房屋建筑工程混凝土結構開裂的原因分析與防治措施

周 強

(四川恒銳建設工程有限公司, 四川閬中 637499)

房屋建筑工程混凝土結構開裂的原因分析與防治措施

周 強

(四川恒銳建設工程有限公司, 四川閬中 637499)

房屋建筑工程在施工過程中或交付使用一段時間后，經常會出現混凝土構件開裂問題，影響建筑工程的美觀和使用功能。這種裂縫產生的原因多種多樣，文章針對這一問題結合實際案例進行原因分析和提出防控措施。

房屋建筑； 混凝土結構開裂； 原因分析； 防治措施

本文探討的建筑物為9層框架結構商住樓，總建筑面積約為2 268 m2。該建筑首層層高為4.5 m，標準層層高為3.0 m。開間為2.6 m、4.1 m和6.8 m，進深為6.3 m。該建筑建于2003年，目前由于附近隧道建設，造成該建筑部分結構構件出現裂縫。

1 檢測鑒定項目

對于該建筑的檢測鑒定主要包括下面內容。

(1)該建筑結構布置情況的檢測，繪制平面布置圖(圖1)。

圖1 結構平面布置

(2)采用經緯儀觀測該建筑上部結構側向位移。

(3)采用鉆芯法檢測該建筑上部結構梁、柱的混凝土強度。

(4)檢測該樓主要承重構件截面尺寸。

(5)采用鋼筋探測儀結合剔除混凝土保護層檢測混凝土構件的鋼筋配置情況。

(6)普查該建筑上部結構構件裂縫、缺陷和損傷情況。

(7)該建筑外觀及圍護結構的檢查。

(8)綜合現場檢測和分析結果，對該建筑結構的安全性做出鑒定，并提出相應的處理建議。

2 檢測鑒定結果

(1)檢測人員現場對該建筑可以觀測到的主要轉角部位的頂點側移情況進行抽檢(表1)。測量結果表明，該建筑物上部結構目前的最大側向頂點位移量為170 mm (H/141)，大于GB 50292-1999《民用建筑可靠性鑒定標準》中關于多層建筑的最大側向頂點位移量不大于H/450的規定。

表1 建筑物頂點側移測量結果

(2)抽檢的框架柱截面尺寸主要為600 mm×600 mm、800 mm×1 000 mm(L型)、800 mm×600 mm(T型)、800 mm×900 mm(L型)和800 mm×800 mm(T型);抽檢的框架梁截面尺寸主要為200 mm×(480+h) mm、200 mm×(490+h) mm和200 mm×(500+h) mm(h為板厚)。

(3)現場抽檢的框架柱縱筋主要為φ22和φ18，箍筋主要為φ8@90～200;抽檢的框架梁底筋主要為φ22，箍筋主要為φ8@110～260。

(4)現場采用鉆芯法從結構或構件受力較小的部位中抽取合適長度的芯樣，經試驗室加工成滿足規程要求的芯樣試件，經自然風干或水中浸泡后，按現行國家標準GB /T 50081-2002《普通混凝土力學性能試驗方法標準》中對立方體試塊抗壓試驗的規定進行測試。抽檢結果表明，所抽檢的框架柱的混凝土抗壓強度值為30.2～49.6 MPa，所抽檢的框架梁的混凝土抗壓強度值為33.6～61.2 MPa。

(5)該建筑因基礎變形導致部分墻體、門窗洞口、地臺、樓板和個別柱出現裂縫，部分陽臺樓板出現滲水等狀況。

(6)本工程的主體框架結構采用中國建筑科學研究院開發的多高層建筑結構分析程序PKPM系列軟件進行分析。場地類別為II類場地土，建筑物按7度進行抗震設防，框架抗震等級為三級。計算模型根據委托方提供的資料和現場的檢測結果建立，鑒于該建筑物頂點側向位移超出規范要求，驗算時考慮建筑物頂點側向位移對結構的影響。上部結構復核各主要構件混凝土強度按表2取值驗算，鋼筋的力學性能按要求取用:Ⅰ級鋼為210 N/mm2， Ⅱ級鋼為310 N/mm2。建立該建筑物的結構分析模型(圖2)。

表2 柱、梁及板混凝土強度取值

圖2 結構分析模型

綜合上述資料、現場檢測結果及結構分析驗算結果，表明該建筑部分抽檢的框架柱不滿足承載力要求。因此，該建筑不能滿足正常使用的要求。

3 混凝土開裂成因分析

3.1 設計方面

經過現場檢測，發現建筑軸線、構件尺寸及混凝土強度滿足設計要求，配筋也符合設計要求。采用PKPM軟件對該樓建模進行了分析，幾何尺寸、材料強度及其它設計參數取設計相應值，分析結果表明該樓抗震性能、墻體承壓性能均滿足規范要求，樓板實際配筋均大于計算所需配筋，也滿足規范要求。

