房屋混凝土結(jié)構(gòu)裂縫的檢測研究

李士響

（上海市巖土工程檢測中心有限公司，上海 200000）

0 引言

在房屋建筑施工項(xiàng)目中混凝土結(jié)構(gòu)材料的出現(xiàn)有效提升了施工材料質(zhì)量且由于混凝土材料的價(jià)格較低，耐久性更強(qiáng)，具有更堅(jiān)固的使用特點(diǎn)，因此在房屋建筑領(lǐng)域中得到了越來越廣泛的應(yīng)用，隨著社會經(jīng)濟(jì)的穩(wěn)步增長，建筑體量變得越來越龐大，各類施工工藝與施工工序的出現(xiàn)，促使建筑材料的基本要求變得越來越高，而結(jié)構(gòu)裂縫的產(chǎn)生，勢必會影響房屋混凝土的使用性能，導(dǎo)致建筑出現(xiàn)明顯的承載力下降或者滲水等問題，對此，應(yīng)當(dāng)予以裂縫檢測工作高度注意。

1 房屋混凝土裂縫的形成原因與裂縫分類

根據(jù)裂縫性質(zhì)的不同，可以將現(xiàn)有的房屋混凝土裂縫劃分為結(jié)構(gòu)性和非結(jié)構(gòu)性兩種，圖1 為常見的房屋混凝土結(jié)構(gòu)裂縫，而依據(jù)裂縫性質(zhì)、特點(diǎn)等方面探究產(chǎn)生結(jié)構(gòu)裂縫的形成原因，可以從以下3 點(diǎn)進(jìn)行討論結(jié)構(gòu)性裂縫的形成原因：①由直接作用而產(chǎn)生的結(jié)構(gòu)裂縫。此類裂縫主要是由于房屋結(jié)構(gòu)外部的荷載壓力過大，導(dǎo)致混凝土結(jié)構(gòu)所承受的壓力負(fù)荷倍增而產(chǎn)生的直接裂縫現(xiàn)象。②由次應(yīng)力效應(yīng)引發(fā)的結(jié)構(gòu)裂縫問題。與直接作用而產(chǎn)生的裂縫較為相似的是，這一裂縫也是由于外界荷載壓力增高導(dǎo)致混凝土結(jié)構(gòu)受損而出現(xiàn)明顯裂縫，但是與之不同的是，這類裂縫的外力并不會直接對混凝土的固有結(jié)構(gòu)造成影響和破壞，而是先產(chǎn)生了一定數(shù)值的次應(yīng)力，再將破壞力施加到混凝土結(jié)構(gòu)上，最終導(dǎo)致出現(xiàn)結(jié)構(gòu)裂縫問題。③由于荷載因素而引起的結(jié)構(gòu)裂縫。產(chǎn)生這一裂縫的主要原因可以分為溫度、混凝土不均勻沉降等，均為非荷載因素導(dǎo)致房屋混凝土結(jié)構(gòu)裂縫的形成。

