混凝土結(jié)構(gòu)裂縫的檢測與控制

劉 偉

（唐山市交通勘察設(shè)計(jì)院有限公司，河北唐山 063000）

0 引言

混凝土結(jié)構(gòu)在建設(shè)和使用過程中出現(xiàn)不同程度、不同形式的裂縫，是相當(dāng)普遍的現(xiàn)象。鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)受力機(jī)制和大量實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)都說明：混凝土結(jié)構(gòu)的裂縫是不可避免的，裂縫是一種人們可以接受的材料特征。但過寬的裂縫在外觀上，給人們以不安全感；在質(zhì)量上，不符合耐久性要求，且結(jié)構(gòu)的破壞和倒塌是從裂縫的擴(kuò)展開始。因此研究鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)的裂縫產(chǎn)生原因及裂縫檢測和控制具有重要的社會意義。本文歸納相關(guān)規(guī)范，結(jié)合實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，就裂縫產(chǎn)生的原因、裂縫檢測及處理進(jìn)行闡述。

1 裂縫產(chǎn)生的原因

混凝土結(jié)構(gòu)產(chǎn)生裂縫有多方面的原因，但歸納起來有兩大類:第一類：由荷載引起的裂縫，也稱結(jié)構(gòu)性裂縫，其裂縫與荷載有關(guān)，預(yù)示結(jié)構(gòu)承載力可能不足或存在問題；第二類：由變形引起的裂縫，也稱非結(jié)構(gòu)性裂縫?；炷两Y(jié)構(gòu)產(chǎn)生裂縫的原因可以具體分為以下7種。

1.1 材料質(zhì)量

由材料質(zhì)量原因引起的裂縫較常見的是水泥,粗細(xì)骨料質(zhì)量不好。這種情況造成的后果是結(jié)構(gòu)承載能力降低，剛度很差，空氣穩(wěn)定性很弱，容易發(fā)生隱患。

1.2 施工工藝

施工工藝不完善也會引起裂縫的產(chǎn)生。如：混凝土的攪拌、運(yùn)輸、澆搗、振實(shí)各道工序中的任何缺陷和疏漏，混凝土養(yǎng)護(hù)。特別是早期養(yǎng)護(hù)質(zhì)量與裂縫的關(guān)系密切，早期表面干燥或早期內(nèi)外溫度較大等都可能是裂縫產(chǎn)生的直接或間接原因。

1.3 地基變形

在混凝土結(jié)構(gòu)中，造成開裂主要原因是不均勻沉降。裂縫的大小、形狀、方向決定于地基變形的情況，由于地基變形造成的應(yīng)力相對較大，使得裂縫一般是貫穿性的。

1.4 溫度變形

溫度應(yīng)力裂縫產(chǎn)生的主要原因是由于混凝土澆筑后,聚積在內(nèi)部的水泥水化熱不易散發(fā),造成混凝土的內(nèi)部溫度升高,而混凝土表面散熱較快,這樣形成較大的內(nèi)外溫差,使混凝土內(nèi)部產(chǎn)生壓應(yīng)力,表面產(chǎn)生拉應(yīng)力，從而形成裂縫。這種裂縫一般產(chǎn)生很早,多呈不規(guī)則狀態(tài),深度較淺,屬表面性質(zhì)。表面裂縫易產(chǎn)生應(yīng)力集中,能促使裂縫進(jìn)一步開展。

1.5 濕度變形

混凝土在空氣中結(jié)硬時(shí)，體積會逐漸減小，一般稱這種情況為干縮。收縮裂縫較普遍，常見于現(xiàn)澆墻板式結(jié)構(gòu)、現(xiàn)澆框架結(jié)構(gòu)等，通常是因?yàn)轲B(yǎng)護(hù)不良造成。