根據PKPM建模分析，施工單位在房屋施工過程中做到按圖施工時，結構是安全的。但鋼筋混凝土樓板是帶裂縫工作的，規范允許荷載標準組合下的最大裂縫寬度為0.3 mm，通常房屋實際使用荷載一般小于規范規定值，由使用荷載(包括自重和活荷載)引起的裂縫寬度應小于規范允許的最大裂縫寬度，應不會引起0.5～0.6 mm寬的裂縫。

3.2 材料方面

該建筑所在小區共有30余棟住宅，由相同的商品混凝土攪拌站提供混凝土，每棟建筑的混凝土質量不會有很大差異，僅少量房間鋼筋混凝土樓板出現可視裂縫，尤其是該建筑底層車庫頂板同時澆筑混凝土，僅南側車庫頂板混凝土出現了裂縫，可判斷裂縫產生不是由混凝土材料質量引起的。

3.3 溫度、沉降方面

現場觀察外縱墻無明顯不均勻沉降造成的裂縫，僅發現5#車庫⑧軸縱墻有細微斜裂縫，說明房屋的不均勻沉降比較輕微，不足以引起樓板混凝土開裂。既有建筑底層樓板中縱向溫度應力一般不會很大，也不足以引起樓板混凝土開裂。排除房屋建成后溫度應力與不均勻沉降兩個因素。

3.4 施工方面

GB 50666-2011《混凝土結構工程施工規范》允許混凝土抗壓強度達到1.2 MPa(大概24 h后能達到要求)后可以承受施工荷載，實際工程中由于工期緊，一般晚上澆筑混凝土，到第二天下午就會堆放材料達到部分施工荷載。

一般大家會認為只要支撐與模板不拆除，鋼筋混凝土梁板自重和施工荷載是由模板和支撐系統承受的，但實際上模板與支撐不是無窮大剛度的，混凝土澆筑后模板和支撐會產生一個比較穩定的變形;混凝土凝結后，新混凝土會和模板支撐系統共同受力;再增加施工荷載，模板與支撐系統會產生附加的變形，新混凝土跟著一起變形，但新混凝土的早期力學性能很弱(混凝土3 d內早期抗拉強度大概小于抗壓強度的0.08倍)，極易開裂，開裂后，加上混凝土的收縮性能，在薄弱處(開裂截面處)混凝土裂縫進一步發展，這種裂縫一般是上下通縫，拆模時混凝土中裂縫已經存在，只是板底粉刷將這些裂縫覆蓋了。

房屋交付使用后，由于混凝土具有徐變性能，混凝土的徐變會使得構件的變形增加，同時混凝土收縮需要很長時間完成，加上活荷載共同作用，原有裂縫發展，裂縫長度增加、寬度變大，使得粉刷層一起開裂。現場發現的鋼筋混凝土板底裂縫寬度大于相應位置處粉刷層表而裂縫寬度也間接驗證了這一解釋。

車庫房頂混凝土板裂縫比102室等房頂板裂縫更嚴重的原因是:車庫頂板施工時，支撐直接支承在地面上，地面剛度小，據委托方介紹一層車庫頂板施工時恰逢下雨，使得地面剛度更小，這些因素導致模板與支撐系統剛度可能不足，導致房頂鋼筋混凝土板開裂比較嚴重。而在同樣施工條件下，北側車庫與儲藏室房頂由于板跨相對較小(北側8#、 12#、19#、23#四個最大車庫頂板尺寸3.5 m×3.4 m，其余房間頂板跨度更小)，模板、支撐與新混凝土組成的整個系統的剛度相對較大(與南側車庫相比，出現裂縫頂板尺寸3.7～3.9 m×4.5 m)，變形相對較小，因此未發現可視裂縫。

4 混凝土開裂的防治措施

本工程具有加固體量大、交叉作業多，而且加固形式多樣的特點。主要采用了加大截面加固、外包鋼加固、粘鋼加固、粘貼碳纖維布加固以及混凝土構件表面裂縫修補技術等一系列形式對框架柱、梁、樓板和墻面進行加固修復處理，使得該建筑能夠滿足新的使用要求。

(1)混凝土表面處理:所有新舊混凝土交界面處，鑿除原有混凝土保護層至露出鋼筋;用清水及鋼絲刷將混凝土表面清理干凈，素水泥漿作為界面處理劑甩涂于混凝土基面上;

(2)彈線定位縱筋及箍筋位置;

(3)植筋及箍筋綁扎成形;

