高層建筑地下室鋼筋混凝土材料裂縫成因特征及診斷步驟

孟 梅 （安徽師范大學，安徽 蕪湖 241003）

0 前 言

節約土地資源，優化土地利用，成為人類可持續發展需要迫切解決的難題。高層建筑作為節約土地資源、凝聚現代科技的產物，大大滿足了社會生產的需要和人類生活的需求。伴隨社會經濟的高速發展，人們對高層建筑的需求越來越多。但高層建筑的建設還有很多技術難題，作為高層建筑的地基承擔至關重要的主體作用，而高層建筑地下室鋼筋混凝土裂縫的現象近年來變得越來越普遍，作為建筑質量共性問題，該問題必須得到足夠的重視[1]。本文著重綜述了高層建筑地下室裂縫的開裂特征與成因，探討了開展裂縫診斷的科學步驟。

1 成因與特征

1.1 混凝土結構設計與施工因素

混凝土結構設計未嚴格按照規范設計和施工，如鋼筋設計的過粗、分布較稀，或者是施工時振搗不利、鋼筋錯位，混凝土沿鋼筋下方下沉，鋼筋上面的混凝土被鋼筋支頂，使混凝土沿鋼筋表面產生順筋裂縫，順筋裂縫是塑性沉降裂縫的一種[2]。塑性沉降裂縫典型特征：水平方向，中部較寬，兩端較窄，呈梭型狀態，經常發生在底板結構上表面、池壁上表面、結構變截面的位置。對于大流動性混凝土或水灰比較大的混凝土塑性沉降裂縫尤為嚴重。使用泵送混凝土時未進行抗裂預算，后澆帶設計與施工不合理。混凝土拌合和施工時未嚴格控制水灰比，配筋不合規范或配筋率不夠，施工振搗不密實，發生泌水現象，混凝土養護不充分，拆模時間過早，澆筑速度過快，施工時過早承受荷載，施工天氣過于惡劣。

1.2 混凝土原材料和配合比

采用了高放熱量、高細度和高摻量的水泥，礦物摻合料類型和用量不合理，采用了早強外加劑，外加劑與水泥和礦物摻合料不相容，粗細骨料級配不合理，原料含泥量大。

1.3 溫降、塑性收縮

與地基接觸的混凝土不易散熱和失水。相對而言，地面易散熱和失水，受地基約束的鋼筋混凝土層在濕度梯度和溫度梯度作用下會造成混凝土溫降收縮和塑性收縮，致使混凝土開裂。

溫降裂縫特征[3]：澆筑3d~5d后，開始很細，表現為內部裂縫和表面裂縫，隨著時間發展繼續擴大，甚至發展到貫穿程度，裂縫寬度可達1mm~3mm。

塑性裂縫特征[4]：一般發生在混凝土初、終凝前后，產生于混凝土表面，裂縫無規則，互不連貫，類似干燥的泥漿面，即所謂的龜裂；這種裂縫較淺，長短不一，短的20cm~30cm，長的2m~3m，寬1mm~5mm。

1.4 干燥收縮

地下室剪力墻和頂板混凝土中水泥在水化硬化過程中，失水干燥，毛細管壓力促使毛細孔徑變小，當變形受到約束時造成干縮裂縫。

干燥收縮裂縫特征[5]：裂縫出現在混凝土表層很淺的位置，裂縫細微，有時呈平行線狀、網狀或放射狀，隨著混凝土齡期的推移，裂縫可能會繼續出現和發展，對于薄壁結構，該裂縫可能會貫穿。

1.5 地基不均勻沉降

當地基處理不滿足規范要求時，特別是在嚴重濕陷性黃土、凍脹土、膨脹土、鹽漬土、軟弱土等不良場地，時常產生地基沉陷(膨脹)裂縫。

地基不均勻沉降裂縫特征[6]：裂縫向沉降較大的方向傾斜，沿著門窗洞口約成45°，呈正八字形；在房屋高差較大或荷載差異較大的情況下，裂縫位于層數低的、荷載輕的部分，并向上朝著層數高的、荷載重的部分傾斜；當房屋的沉降分布曲線呈凸形時，往往除了在縱墻兩端出現倒八字形傾斜裂縫外，也常在縱墻頂部出現豎向裂縫；在多層建筑中，多數出現在房屋的下部，少數可發展到2～3層；當地基性質突變時，也可能在房屋頂部出現裂縫并向下延伸，嚴重時可能貫穿房屋全高。

2 診斷步驟

2.1 現場調查

開展現場調查是獲得混凝土開裂成因第一手資料的必要手段，同時為采取有效預防措施提供依據。

2.1.1 調查內容

①工程地質、水文條件，包括地下水位、地下水壓與水質情況等；

②混凝土結構設計情況，包括混凝土結構設計及抗裂預算、地基基礎處理與施工和后澆帶的設計與施工等；

③混凝土原材料及配合比，包括混凝土原材料（水泥品種、礦物摻合料種類、早強外加劑種類及相容性、粗細骨料種類和級配及含泥量）和混凝土配合比等；

④混凝土澆筑施工情況，包括澆筑時天氣情況、混凝土施工隊資質及施工時水灰比控制、混凝土養護、拆模時間、混凝土澆筑速度、鋼筋混凝土層與素混凝土層澆筑間隔時間和混凝土實際配筋率等；

