混凝土結構裂縫檢測及原因分析

胡國飛 (安徽建工檢測科技集團有限公司，安徽 合肥 230031)

1 引言

混凝土材料構成的結構構件因其自身獨特的優點，在工業與民用建筑中得到了廣泛應用。據混凝土行業數據統計，2021 年我國商品混凝土產量達到32.93 億m2。然而，由于材料本身、周圍環境、施工生產、設計及使用過程中各種因素的影響，許多混凝土結構出現了不同形式的裂縫，這對其本身的力學性能、耐久性及美觀性產生了嚴重影響，進而出現承載力下降、滲水、鋼筋銹蝕及保護層剝落。因此，混凝土裂縫的成因分析及控制措施成為了一個重要研究課題，國內學者對其進行了大量研究，并取得了富有成效的研究成果[1-7]。本文先簡要介紹混凝土結構裂縫檢測的主要內容，再以實際檢測過程中存在不同類型裂縫項目為工程背景，詳細介紹常見混凝土結構裂縫產生的原因，為類似工程案例的檢測及處理提供思路和依據。

2 裂縫檢測

混凝土結構出現裂縫后，為分析裂縫成因，應依據《民用建筑可靠性鑒定標準》（GB 50292-2015）[8]對相關項目進行調查、檢測。調查工作主要包括：調審上部結構設計圖紙、質保資料，質保資料主要指被測板構件鋼筋隱蔽工程驗收記錄，混凝土試塊強度、鋼筋力學及工藝性能和焊接見證試驗報告；混凝土配合比、原材料報告、混凝土澆筑時間、澆筑當日天氣及溫度情況、混凝土養護方式、支模方式、拆模時間及裂縫發現時間。現場檢測工作主要包含：被測構件的裂縫寬度、深度、分布情況以及被測構件截面尺寸、混凝土強度、鋼筋配置。根據檢測需要，必要時根據實測結果對有裂縫分布的構件承載力進行驗算。綜合調查結果、裂縫分布特征、施工質量及驗算結果，對被測構件裂縫成因進行分析。

3 工程實例

3.1 塑性收縮裂縫

某工程地下室系地下1 層框架結構，建筑面積15476 m2。該工程于2014 年10 月開工建設，檢測時形象進度為地下室頂板覆土、景觀綠化完工。地下室頂板混凝土強度和抗滲設計等級為C30P6，泵送混凝土坍落度設計值為（160±30）mm。調查被測地下室頂板混凝土配合比及所用材料符合標準要求；所用各規格鋼筋內徑、肋高、重量偏差、力學性能和彎曲性能經檢驗合格；混凝土對應試塊強度經檢驗合格，其抗滲等級經檢驗符合設計要求。施工、監理單位闡述，澆筑被測地下室頂板的混凝土由生產地點運至澆筑地點約40min，澆筑時間為2015 年3 月23 日9:00～16:20，當日多云，氣溫7～19℃，東北風3～4級。澆筑方向從東到西，先用機械振搗，后用抹光機收光兩次；混凝土澆筑后間隔12h 澆水1 次，并用塑料薄膜覆蓋；2016年11月4日發現板底有裂縫分布。現場檢測被測板混凝土強度、厚度、鋼筋間距及保護層厚度基本符合設計要求。從板底觀測可知，被測地下室頂板分布有多條裂縫，裂縫呈線形、弧形、Y 形伸展，線形裂縫伸展較長，部分線形裂縫伸展至梁上，板裂縫伸展至沉降后澆帶處即停止（見圖1），并且由板底水跡判斷部分裂縫局部貫穿板截面，板底最大裂縫寬度為0.28 mm。

混凝土在完全凝結硬化之前的階段為塑性階段，若此時失去過多表面水分則會導致體積收縮，，并且因本身強度過低而產生裂縫。此類裂縫伸展方向多為無規則且長短不一，施工時做好防風措施，及時收光抹壓、延長合理養護時間可減少此類裂縫的發生。

