiàn)由于結(jié)構(gòu)原因而出現(xiàn)裂縫，也不一定要修補(bǔ)、補(bǔ)強(qiáng)，要根據(jù)裂縫部位和裂縫寬度等綜合判斷，如果判斷為有害裂縫，就需要進(jìn)一步弄清楚內(nèi)部鋼筋應(yīng)力是否已經(jīng)達(dá)到了屈服強(qiáng)度，再決定修補(bǔ)或補(bǔ)強(qiáng)?；炷两Y(jié)構(gòu)裂縫補(bǔ)強(qiáng)加固主要有以下幾種方式：

4.1 加大截面配筋方法

加大斷面補(bǔ)強(qiáng)方法，又叫“外包混凝土補(bǔ)強(qiáng)”，是指通過增加構(gòu)件的截面尺寸及配筋，達(dá)到增強(qiáng)構(gòu)件承載力、剛度、穩(wěn)定性及抗裂性的目的。本發(fā)明具有結(jié)構(gòu)簡便、適應(yīng)性強(qiáng)的優(yōu)點(diǎn)，可廣泛應(yīng)用于梁、板、柱等構(gòu)件中；鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，如墻體，基礎(chǔ)和屋架。

4.2 置換混凝土補(bǔ)強(qiáng)方法

對于承載件的受壓區(qū)混凝土強(qiáng)度不足或存在較大缺點(diǎn)的部位，可采用替換混凝土補(bǔ)強(qiáng)方法。替代砼補(bǔ)強(qiáng)技術(shù)在承載結(jié)構(gòu)中的推廣，其核心問題是新老混凝土界面的處治效果能否滿足。

4.3 附加預(yù)應(yīng)力的方法

附加預(yù)應(yīng)力技術(shù)是利用預(yù)應(yīng)力技術(shù)對結(jié)構(gòu)中的梁、板、柱或桁架進(jìn)行加強(qiáng)處理的一種技術(shù)。該方案不但施工方便，還可以在不增加梁板截面高度的前提下，提高梁板的受彎和受剪承載力，提高其服役期的承載能力。

4.4 外粘式鋼筋補(bǔ)強(qiáng)方法

采用外粘貼型鋼對鋼筋混凝土梁或柱進(jìn)行表面包覆鋼筋的方法。比如，在該結(jié)構(gòu)的四個角上，沿著該結(jié)構(gòu)的整個部分或者沿著該結(jié)構(gòu)的一部分，通過在其水平方向上通過箍板或者螺栓套箍將其結(jié)合起來，形成一個與該結(jié)構(gòu)相結(jié)合的框架（即：角鋼套箍）。外接鋼框架能充分取代或部分取代原有結(jié)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)結(jié)構(gòu)的補(bǔ)強(qiáng)。

5 結(jié)語

隨著經(jīng)濟(jì)的不斷發(fā)展，越來越多的混凝土結(jié)構(gòu)建筑物逐漸進(jìn)入老齡化，在今后的改造加固施工過程中遇到的混凝土裂縫問題將越來越多。通過對裂縫的檢測，準(zhǔn)確地判斷裂縫成因及對整體結(jié)構(gòu)危害程度，采取有針對性的裂縫處理及加固措施，對于保證建筑物的耐久性，延長建筑物的使用壽命具有重要意義。

參考文獻(xiàn)：

［1］中國工程建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)化協(xié)會.房屋裂縫檢測與處理技術(shù)規(guī)程：CECS 293-2011［M］.北京：中國計劃出版社，2011.

［2］中華人民共和國住房和城鄉(xiāng)建設(shè)部.建筑變形測量規(guī)范：JGJ 8-2016［M］.北京：中國建筑工業(yè)出版社，2016.

［3］孫勇，王志，王暉.建筑結(jié)構(gòu)裂縫治理與加固技術(shù)實(shí)例［M］.北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2021.6.

［4］徐有林，顧祥林，劉剛，等.混凝土結(jié)構(gòu)工程裂縫的判斷與處理［M］.北京：中國建筑工業(yè)出版社，2016.4.

［5］李國勝.建筑結(jié)構(gòu)裂縫及加層加固疑難問題的處理［M］.北京：中國建筑工業(yè)出版社，2013.8.

作者簡介：張鼐（1982—），男，河北玉田人，本科，工程師，從事工作項目管理方面的工作。