混凝土结构裂缝检测与处治探讨

王英

中铁建设投资集团有限公司

摘要：混凝土抗拉强度很低，受到拉应力的作用时极易产生裂缝，裂缝的存在会影响混凝土结构的强度、耐久性以及安全性，甚至使整个建筑结构垮塌而造成重大事故。针对混凝土裂缝的危害，介绍了混凝土裂缝的检测方法，阐述了混凝土裂缝的修补、处理方法，指出在实际工作中应加强对混凝土裂缝的检测工作，并根据实际采取适当的修补处理方法，从而保证混凝土建筑和构件安全、稳定工作。

关键词：混凝土裂缝检测处理方法

1引言

混凝土是当前建筑结构中使用最广泛的材料，一般情况下普通钢筋混凝土结构也是允许带裂缝工作的。大量工程实例统计显示，混凝土结构的裂缝是不可避免的，其工作状态也被各项科学研究所证实，即裂缝是一种可被接受的材料特性。但同时人们又认识到，混凝土裂缝是破坏其结构受力状态的首要因素，当裂缝持续发展时，将严重影响建筑结构的使用安全。近代各国也出现了几起因混凝土裂缝发展而出现的工程结构不稳定事故，造成重大的人员伤亡和巨大的财产损失。

为有效控制类似事故的发生，及时发现有害裂缝的发生发展，混凝土结构裂缝的检测技术也在不断更新。在借鉴国外先进理论和经验的同时，国内相关研究和实践也取得了丰硕的成果。应针对不同的裂缝采取相应的修补处理方法，从而降低裂缝对结构安全度的损伤度，确保工程质量的安全。

2裂缝成因分析

混凝土作为工程结构的常用受力载体，其抗压强度明显高于抗拉强度，在其服役期限内，常因各种因素作用而产生裂缝，归结起来主要有以下几个方面。同时经对某城市地铁3号线车站运营2年后裂缝发生情况进行统计，其裂缝产生原因及分布情况见表1所示。

表1某城市地铁运营车站裂缝情况统计表

2.1塑性收缩

塑性裂缝常出现在新旧结构交界面，或新浇筑混凝土结构的表面，主要是因混凝土结构凝结过程中表面失水过快而产生。

塑性裂缝产生的原因可以归结为以下方面：混凝土结构在未到终凝时强度偏低，或刚达到终凝时间强度不足时，受外界不利条件影响，表面水分子丧失过快，毛细管负压而使表层混凝土体积收缩，强度又不足以抵抗自身收缩产生的浅表性龟裂。其主要影响因素有混凝土结构的水灰配合比、凝结时间、环境温度、养护条件、风速、湿度等。该类裂缝主要表现为浅表性、无规则，形成初期对结构的受力影响不大。

2.2沉降裂缝

沉陷型裂缝主要出现在结构基础不均、土质松软或回填不密实、基础遭浸泡或发生不均匀沉降等情况。当混凝土结构模板刚度不足、支撑体系不稳固时，也易产生沉陷裂缝。此外，混凝土结构在寿命周期内，受基础不良、荷载不均等因素也会产生沉降裂缝。此类裂缝多为深进或贯穿性裂缝。

2.3温度裂缝

温度裂缝多发生在大体积混凝土表面或温差变化较大地区的混凝土结构中。混凝土浇筑后，在硬化过程中，水泥水化产生大量的水化热。由于混凝士的体积较大，大量的水化热聚积在混凝土内部而不易散发，导致内部温度急剧上升，而混凝土表面散热较快，这样就形成内外的较大温差，较大的温差造成内部与外部热胀冷缩的程度不同，使混凝土表面产生一定的拉应力。当拉应力超过混凝土的抗拉强度极限时，混凝士表面就会产生裂缝，这种裂缝多发生在混凝土施工中后期。此类裂缝一般只在混凝土表面较浅的范围内产生，且走向无一定规律可循，大面积结构裂缝常纵横交错。