3.2 塑性沉降裂縫

某住宅樓系地下2層、地上29層鋼筋混凝土框架剪力墻結構，建筑面積約28357 m2。于2017 年8 月工程開工建設，綁扎負2層墻、柱鋼筋時發現筏板基礎板面有裂縫出現。筏板基礎采用C35P6泵送混凝土澆筑，泵送混凝土坍落度設計值為（150±10）mm；該泵送混凝土水泥用量340 kg/m3；水泥：粉煤灰：水：砂：碎石：減水劑：膨脹劑=1.000：0.190：0.560：2.000：3.130：0.028：0.100。經調查，澆筑筏板基礎的混凝土由生產地點運至澆筑地點約35min，由施工單位負責完成澆筑，澆筑時間為2017年10月27日7:30～28 日2:45，當日為晴天，氣溫12～22 ℃，東、北風1～2級。澆筑順序為自西向東連續澆筑，用振搗棒振搗，振搗間隔600 mm，2017年10月28日5：30人工抹面收光一次。筏板基礎共布置8處溫度測點觀測基礎內部溫度。混凝土收光后用塑料薄膜覆蓋，2017年10月28日10：00掀掉塑料薄膜蓋土木布澆水養護，每天間隔1 h澆水1次。2017年10月28日15：40發現筏板基礎板面局部有裂縫。2017年11月9 日回彈檢測時筏板等效養護齡期為201 ℃·d，筏板基礎4個電梯井井壁混凝土201 ℃·d 齡期混凝土強度推定值在23.6～27.9 MPa，達到設計強度等級的67.4%～79.7%。從筏板板面觀測發現裂縫呈“口”字狀排列，裂縫圍成的“口”字中混凝土面層凹陷（見圖2）。裂縫寬度在0.1～2.5 mm，騎縫鉆取此類代表性的裂縫，其深度未超過板面縱筋保護層厚度；此類裂縫板面混凝土有不密實缺陷，不密實缺陷位于縱、橫向鋼筋周圍，缺陷深度距板面40～80 mm。澆筑、振搗混凝土后，筏板表面人工抹面收光一次，未及時進行二次壓抹；板面混凝土又不密實缺陷表明振搗不充分。

圖2 某住宅樓筏板板面裂縫

此類裂縫在混凝土澆筑時就已出現，主要原因是混凝土澆筑振搗時，粗細骨料下沉、水泥漿上浮，此過程遇到鋼筋等阻擋致使混凝土分離開裂。此類裂縫大多沿縱、橫向鋼筋伸展，裂縫深度不超過鋼筋保護層厚度，混凝土混合料振搗密實、及時抹壓收光可減少此類裂縫的數量并降低此類裂縫的寬度。

3.3 拆模過早引起的結構裂縫

某商業樓為地上4 層框架結構，建筑面積約5263 m2，該工程于2016 年3月開工，2017 年3 月完工，作售樓部使用至2019 年。因先期作售樓部用途，先期施工時一層頂8～11/F～H 軸區域預留為洞口。業主購買后擬作商用出租，并于2020 年1 月將先期預留的洞口用鋼筋混凝土現澆板封堵。經施工單位、業主闡述，封堵一層頂8～11/F～H 軸洞口位置的現澆梁、板鋼筋配置同原辦公室用途梁、板設計圖紙，鋼筋與先期施工的梁采用植筋連接（植筋時間為2020 年1 月11 日）。后期封堵洞口的一層頂8～11/F～H 軸位置同時澆筑現澆梁、板混凝土，澆筑日期為2020 年1 月18 日，澆筑完后立馬鋪薄膜覆蓋并灑水養護2～3 次（養護時間未超過3 天）；2020 年2 月24日拆除梁、板混凝土模板，拆模時也未檢測同條件試塊強度，根據當地1 月18 日至2 月24 日的氣溫計算拆模時的混凝土等效養護齡期約為246 ℃·d。施工單位闡述，2020年2月24日拆模時發現一層頂8～11/F～H 區域現澆板有裂縫分布并有滲漏水現象。從板底、板面觀測，除9～10/G～H 區域板未見裂縫外，一層頂8～11/F～H 區域其余板均分布數條裂縫（見圖3），且大部分裂縫呈斜向與縱、橫軸線約成45 °伸展，少數裂縫呈直線狀伸展。被測板上的裂縫均已貫穿板截面，板面最大縫寬0.38 mm、板底裂縫最大縫寬0.30 mm。實測一層頂8～11/G 軸梁近8 軸，8～11/(2/G)軸梁兩端、8～9/(1/G)軸梁兩端各分布有數條斜向裂縫；裂縫在梁兩側不對稱，大部分裂縫未伸展至梁底；裂縫縫寬上大下小，實測梁最大縫寬為0.14 mm。經現場檢測，回彈法檢測梁構件現齡期混凝土強度推定值符合設計強度等級標準值要求；抽檢梁箍筋間距及截面尺寸符合驗收規范要求；抽檢梁底主筋直徑符合設計要求；抽檢板底、板面雙向鋼筋間距平均值基本符合驗收規范要求；抽檢板底、板面鋼筋直徑符合設計要求；抽檢板厚度平均值符合驗收規范要求；抽檢一層頂板2 根植筋錨固力達屈服強度的90%時，未出現宏觀裂損等異常現象。

圖3 某商業樓一層頂8～11/F～H區域板裂縫圖

根據裂縫分布特征、現場檢測及調查結果綜合分析，被測梁、板裂縫主要系早期受力引起，主要與模板工程未按規范施工有關。

3.4 負筋保護層厚度偏大引起的結構裂縫

實際施工中由于各工種交叉作業，較多人員在已支設模板的板面鋼筋上行走，部分上層鋼筋間的馬凳設置間距偏大，導致上部鋼筋下沉、彎曲，混凝土澆筑后保護層過大，固定支座變成塑性鉸支座，加之上荷載過快，板在四周梁支座處產生裂縫，此類裂縫板面縫寬明顯大于板底。