1.6 結(jié)構(gòu)受荷

結(jié)構(gòu)受荷后產(chǎn)生裂縫的因素很多，施工中和使用中都可能出現(xiàn)裂縫。例如：早期受震、拆模過早或方法不當(dāng)、構(gòu)件堆放、運(yùn)輸、吊裝時(shí)的墊塊或吊點(diǎn)位置不當(dāng)、施工超載、張拉預(yù)應(yīng)力值過大等均可能產(chǎn)生裂縫。而最常見的是鋼筋混凝土梁、板受彎構(gòu)件，在使用荷載作用下往往會出現(xiàn)不同程度的裂縫。

1.7 徐變

混凝土徐變造成開裂或裂縫發(fā)展的例子工程中也很常見。據(jù)文獻(xiàn)記載受彎構(gòu)件截面混凝土受壓徐變，可以使構(gòu)件變形增大2～3倍，預(yù)應(yīng)力結(jié)構(gòu)因徐變會產(chǎn)生較大的應(yīng)力損失，降低了結(jié)構(gòu)的抗裂性能。

2 裂縫的檢測

裂縫檢測的目的是查明裂縫的分布特征、寬度、深度及發(fā)展情況，為裂縫的分析和后續(xù)處理提供依據(jù)。

2.1 裂縫寬度的檢測

裂縫寬度沿其長度方向一般是不均勻的，寬度觀測位置每條裂縫至少兩處，一處應(yīng)在裂縫的最寬處，另一處應(yīng)在裂縫的末端。

測量裂縫寬度常用工具是裂縫比對卡和讀數(shù)顯微鏡。裂縫比對卡上面有粗細(xì)不等并標(biāo)注有寬度的平行線條，將其覆蓋于裂縫上，可比較出裂縫的寬度；讀數(shù)顯微鏡是配有刻度和游標(biāo)的光學(xué)透鏡，從鏡中看到的是放大的裂縫，通過調(diào)節(jié)游標(biāo)讀出裂縫寬度[1]。

如裂縫仍在發(fā)展，裂縫寬度值上應(yīng)標(biāo)明檢測時(shí)間，便于分析裂縫變化。

2.2 裂縫深度的檢測

裂縫深度沿其長度方向一般也是不均勻的，檢測一般只針對裂縫寬度最大處。

裂縫深度檢測有鑿開法和超聲波法。采用鑿開法，先用醫(yī)用針管吸入紅墨水，從縫口注入，然后局部鑿開裂縫，測定紅墨水深入深度即為裂縫深度。該方法由于是局部破損檢測，不便于大面積使用，且適用裂縫深度也有一定限制，不適用于深度較大的裂縫。超聲波法由于是無損檢測，且對裂縫深度沒有限制，有著廣泛的應(yīng)用。

3 裂縫處理

根據(jù)檢測的裂縫情況，分析裂縫產(chǎn)生的原因，采取對應(yīng)的處理措施。

3.1 非結(jié)構(gòu)性裂縫

3.1.1 表面修補(bǔ)法

即在開裂的混凝土表面涂刷水泥漿、油漆、瀝青、環(huán)氧樹脂等液體材料，多層涂刷，靠液體的毛細(xì)吸力擠進(jìn)裂縫，堵塞裂縫，減少滲漏、防止鋼筋銹蝕，提高結(jié)構(gòu)耐久性和滿足表觀要求。一般適用于寬度較小的裂縫處理。

3.1.2 壓力灌漿法

即在裂縫中埋設(shè)若干個(gè)灌漿嘴，通過壓力將水泥漿、石灰漿、化學(xué)漿、瀝青漿等膠結(jié)材料灌入混凝土裂縫內(nèi)，對裂縫進(jìn)行粘合、封閉和補(bǔ)強(qiáng)。一般適用于寬度較大的裂縫處理。

3.1.3 填充法

用修補(bǔ)材料直接填充裂縫,一般用來修補(bǔ)較寬的裂縫,作業(yè)簡單,費(fèi)用低。寬度小于0.3 mm,深度較淺的裂縫,或是裂縫中有充填物,用灌漿法很難達(dá)到效果的裂縫的處理，以及小規(guī)模裂縫的簡易處理可采取開V型槽,然后作填充處理。