SPSS 19.0軟件用來對相關實驗數據進行單因素方差分析，所有實驗數據均使用來表示；使用軟件MS-DIAL 2.72對獲得的質譜數據進行導出處理及代謝物鑒定，Metaboanalysis 3.0輔助尋找差異性代謝物及構建代謝通路，采用SIMCA-P 13.0中正交偏最小二乘法（OPLS-DA）對所有內源性標記物進行多變量分析。

(4)裝模;

(5)澆混凝土、拆模、養護:澆混凝土前，淋水養護鑿毛面不少于12 h;拆模時注意不要損傷梁邊角混凝土，并澆水養護至少7 d。

4.1 外包鋼加固

(1)清理柱表面的裝飾面層，清理加固構件表面剝落、疏松等劣化混凝土，將混凝土表面打磨完整，四角磨出小圓角，半徑不小于7 mm。調整構件四角垂直度，用鋼絲刷刷干凈，再用壓縮空氣吹干凈;

(2)將角鋼用鋼絲刷除銹，并打磨出金屬光澤，預留注漿口;

(3)采用三面圍焊分段焊接綴板，檢查各接點焊接質量，保證無一漏焊，并滿足有關規范要求;

(4)在豎向型鋼間隙中灌注改性環氧樹脂膠粘劑，型鋼與構件之間的總有效粘接面積不應小于90 %。

4.2 粘鋼加固

(1)清理梁的表面層至密實的混凝土結構面，對有油污的構件結合面，用洗滌劑和硬毛刷涂刷干凈并用壓縮空氣吹除粉粒;保證粘貼面的平整度和垂直度;

(2)按照設計要求進行鋼板下料，并用臺鉆按照設計要求在鋼板上鉆孔;

(3)采用角磨機將鋼板表面鉆孔口突出的鋼渣磨掉并進行除銹，打磨至出現金屬光澤;用角磨機在鋼板表面作粗糙處理，打磨紋路與鋼板受力方向垂直;

(4)預留植螺栓孔:在梁的正確位置用沖擊鉆鉆孔，用空壓機清除因鉆孔殘留的塵灰;

(5)涂膠粘劑并粘貼鋼板:按比例將膠粘劑配好后，用抹刀涂在己處理好的混凝土表面和鋼板表面上，厚度為1～3 mm，中間厚、邊緣薄;將涂好膠粘劑的鋼板貼于預定位置，確保粘貼密實后用膨脹螺栓臨時固定并收緊，以使膠液剛從鋼板邊縫擠出為度;

(6)植螺栓:按照植筋要求植梁側螺栓，植筋膠固化后，擰緊螺栓。

4.3 碳纖維加固

碳纖維加固主要部位為柱、梁以及樓板。采用單位面積質量200 g/m2的高強碳纖維布，抗拉強度大于3 400 MPa，彈性模量大于2.4×105MPa，伸長率大于1.7 %，加固用膠粘劑為與碳纖維性能相匹配的A級膠。施工流程如下:

(1)基層處理方法同以上加固方法;

(2)涂刷底層樹脂:按一定比例將主劑與固化劑先后置于容器中攪拌均勻;用滾筒或毛刷將底層樹脂均勻涂抹于混凝土表面，厚度不超過0.4 mm并不得有漏刷或有流淌、氣泡;

(3)用整平膠料找平:混凝土表面凹陷部位用整平膠料填補平整，模板接頭出現高差的部位應填平，盡量減少高差，且不能有棱角;轉角處應用找平材料修復為光滑的圓弧，半徑不小于20 mm;

(4)粘貼碳纖維片材:按設計要求的尺寸裁剪碳纖維布;配制浸漬樹脂并均勻涂于所要粘貼的部位;用特制的滾筒沿纖維同一方向先反復多次滾壓，擠除氣泡，并使浸漬樹脂充分浸透碳纖維布;多層粘貼時應重復上述步驟;

(5)其它注意事項:碳纖維布的粘結密實度應當保證，不得有空鼓現象等缺陷，有效粘結面積不應小于90 %;不能在粘貼構件上進行高溫作業，粘貼碳纖維施工宜在環境溫度為5 ℃以上的條件下進行。

由于這些原因引起的混凝土開裂在實際工程中更為常見。這種裂縫的存在雖然沒有對結構的安全造成很大的影響，但是不處理會影響結構的耐久性和影響房屋的美觀。因此，應采取措施應對這些裂縫。

4.4 細微裂縫

將白色衛生紙或者報紙撕成碎片，置于裝滿清水的桶內12 h，將桶內的水倒干，再用木棒攪拌桶內碎紙，直至粘糊狀。粘補時，用濕布擦干凈墻體，然后將紙粘糊用力塞入細微裂縫內;墻面干燥后，用砂紙摩擦修補位置，并用小木棒輕敲墻體，墻體發出了清脆的回響，判斷墻內紙粘糊己基本干燥，細微裂縫都得到妥善修補。這種修補方法相對簡單，筆者建議在擠壓紙粘糊時，可稍微填補多一些紙粘糊，稍微突起為佳，原因是紙粘糊干燥前，含水量比較高，增加紙粘糊填補量，可避免紙粘糊干燥后，出現凹陷的問題。