某學生公寓為地上14 層剪力墻結構，建筑面積為12718 m2，于2019年11月開工建設。施工單位闡述，2020 年1月3日澆筑4層頂梁、板混凝土，2020 年1 月13 日拆除4 層頂梁、板模板；拆除模板時發現部分現澆板板面有裂縫分布。從板面觀測到板面分布有2 條裂縫（見圖4），裂縫近板支座且基本與軸線平行，板底未見明顯裂縫，板面最大裂縫寬度為0.60 mm。回彈法檢測與被測板同批澆筑的梁現齡期混凝土強度推定值達到設計要求，實測板底雙向鋼筋間距平均值、負筋間距平均值及板厚基本符合驗收規范要求；實測板面7 根負筋保護層厚度偏差在+14～+28mm 之間，超出規范要求。

圖4 某學生公寓四層頂板板面裂縫圖

3.5 鋼筋保護層厚度偏薄引起的裂縫

裂縫實際為施工因素與混凝土收縮共同引起的，裂縫位置基本對應為鋼筋位置。其主要原因是保護層厚度偏薄時保護層范圍內多為水泥漿，水泥漿收縮較大且易在該處薄弱面沿鋼筋開裂，此類裂縫開展深度一般不超過保護層范圍。

某小區10#樓為地下1 層、地上18層框架結構，工程于2020 年2 月10 日開工，上部結構施工至4 層時，發現地下1 層混凝土墻體出現裂縫。經調查得出，混凝土墻的配合比及其所用材料調查符合相關標準要求；鋼筋配置經施工、監理單位驗收符合設計要求；所用各規格鋼筋內徑、肋高、重量偏差、力學性能和彎曲性能經檢驗合格。被測混凝土墻澆筑于2020 年6 月9 日，雷陣雨天氣，23～30 ℃，按規定澆筑振搗，帶模澆水養護。拆模時間是2020 年6 月24 日，拆模齡期為15 天，被測混凝土墻混凝土對應試塊強度經檢驗合格。裂縫發現時間為2020 年6 月26 日。實測每片混凝土墻內側均分布有多條裂縫，大部分裂縫呈線形豎向伸展，大部分豎向伸展裂縫處為豎向鋼筋分布處，裂縫未伸展至板上。混凝土墻裂縫上、中、下部縫寬接近。選取3 處非豎向鋼筋位置的裂縫處騎縫鉆取，鉆取處縫寬分別為0.12、0.14、0.14 mm，裂縫深度分別為100、90、50 mm，裂縫均未貫穿墻截面。經現場檢測，3 片混凝土墻現齡期混凝土強度推定值符合設計要求；混凝土墻鋼筋間距平均值及厚度平均值偏差符合規范要求，墻測點保護層厚度偏差在-15～-8mm 之間（規范允許偏差-5～+8mm）。

3.6 溫度裂縫

某市政橋梁為梁拱組合體系橋梁，橋跨布置為100 m+200 m+100 m，橋寬15.8 m，橋長400 m；下部結構采用橋墩+承臺+群樁基礎，樁基直徑為2.5m。墩承臺側面裂縫發現時形象進度為承臺及以下結構已施工。被測墩承臺正八邊形外輪廓包絡尺寸為23000 mm（縱橋向）×23000 mm（橫橋向）×5000 mm（高度），混凝土澆筑方量為2411m3，采用一次性分層澆筑的方式，1～10 層每層厚度約400 mm，11～12 層每層厚度不超過500 mm。上層混凝土覆蓋在下層混凝土初凝之前進行，并在振搗上層混凝土時，振搗棒下插5～10 cm。于2022 年4 月13日澆筑，于2022 年4 月18 日拆模。被測墩承臺所有側面均有裂縫分布，選取東北側面觀測其分布有多條裂縫（見圖5），裂縫主要呈豎向、水平向（僅一條）伸展，大部分豎向裂縫伸展的長度較短，未達檢測高度范圍內承臺截面高度。其中有一條豎向裂縫長度已達可檢測高度范圍，一條水平向裂縫已達承臺側面寬度。豎向裂縫縫寬在高度范圍內呈現中間大兩端小的棗核狀，最大縫寬0.70 mm。選取一處豎向裂縫處騎縫鉆取芯樣（鉆取處縫寬為0.70 mm）觀測，裂縫深度380 mm。此工程所用混凝土為大體積混凝土，施工單位未制定專項施工方案且未實時測量墩承臺內外溫度，裂縫主要為大體積混凝水泥水化熱產生的溫度應力引起。

圖5 某市政橋梁墩承臺東北側面裂縫圖

4 結束語

本文簡要說明了混凝土結構裂縫檢測的主要內容，再以實際檢測過程中存在不同類型裂縫項目為工程背景，詳細介紹常見混凝土結構裂縫產生的原因，為類似工程案例的檢測及處理提供思路和依據。