3.1.4 電化學(xué)防護(hù)法

電化學(xué)防腐是利用施加電場在介質(zhì)中的電化學(xué)作用，改變混凝土或鋼筋混凝土所處的環(huán)境狀態(tài)，鈍化鋼筋，以達(dá)到防腐的目的。陰極防護(hù)法、氯鹽提取法、堿性復(fù)原法是化學(xué)防護(hù)法中常用而有效的三種方法。這種方法的優(yōu)點(diǎn)是防護(hù)方法受環(huán)境因素的影響較小，適用鋼筋、混凝土的長期防腐，既可用于已裂結(jié)構(gòu)也可用于新建結(jié)構(gòu)。

3.1.5 生物修補(bǔ)法

它模仿生物組織受傷部位自動(dòng)分泌某種物質(zhì)，從而使創(chuàng)傷部位得到愈合的機(jī)能。在混凝土的傳統(tǒng)組分中加入某些特殊組分在混凝土內(nèi)部形成智能型仿生愈合神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，混凝土出現(xiàn)裂縫時(shí)分泌出部分液芯纖維可使裂縫重新愈合。

3.2 結(jié)構(gòu)性裂縫

結(jié)構(gòu)性裂縫的加固方法有以下幾種：加大截面法、外包鋼加固法、預(yù)應(yīng)力加固法、增加支點(diǎn)加固法、粘鋼或碳纖維加固法及多種方法的聯(lián)合使用。具體使用何種方法，要綜合原結(jié)構(gòu)特征、裂縫嚴(yán)重程度、現(xiàn)場施工適用性、施工周期、費(fèi)用等多種因素，通過專門的設(shè)計(jì)確定[2]。

混凝土結(jié)構(gòu)裂縫加固設(shè)計(jì)和施工，不同于新建混凝土結(jié)構(gòu)，必須注意以下幾點(diǎn)：

（1）加固前，原結(jié)構(gòu)的變形已完成，在未卸除原已承受荷載情況下，加固后的結(jié)構(gòu)屬于二次受力，新增加的結(jié)構(gòu)只有在荷載或變形發(fā)生變化時(shí)，才開始受力，新增加結(jié)構(gòu)的材料強(qiáng)度不能得到充足發(fā)揮。

（2）加固后，新老結(jié)構(gòu)能否重新組合，形成整體發(fā)揮作用，關(guān)鍵取決于新老混凝土結(jié)合面能否有效結(jié)合。實(shí)際上，新老結(jié)合面的抗剪強(qiáng)度遠(yuǎn)低于一次性澆注的混凝土，因此，在設(shè)計(jì)和施工過程中，要采取適當(dāng)構(gòu)造和施工措施，提高兩者的結(jié)合性能。

（3）在加固施工過程中，要注意原結(jié)構(gòu)的保護(hù)。在沒有安全保障的情況下，不能改變原結(jié)構(gòu)的整體穩(wěn)定性，盡量不要增加原結(jié)構(gòu)承受的荷載[3]。

4 結(jié)語

正確的設(shè)計(jì)、嚴(yán)格的施工過程和質(zhì)量控制、嚴(yán)禁過度使用是預(yù)防混凝土結(jié)構(gòu)裂縫的有效方法。結(jié)構(gòu)、構(gòu)件一旦出現(xiàn)超裂縫，首先應(yīng)檢測裂縫的基本情況，分析裂縫產(chǎn)生的原因，根據(jù)裂縫嚴(yán)重程度和對結(jié)構(gòu)的危害大小，采取適當(dāng)?shù)男扪a(bǔ)、封護(hù)處理或加固措施。

[1]李磊,程云杉.高層混凝土結(jié)構(gòu)中幾個(gè)主要受力部位的裂縫分析及控制[J].河南大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版),2002.

[2]張海峰.淺析混凝土裂縫產(chǎn)生原因及預(yù)防措施 [J].今日科苑,2008,(04).

[3]許金渤.淺談混凝土的施工質(zhì)量控制[J].科技信息，2009，（06）.