圖1 常見的房屋混凝土結(jié)構(gòu)裂縫

非結(jié)構(gòu)裂縫可以分為以下3 種：①收縮裂縫。依據(jù)裂縫的實(shí)際情況，技術(shù)可以將收縮裂縫進(jìn)行細(xì)化分類，依據(jù)結(jié)構(gòu)裂縫的形成原因，逐一對塑性收縮裂縫種類進(jìn)行判別與鑒定，而其中較為特殊的是塑性收縮裂縫。在檢測塑性收縮裂縫時(shí)，應(yīng)當(dāng)重點(diǎn)關(guān)注混凝土結(jié)構(gòu)的收縮變化，如果混凝土在未完全凝固之前就發(fā)生了明顯的收縮現(xiàn)象，就有可能會導(dǎo)致混凝土收縮裂縫的產(chǎn)生。干燥收縮裂縫則是由房屋混凝土結(jié)構(gòu)經(jīng)歷過長時(shí)間的水分蒸發(fā)后出現(xiàn)混凝土體積的明顯縮小而引起的裂縫現(xiàn)象。如果在混凝土構(gòu)件澆筑完成后，技術(shù)人員并未對混凝土的狀態(tài)予以實(shí)施監(jiān)管，導(dǎo)致在混凝土未達(dá)到硬化標(biāo)準(zhǔn)時(shí)，輕質(zhì)水泥會出現(xiàn)明顯的上浮現(xiàn)象，而骨質(zhì)混凝土顆粒則出現(xiàn)明顯的沉積現(xiàn)象，導(dǎo)致混凝土結(jié)構(gòu)出現(xiàn)了固液分離問題，就會導(dǎo)致沉降收縮裂縫的形成，如果在施工線上出現(xiàn)了水泥水化熱現(xiàn)象，引發(fā)混凝土構(gòu)建出現(xiàn)明顯的水化收縮裂縫。②溫度裂縫。溫度裂縫也是房屋混凝土結(jié)構(gòu)較常見的裂縫種類之一，產(chǎn)生這一裂縫的原因主要就是由于外界溫度的急劇變化，導(dǎo)致混凝土的穩(wěn)定結(jié)構(gòu)受到破壞或影響，常見的溫度裂縫種類有內(nèi)約束裂縫、外約束裂縫。③其他裂縫。如果在混凝土施工過程中出現(xiàn)構(gòu)件制作不合理、構(gòu)件堆放不規(guī)范、攪搗操作不徹底、抹面操作不透徹等問題，也會出現(xiàn)各類結(jié)構(gòu)裂縫。

由于非結(jié)構(gòu)裂縫的形成原因比較復(fù)雜，容易受到外界環(huán)境的干擾和影響，且在房屋混凝土施工項(xiàng)目中，結(jié)構(gòu)裂縫更為常見，因此文章重點(diǎn)討論適用于混凝土結(jié)構(gòu)裂縫的檢測手段。

2 房屋混凝土結(jié)構(gòu)裂縫的檢測方法

2.1 超聲波檢測方法

對房屋混凝土結(jié)構(gòu)裂縫進(jìn)行檢測時(shí)，如果采取無損檢測方法，則可以對裂縫的實(shí)際深度進(jìn)行準(zhǔn)確的檢測，并獲取相應(yīng)的檢測數(shù)據(jù)報(bào)告，如果混凝土內(nèi)部存在著明顯的質(zhì)量缺陷時(shí)，就可以通過操控聲波，利用聲波的數(shù)值變化及波動情況，即可判斷缺陷的實(shí)際面積與裂縫深度。由于聲波在傳輸過程中需要依靠一定的介質(zhì)才能完成信號輸送，因此當(dāng)房屋混凝土產(chǎn)生明顯結(jié)構(gòu)縫隙時(shí)，聲波就會出現(xiàn)明顯的特征改變，結(jié)合聲波傳播特征的變化情況，以及聲波的振幅大小、頻率變化與相位差值，技術(shù)人員就可以對混凝土結(jié)構(gòu)裂縫的特征進(jìn)行判斷和分析。在對裂縫結(jié)構(gòu)進(jìn)行分析時(shí)，技術(shù)人員可以結(jié)合檢測需求，靈活使用各類檢測方法，例如平測法、斜測法等[1]。目前，平測法（圖2）是一種較為廣泛使用的裂縫檢測方法，當(dāng)使用這一手段進(jìn)行裂縫檢測時(shí)，技術(shù)人員只需要針對一個測試面就可以完成該處混凝土裂縫的深度檢測，因此這類方法具有較好的環(huán)境適應(yīng)能力可以承擔(dān)多數(shù)混凝土結(jié)構(gòu)檢測的工作需求。隨著平測法檢測技術(shù)的更新?lián)Q代，相關(guān)專家學(xué)者利用聲波傳播的自身特質(zhì)，研制出了脈沖回波法、相位回轉(zhuǎn)法等多種無損檢測法，均具有較好的裂縫檢測效果。