⑤混凝土表觀檢查，包括混凝土外觀（是否存在宏觀缺陷如蜂窩麻面和浮漿現象）、裂縫分布、裂縫形態、裂縫長度、裂縫深度、裂縫寬度、裂縫方向、裂縫處水滲流特征（水是由裂縫處滲出還是由裂縫和周圍孔隙一起滲出）、裂縫處鋼筋混凝土結構構造與平整度及所處的環境和裂縫的演變發展趨勢等；

⑥素混凝土層裂縫與鋼筋混凝土層裂縫的相關性。

2.1.2 調查方法及手段

采用普查與典型調查相結合的方法：對于裂縫比較集中的地方進行普查，對重點裂縫進行發展跟蹤典型調查。此外，詢問當事人和翻看原始存檔紀錄也是必不可少的技術方法。最后，使用現場無損檢測獲取有關性能與現狀的參數。使用高倍裂縫顯微鏡現場檢查觀測混凝土面板的表面。記錄裂縫擴展情況、裂縫形狀、裂縫位置以及裂縫的長度和寬度。為進一步研究混凝土板開裂及裂縫擴展的原因、機理以及方式提供基礎參數。采用回彈儀與超聲波混凝土測試儀檢測硬化混凝土強度、均勻性及密實性，評估混凝土質量。此外，超聲測試儀還可以檢測裂縫的深度。通過測試混凝土空氣滲透性及Cl-離子滲透性來評估硬化混凝土的抗滲性能。采用先進的掃描儀器，對混凝土內置鋼筋網、傳力桿及拉桿位置進行掃描檢測，確認施工過程中鋼筋網是否產生了移位或者彎曲等。采用鋼筋銹蝕儀檢測鋼筋混凝土的銹蝕情況。鉆取混凝土芯樣，以檢測混凝土強度及微觀結構。在裂縫處沿裂縫方向和垂直裂縫方向鉆取混凝土芯樣，鉆取未裂處混凝土芯樣，對比分析與地基接觸點及地面點混凝土結構，分析與地基接觸點及地面點混凝土結構。

2.1.3 調查工具

攝像器材、鉆芯設備、米尺、千分尺、細鋼絲、記錄本、筆、裂縫顯微鏡、回彈儀、超聲波混凝土測試儀、鋼筋掃描儀器、鋼筋銹蝕儀器和滲透性測試儀等。

2.2 儀器測試

主要測試儀器有裂縫顯微鏡、回彈儀、超聲波混凝土測試儀、鋼筋掃描儀、鋼筋銹蝕儀、滲透性測試儀、孔結構測試儀、力學性能測試儀、巖相分析、元素組成分析、XRD、DTA-TG、SEM-EDS等。

測試水泥水化熱及原配合比混凝土水化熱溫升；通過混凝土芯樣分析施工澆筑時配合比；測試混凝土芯樣力學性能；采用體視顯微鏡、偏光顯微鏡及掃描電鏡觀察混凝土微觀結構及裂縫情況；測試混凝土熱膨脹系數。采用原配合比混凝土成型澆筑試件，測試試件自收縮、干燥收縮。同時可成型水泥凈漿試件測試漿體自收縮及干燥收縮。根據沉降檢測結果，計算分析地基不均勻沉降情況，并綜合考慮地基—結構的沉降量有限元數值模擬。根據檢測結果，計算子樓地下水浮力，根據沉降檢測結果，計算分析地基不均勻沉降。并綜合考慮地基—結構的沉降量有限元數值模擬。

2.3 綜合分析

結合原材料、配合比及試驗樣品宏觀和微觀分析，對現場測試的裂縫信息進行統計分析，初步提出混凝土裂縫成因，依據裂縫成因診斷，針對性提出控制和預防裂縫發生和演變的有效措施。

3 結 語

高層建筑地下室鋼筋混凝土材料裂縫問題一直影響著該類建筑物的使用，本文總結混凝土結構設計與施工、混凝土原材料和配合比、溫降塑性收縮、干燥收縮和地基不均勻沉降等因素所致的高層建筑地下室混凝土材料裂縫的特征，概括了高層建筑地下室混凝土材料裂縫診斷步驟，為高層建筑地下室防裂、抗裂技術的提供指導。

[1]王鐵夢.工程結構裂縫控制[M].北京:中國建筑工業出版社,1997.

[2]蔡立權.高層建筑施工中的現澆板裂縫質量控制[J].中國城市經濟,2011（4）.

[3]葉華勇,李婉璽.加氣混凝土砌塊填充墻施工質量通病成因及防治措施[J].建筑技術開發,2010（12）.

[4]劉宇.大面積地下室底板大體積混凝土裂縫計算分析及抗裂措施探討[J].中外建筑,2011(6).

[5]劉桂林.大體積混凝土質量通病的防治[J].工程質量,2005(1).

[6]宗培剛,楊魯昆.談地基不均勻沉降對結構裂縫的影響[J].山西建筑,2013（5）.