3混凝土结构裂缝的检测技术

目前，混凝土裂缝检测主要工作分别为裂缝的粗检测(也即判断裂缝是否存在)、裂缝宽度的检测以及裂缝深度的检测(定量的检测裂缝)，这些工作所采用的技术手段也不尽相同。现在对混凝土裂缝判断检测的技术有：目测法、雷达法、云纹法、红外热像法、声发射法以及全息干涉法等；对混凝土裂缝宽度检测的技术有：脆漆涂层法、裂纹扩展片法、光纤裂缝传感器法等；对混凝土裂缝深度检测的技术有：冲击回波法、超声波法等。

3.1裂缝粗测方法

粗测法主要用于定性的去检测裂缝是否已经存在，判定裂缝的存在性。目测法是用纯石灰水溶液均匀地刷在结构表面并等待干燥，当试件受外荷载作用后，白色涂层将在高应变下开裂并脱落。目测法有时也可利用裂缝放大设备观察。

雷达法是利用高频率宽带脉冲电磁波，根据电磁波的传播特性来检测混凝土中的孔洞、裂缝及缺陷的技术。其原理是根据波在传播的过程中不同介质的分界面反射和折射的规律，再由接收器接收到的波行程的时间、波幅及形状，来判断混凝土裂缝是否存在。雷达法波动方程可以选用由麦克斯韦方程推导出的方程如下式（1）。

图1红外热像法导电膜传热示意图

红外热像技术的重要特点是可以快速、非接触、大面积地扫查检测表面，并且不损伤检测物，但由于对象是混凝土，混凝土内部材料分布不均匀性、表面发射不均匀性以及背景辐射的影响会影响检测结果。

声能也是在这过程中产生的一种能量，声能是以弹性波在混凝土内部进行传播的。声测法通过测试位置上应力波到达的时间差，可确定损伤、断裂的位置。

全息干涉法是在同一张底片上进行双曝光，物体在变形前后分别曝光照相一次，两个光波波阵重叠，固定在一张全息图中。如果物体的变形很微小，则由这两个波阵面相互干涉而产生一组干涉条纹图，通过其变化而观察出物体的变形变化。

3.2裂缝宽度检测方法

混凝土裂缝宽度的检测就是采取定量的检测手段，得到具体的数值。

脆漆涂层法是用特殊的涂漆涂在混凝土表面形成脆性层，受荷载作用后根据裂纹确定主应力方向和主应力大小的方法，此方法各异用于各种形式的结构构件表面，可以粗略测出裂缝的宽度大小。

裂纹扩展片就是一种根据要求设计出的具有特殊形状的电阻应变片，由栅体和基底组成。当裂纹到达某处时，与栅体链接的仪器就能测出栅条断裂情况，从而得出裂缝的位置。

光纤传感器法是利用埋在混凝土内部的光纤传感器作为元件，来测得混凝土内部缺陷和裂缝的。其原理是：结构的损伤将引起埋设在损伤部位的光纤损伤、微弯或裂断，导致光纤能力下降，布置在光纤网络出口处的光探测器将检测出光纤输出光强变化，从而得到结构的损伤信息。其中埋入式光纤传感元件如图2所示。

图2埋入式光纤传感元件图

3.3裂缝深度检测方法

混凝土裂缝深度检测是对混凝土裂缝进行定量检测，得出具体的数值，凭借检测所获得的数据可知混凝土结构损害的程度。

冲击波回波法是一种检测裂缝深度的方法，也属于声波反射波法之一，其原理是利用小钢球或小锤轻击一下混凝土表面产生低频应力脉冲，脉冲传播到结构内部，在缺陷和构件底部反射回来，到达表面后又反射回去，这样就会产生多次反射形成瞬态共振，根据数据采集器及信号处理器进行幅值谱分析，就可以识别混凝土缺陷的位置及深度。目前，已经有IES扫描式冲击回波系统、带表面波的冲击回波系统、超薄冲击回波系统等。某工程实例效果见图3所示。

图3利用IES技术进行三维成像测试混凝土结构缺陷效果图

超声波法是现在应用最为广泛的无损检测技术，分为平测法(即将发射探头和接受探头安装在构件同一侧)和斜测法(即将发射探头和接受探头对称的安装在裂缝两侧)。超声波法的原理是利用高频超声波(10－250kHz)作为信息的载体，对混凝土构件进行探测，测量超声脉冲纵波在混凝土中的传播速度、首波波幅变化和接受信号频率等参数，并根据这些参数的相对变化，判定混凝土中的缺陷情况。