圖2 超聲波檢測法（平測法）

房屋結(jié)構(gòu)中基礎(chǔ)部分可以承擔(dān)著上部結(jié)構(gòu)巖體的支撐作用，由于大部分房屋建筑工程為靜樁基基礎(chǔ)形式，且具有獨(dú)立承臺的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，在對其進(jìn)行無損混凝土結(jié)構(gòu)檢測時(shí)，技術(shù)人員就需要考慮到獨(dú)立承臺的承載力變化情況，并結(jié)合獨(dú)立承臺的變形值以及外觀整齊度等方面，判斷現(xiàn)有的獨(dú)立承臺條件是否與工程基本要求相符合，利用超聲波等無損檢測技術(shù)（圖3）即可逐一對房屋建筑的外墻部分以及其他混凝土樁土結(jié)構(gòu)進(jìn)行專項(xiàng)檢測[2]。在使用超聲波法對混凝土結(jié)構(gòu)進(jìn)行檢測時(shí)，技術(shù)人員就可以向混凝土內(nèi)部發(fā)射一定數(shù)值的P波，依據(jù)P 波在混凝土結(jié)構(gòu)中的反饋條件以及傳遞特性，即可利用發(fā)射換能器為檢測載體，技術(shù)人員無須再對混凝土結(jié)構(gòu)進(jìn)行物理破壞即可，利用超聲儀器完成檢測數(shù)據(jù)的導(dǎo)入及記錄，從而為實(shí)現(xiàn)混凝土結(jié)構(gòu)判斷提供更真實(shí)的檢測數(shù)據(jù)，相較于具有破壞性的檢測操作，以超聲波手段為典型代表的無損檢測技術(shù)具有更輕便、簡單的特點(diǎn)。當(dāng)對混凝土結(jié)構(gòu)完成檢測后，技術(shù)人員如果發(fā)現(xiàn)沒有存在明顯的結(jié)構(gòu)裂縫或其他施工問題，就可以實(shí)現(xiàn)對墻體及鋼筋混凝土構(gòu)件的評價(jià)判斷。除此之外，這一檢測手段也可以對其他混凝土覆蓋結(jié)構(gòu)部分進(jìn)行檢測，例如地基承臺等部分，技術(shù)人員就可以準(zhǔn)確判斷出承臺實(shí)際掩埋深度是否與設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)相吻合，從而判斷出地基承臺部分是否存在施工裂痕或者其他損傷等情況。

圖3 超聲波檢測法

2.2 電阻層析成像檢測法

得益于科學(xué)技術(shù)的飛速發(fā)展，一些新型無損檢測技術(shù)的誕生，也為房屋混凝土結(jié)構(gòu)裂縫檢測提供了更多樣化的實(shí)施方案，例如，電阻層析成像儀器（圖4）的出現(xiàn)就為結(jié)構(gòu)裂縫檢測提供了更優(yōu)質(zhì)的工作方案，相較于其他技術(shù)手段，電阻層析成像技術(shù)具有更快速的檢測速度，且檢測投入也比較低，不會對周圍環(huán)境及技術(shù)人員造成輻射損傷，同時(shí)，空間可視化也是電阻層析成像技術(shù)的優(yōu)質(zhì)特征，在房屋建筑混凝土構(gòu)件領(lǐng)域檢測取得了不錯的使用效果[3]。一些新型檢測材料，例如碳納米管等，逐漸應(yīng)用到混凝土施工檢測項(xiàng)目中，碳納米管表面會覆蓋一層較薄的傳感涂層，這就導(dǎo)致碳納米管具有更敏感的電阻應(yīng)變能力，由于碳納米管的電阻能力大小與其傳感率有正相關(guān)的關(guān)系，因此技術(shù)人員就可以通過操控低頻交流電來判斷傳感涂層的變化情況，即利用低頻交流電場實(shí)現(xiàn)對混凝土結(jié)構(gòu)裂縫的判斷和檢測。在使用這種方法進(jìn)行結(jié)構(gòu)裂縫檢測時(shí)，技術(shù)人員需要先進(jìn)行試樣制備操作，具體為先選擇一定數(shù)量的碳納米管放于燒杯中，注入一定注量的超純水，利用超聲波均質(zhì)機(jī)得到碳納米管分散液，再向其注入水性聚氨酸酯液，以高速攪拌的形式得到混合分散液，再逐一加入硅粉固體粉末、高濃縮消泡液原液、分散助劑等，最終將得到的混合液注入高壓噴槍噴壺內(nèi)，以定量的方式將試劑均勻噴灑至基體部分，靜置一段時(shí)間后，再對機(jī)體放置紫外光霧化機(jī)下進(jìn)行再加工處理。最終即可制得檢測所需的薄膜電傳感涂層。在對混凝土梁試件進(jìn)行加工處理時(shí)，也需要對其成分比例、水灰比例等予以嚴(yán)格把控，確保可以獲取與混凝土破壞相符的基本標(biāo)準(zhǔn)，再置于濕潤環(huán)境下進(jìn)行混凝土養(yǎng)護(hù)。完成混凝土構(gòu)件制備后，技術(shù)人員就可以將制備好的傳感涂層噴涂至混凝土表面，待涂層干燥凝固后，再設(shè)置電極裝置，并完成裂縫檢測及壓彎裂縫實(shí)驗(yàn)，并將實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)導(dǎo)入數(shù)據(jù)處理軟件，即可重建混凝土數(shù)字圖形，完成裂縫檢測[4]。

