混凝土裂缝的成因及裂缝检测技术分析

【摘要】混凝土结构缺陷主要包括外部损伤和内部缺陷，前者主要指裂缝，后者则包括新旧混凝土的不良结合，混凝土内部不密实或空洞、火灾或腐蚀造成的损伤等等。本文介绍了混凝土裂缝的成因，并对裂缝检测技术进行详细的介绍。

【关键词】混凝土；裂缝：检测

1混凝土裂缝的成因

混凝土开裂是其受力状态的一种反映。裂缝是方便侵蚀性介质进入导致钢筋锈蚀的捷径，是影响结构耐久性的重要因素，因此，裂缝是结构鉴定中的重要控制指标之一。对于普通钢筋混凝土结构构件，一般允许带裂缝工作，但裂缝的宽度按构件种类和所处空气环境的不同，有0.2～0.4mm的最大宽度限制规定。对于多数预应力混凝土结构构件，由于施加预应力本身有控制变形和防止开裂的目的，也因为高应力状态下预应力钢丝、钢绞线对腐蚀破坏的敏感性，使得预应力混凝土构件在正常使用状态下一般不允许开裂。

裂缝产生的形式和种类很多，要根本解决混凝土中裂缝问题，还是需要从混凝土裂缝的形成原因入手。正确判断和分析混凝土裂缝的成因是有效地控制和减少混凝土裂缝产生的最有效的途径。

1.1设计原因

1.1.1 设计结构中的断面突变而产生的应力集中所产生的构件裂缝。

1.1.2 设计中对构件施加预应力不当，造成构件的裂缝（偏心、应力过大等）。

1.1.3 设计中构造钢筋配置过少或过粗等引起构件裂缝（如墙板、楼板）。

1.1.4 计中未充分考虑混凝土构件的收缩变形。

1.1.5 设计中采用的混凝土等级过高，造成用灰量过大，对收缩不利。

1.2材料原因

1.2.1 粗细集料含泥量过大，造成混凝土收缩增大。集料颗粒级配不良或采取不恰当的间断级配，容易造成混凝土收缩的增大，诱导裂缝的产生。

1.2.2 骨料粒径越细、针片含量越大，混凝土单方用灰量、用水量增多，收缩量增大。混凝土外加剂、掺和料选择不当、或掺量不当，严重增加混凝土收缩。

1.2.4 水泥品种原因，矿渣硅酸盐水泥收缩比普通硅酸盐水泥收缩大、粉煤灰及矾土水泥收缩值较小、快硬水泥收缩大。

1.2.5 水泥等级及混凝土强度等级原因：水泥等级越高、细度越细、早强越高对混凝土开裂影响很大。混凝土设计强度等级越高，混凝土脆性越大、越易开裂。

1.3 混凝土配合比设计原因

1.3.1 设计中水泥等级或品种选用不当。

1.3.2 配合比中水灰比（水胶比）过大。

1.3.3 单方水泥用量越大、用水量越高，表现为水泥浆体积越大、坍落度越大，收缩越大。

1.3.4 配合比设计中砂率、水灰比选择不当造成混凝土和易性偏差，导致混凝土离淅、泌水、保水性不良，增加收缩值。

1.3.5 配合比设计中混凝土膨胀剂掺量选择不当。

1.4 施工及现场养护原因

1.4.1 现场浇捣混凝土时，振捣或插入不当，漏振、过振或振捣棒抽撤过快，均会影响混凝土的密实性和均匀性，诱导裂缝的产生。

1.4.2 高空浇注混凝土，风速过大、烈日暴晒，混凝土收缩值大。

1.4.3 对大体积混凝土工程，缺少两次抹面，易产生表面收缩裂缝。

1.4.4 大体积混凝土浇注，对水化计算不准、现场混凝土降温及保温工作不到位，引起混凝土内部温度过高或内外温差过大，混凝土产生温度裂缝。

1.4.5 现场养护措施不到位，混凝土早期脱水，引起收缩裂缝。

1.4.6 现场模板拆除不当，引起拆模裂缝或拆模过早。

1.4.7 现场预应力张拉不当（超张、偏心），引起混凝土张拉裂缝。

1.5 使用原因（外界因素）

1.5.1 构筑物基础不均匀沉降，产生沉降裂缝。

1.5.2 使用荷载超负。

1.5.3 蛮装修，随意拆除承重墙或凿洞等，引起裂缝。

1.5.4 周围环境影响，酸、碱、盐等对构筑物的侵蚀，引起裂缝。

1.5.5 意外事件，火灾、轻度地震等引起构筑物的裂缝。

结构鉴定中对开裂的调查，应包括裂缝的宽度、深度、长度、走向、形状、分布特征及是否稳定等内容，当要精确测定细微裂缝的宽度和深度时，尚需借助专门的检测仪器。

2 混凝土裂缝检测

2.1 裂缝宽度检测

测量裂缝宽度常用裂缝标尺（比对卡）或读数显微镜。裂缝标尺可以是一块透明胶片，上面印有粗细不等、标注着宽度值的平行线条；将其覆盖于裂缝上，可比较出裂缝的宽度。这种方法简便快速，适用于各种环境条件。读数显微镜是配有刻度和游标的光学透镜，从镜中看到的是放大的裂缝，通过调节游标可读出裂缝宽度。