4.5 較寬裂縫

在裂縫位置，鑿出寬度和深度均為5 cm的槽，再用清水將槽內碎石、砂土等沖刷掉，然后按照1∶2的配比，配制堵漏水泥，封堵住裂縫位置，并預留出注漿口、出氣孔和注漿槽。

在封堵水泥約24 h后，再次檢查封堵效果，確保無誤后，以0.2～0.3 MPa的注漿壓力，將聚氨酯注漿液注入注漿槽內，直至孔口冒漿。注漿后，將注漿口封堵住。大約在24 h后，檢查注漿液的凝結狀態，確保漿液完全固化后，清理注漿口和檢驗封堵。

在裂縫嵌填后，根據裂縫的寬度，裁剪稍大的牛皮紙條，將其浸泡水中，取出后在沒有陽光直射的地方晾干。牛皮紙基本干燥前，將白膠水均勻涂刷在待粘貼牛皮紙的位置，把牛皮紙貼上，再涂刷一層白膠水。

工程墻面的部分裂縫周圍有空鼓現象，筆者嘗試在修補之前，用機械將空鼓鏟除，鏟除時要深入基底，將所有松動的砂漿清理掉，使空鼓位置形成凹凸不平的截面，并與墻面保持45°的傾斜度。鏟除后，用清水沖洗浮灰，將粘結劑均勻涂刷一遍，再用混合砂漿抹面，厚度控制在10 mm以內，隨后進入養護階段。

4.6 溫度裂縫

對于溫度變化引起的裂縫，裂縫深度和寬度不大，但分布面較廣，且數量多。筆者認為較為適用于工程的裂縫處理方法，有簡單密封法和彈性密封法兩種。

(1)簡單密封法是在裂縫位置，用鏟子開除寬度0.6 mm左右的槽，將槽內的碎屑清除干凈，再嵌入密封砂漿，施工方法與上而的較寬裂縫處理方法相仿;

(2)彈性密封法是在裂縫位置，開出寬度大于4～6倍裂縫寬度的方形槽，槽口側面都進行了鑿毛處理，目的是增強密封材料與墻面的粘結牢固程度，同時在槽底設置了隔離層。該舉措的理由是筆者在案例工程之前，也處理過類似的墻面裂縫，當時沒有在槽底設置隔離層，施工后發現與底層墻體粘結的彈性材料，出現撕裂現象，在槽底設置隔離層后，有效地規避這個問題。

4.7 開裂嚴重的裂縫

對于常規裂縫，應該以上方法足以處置，而開裂嚴重的裂縫，極有可能破壞墻體整體結構的穩定，應將其視為處置重點。現場總共發現3條嚴重開裂的裂縫，這些裂縫寬度不一，但都統一采用了壓力灌漿法。第一條裂縫處理，裂縫寬度0.65 mm,筆者按照水泥∶水玻璃∶水=1∶0.015∶0.9的配比，配制成稀漿根據裂縫長度，打出孔距25 mm的小孔，將砂漿壓入孔內。這種配比的水玻璃水泥砂漿，適用于寬度0.3～1 mm的裂縫；第二條裂縫處理，裂縫寬度2.5 mm,筆者按照水泥∶水玻璃∶水=1∶0.015∶0.7的配比，配制成稠漿，具體處理方法與第一條裂縫處理方法一致。這種配比的水玻璃水泥砂漿，適用于寬度1～5 mm的裂縫；第三條裂縫處理，裂縫寬度10 mm,筆者按照水泥∶107膠∶水∶砂=1∶0.2∶0.6∶1的配比，配置成107膠水水泥聚合漿，配置后的漿液，具有良好的粘結力和水泥懸浮力，具體處理方法與第一條裂縫處理方法一致。這種配比的107膠水水泥聚合漿，適用于寬度5～15 mm的裂縫。

5 結論

本文通過介紹一棟商住樓裂縫的情況，對其進行了檢測鑒定，并在檢測和鑒定的基礎上對建筑結構進行合理的修復設計。實踐證明，通過采用上述綜合加固技術對該樓的框架柱、梁、樓板進行加固和裂縫修補處理后，較好地解決了房屋開裂的問題，使該建筑能夠滿足使用要求，經觀察自使用以來，一切正常。同時，本文針對房屋開裂修復問題提供了有效的處理方法，可供類似工程參考。

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[定稿日期]2017-07-04

周強(1976～)，男，本科，工程師，從事建筑公司管理工作。

TU712.3

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