4混凝土结构裂缝的处治措施

4.1表面处理法

这是一种在微裂缝(一般宽度小于0.2mm)的表面涂抹填料及防水材料，以提高其防水性和耐久性为目的的方法。它主要适用于稳定和对结构承载能力没有影响的表面裂缝以及深进裂缝的处理。这种方法的缺点是修补工作无法深入到裂缝内部，以及对延伸性裂缝难以追踪其变化。因此，对于宽度发生变化的裂缝，要设法使用有伸缩性的材料。表面处理方法所用材料视修补目的及其结构物所处环境不同而异，通常使用弹性涂膜防水材料(如玻璃布)、聚合物水泥膏及水泥填料等。

4.2注浆法

该方法系在裂缝中注入树脂或水泥类材料，以提高其防水性及耐久性。它主要适用于对结构整体性有影响或有防渗要求的混凝土裂缝及有碱骨料而开裂的裂缝。

注浆法的主要注浆材料是环氧树脂，以往均采用手动或脚踏式输液泵注入浆液，但存在无法控制注入量的缺陷。对于不贯通的裂缝难以将浆液注入到内部，注入压力太大有可能使裂缝宽度扩大等问题。所以，现在多采用低压低速注入法，见图4示。此法具有易于控制注入量且可注入到裂缝深部的优点。

图4低压注浆法

当灌浆材料采用环氧树脂时，应该注意到，由于环氧树脂的粘度不同，有时浆液无法充分注入裂缝，但增加溶剂量又会降低粘性而达不到预期的目的。对于延伸性裂缝，环氧树脂的变形跟踪性较差(环氧树脂的变形量约为2%)，所以，对这类裂缝，应该使用可挠性环氧树脂。另外，环氧树脂注入法与钢抓钉并用，可以增强裂缝部位的整体性，是一种防止裂缝继续发展的好办法。

4.3充填法

这是一种适合于修补较宽裂缝(0.5mm以上)的方法，具体做法是沿裂缝凿一条深槽，然后在槽内嵌补各种粘结材料，如水泥砂浆、环氧砂浆、膨胀水泥砂浆、环氧树脂混凝土、沥青及各种化学补强剂等。对钢筋混凝土结构而言，这种修补方法视钢筋是否锈蚀而异。当钢筋未锈蚀时，沿裂缝处大约10mm的宽度将混凝土凿成U形或V形，在开槽处充填密封材料以修补裂缝；当钢筋已经锈蚀时，将混凝土凿除到能够充分处置已经生锈的钢筋部分，先对钢筋除锈，然后在钢筋上涂抹防锈底涂料，再充填密封材料。工艺效果如图5。

图5充填法修补裂缝示意图

4.4结构加固法

当裂缝影响到混凝土结构的性能时，就要考虑采取加固法对混凝土结构进行处理。结构加固中常用的主要有以下几种方法：加大混凝土结构的截面面积，在构件的角部外包型钢、采用预应力法加固、粘贴钢板加固、增设支点加固以及喷射混凝土补强加固。

4.5混凝土置换法

混凝土置换法是处理严重损坏混凝土的一种有效方法，此方法是先将损坏的混凝土剔除，然后再置换入新的混凝土或其他材料。常用的置换材料有：普通混凝土或水泥砂浆、聚合物、改性聚合物混凝土或砂浆。

4.6粘结钢板封闭法

当钢筋混凝土构件产生主拉应力裂缝时，可对裂缝先进行处理之后，再在裂缝处粘结钢板，并用膨胀螺栓对钢板加压。钢板粘结方向应和裂缝方向垂直。

5结语

裂缝是混凝土结构中普遍存在的一种现象，它的出现不仅会降低建筑物的抗渗能力，影响建筑物的使用功能，而且会引起钢筋的锈蚀，混凝土的碳化，降低材料的耐久性，影响建筑物的承载能力，因此在实际工作中应加强对混凝土裂缝的检测工作，进行认真研究，并根据实际情况采取合适的修补处理方法，保证混凝土建筑和构件安全、稳定地工作。

参考文献：

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[2]边广辉，张喜波.浅谈混凝土裂缝的检测及处理方法[J].山西建筑，2010,36（4）:176

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