读数显微镜观测裂缝宽度沿裂缝长度其宽度不是均匀的，工程鉴定中关注的是特定位置的最大裂缝宽度，限制裂缝宽度的主要目的，是防止侵蚀性介质渗入导致钢筋锈蚀，因此，测量裂缝宽度的位置应在受力主筋附近；如测量梁的弯曲裂缝，应在受拉主筋高度处。裂缝宽度可能随气温、湿度、季节及使用荷载的变化而变化。进行裂缝宽度的长期观测，应考虑上述因素可能产生的影响，而每天观测的时间应尽可能一致。

2.2 裂缝深度检测

裂缝深度检测可采用凿开法或钻孔取芯法直接观测，当裂缝较深时宜用超声波法。采用凿开法检查前，先向缝中注入有色墨水，则易于辨认细微裂缝。超声波检测裂缝深度有三种方法，即平测法、斜测法和钻孔测试法。

平测法又称单面平测法适用于结构的裂缝部位只有一个可测表面的情况，如地下室外墙板、路面或大体积结构等，且估计裂缝深度不大于500mm。检测时先将发、收探头对称置于裂缝的两侧。

先在混凝土的无缝处测定该混凝土平测时的声波速度。将 T、R 换能器分别置于裂缝附近有代表性的、质量均匀的混凝土， 取 100、150、200mm、……分别读取声时值，同时观察首波相位的变化，以距离为横坐标，时间为纵坐标，将数据点绘在坐标纸上(如图2-10)。如被测处的混凝土质量均匀、无缺陷，则各点应大致在一条直线上。按图形计算出这条直线的斜率，即为超声波在该处混凝土中的传播速度。

将发、收换能器置于混凝土表面裂缝的两侧，并以裂缝为轴线相对称，即换能器中心的连续垂直于裂缝的走向。取100mm、150、200mm、……等，改变换能器之间的距离。在不同距离测读超声波传播时间 、并计算出超声波传播的实际距离 。

斜测法适用于结构的裂缝部位具有两个相互平行的可测表面的情况，如梁、柱构件。检测时将发、收探头分别置于结构的两个表面，且两个探头的轴线不重合，采取多点检测的方法，保持发、收探头的连线等长度，记录各测点接收波形的幅值或频率。

若探头的连线通过裂缝，超声波在裂缝界面上产生较大的衰减，幅值和频率比不通过裂缝时有明显的降低，据此可判定裂缝的深度及是否贯通。

钻孔测试法适用于大体积混凝土中裂缝较深，或超声波功率较小接收到的信号微弱的情况。在裂缝两侧钻孔（如图2-13），孔径比探头直径大5～10mm，孔距宜为2000mm。测试前向孔中注满清水作为耦合剂，然后将接收和发射探头分别置于裂缝两侧的孔中，以相同高程等间距自上而下同步移动，逐点读取波幅和深度。绘制深度-波幅曲线（如图2-14），当波幅达到最大并基本稳定时的对应深度，便是裂缝深度。

2.3 表面损伤层检测

混凝土表面损伤的主要原因有火灾、冻害及化学腐蚀。这些伤害都是由表及里地进行，损伤程度外重内轻，损伤层混凝土的强度显著降低，甚至完全丧失。损伤深度是结构鉴定加固的重要依据。

混凝土损伤层简易的检测方法是凿开或钻芯观察，从颜色和强度的区别可判别损伤层的深度，如火伤混凝土呈粉红色。恒压钻进法也常有效，在恒压下等速冲击钻钻入混凝土，根据钻进速度或钻入阻力确定混凝土的内在质量。另外还有超声波法。超声波在损伤混凝土中的波速小于在未损伤混凝土中。检测时，将两个探头置于损伤层表面，一个保持位置不动，另一个逐点移位（如图2-17），每次移动距离不宜大于100mm，读取不同传播路径的声速值，绘制出“时-距”直角坐标图，“时-距”图为折线，其斜率分别为损伤层和未损伤层中的波速。折点的物理意义在于，完全沿损伤层的传播时间与穿透损伤层并沿未损伤混凝土传播的时间相等，由不同传播路径而声时相等的条件，可建立方程，解得损伤深度。