圖4 電阻層析成像儀器

2.3 鉆芯取樣及碳化檢測法

鉆芯取樣（圖5）及碳化檢測是一種有損的房屋混凝土結(jié)構(gòu)裂縫檢測方法。在一些房屋建筑施工項(xiàng)目中，技術(shù)人員通常會以鋼筋土框架結(jié)構(gòu)為主要載體，并通過現(xiàn)場澆筑的形式完成框架柱梁板的施工操作，因此這一施工步驟容易導(dǎo)致加工樓板面出現(xiàn)明顯的貫穿性裂縫，且存在裂縫程度深淺不一的情況，就會導(dǎo)致結(jié)構(gòu)裂縫檢測發(fā)生明顯的誤差，而對其使用無損檢測方法則不具備較為準(zhǔn)確的檢測結(jié)果。針對這一問題，技術(shù)人員就可以先采取鉆芯法直接對該混凝土結(jié)構(gòu)進(jìn)行全面的檢測與分析，鉆芯法雖然會對混凝土的固有結(jié)構(gòu)造成一定的破壞或損傷，但是其檢測結(jié)果也比較精確，因此也是目前常用的結(jié)構(gòu)裂縫檢測手法之一[5]。但是需要注意的是，如果混凝土結(jié)構(gòu)的臨期過小或者混凝土結(jié)構(gòu)的硬度小于10MPa，則不應(yīng)當(dāng)使用鉆芯法進(jìn)行裂縫檢測，否則會導(dǎo)致混凝土結(jié)構(gòu)的明顯損傷，甚至是崩塌。在使用鉆芯法對現(xiàn)澆框架梁板進(jìn)行裂縫檢測時(shí)，技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)先以隨機(jī)抽樣的方式選擇出一定數(shù)量的框架梁柱模板，并依據(jù)事先擬定好的檢測規(guī)則，逐一對梁板進(jìn)行鉆樣等加工處理，常見的加工方式有鉆取、切割和磨平等幾種，當(dāng)對梁柱樣板完成加工處理后，還需要將其置于恒溫干燥環(huán)境內(nèi)進(jìn)行數(shù)次抗壓試驗(yàn)，如果在試驗(yàn)過程中發(fā)現(xiàn)某一個樣品與檢測要求不符合，則應(yīng)當(dāng)立即剔除樣品，重新篩選樣品，避免因芯樣制作不合格而造成的檢測誤差。在正式檢測環(huán)節(jié)，技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)以混凝土C25 設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)為判斷依據(jù)，對現(xiàn)有的混凝土結(jié)構(gòu)進(jìn)行抗壓強(qiáng)度測試，當(dāng)其符合C25 設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)之后，就可以進(jìn)行后續(xù)的碳化深度檢測。

圖5 鉆芯取樣法

碳化深度檢測是以鉆芯取樣為前提而存在的一種混凝土結(jié)構(gòu)檢測方法。當(dāng)技術(shù)人員完成對樓板面等處混凝土的鉆芯取樣處理之后，就可以直接向孔洞內(nèi)部噴灑1%濃度的酚酞酒精溶液初步對其進(jìn)行加工處理，然后再使用碳化程度檢測儀，對其內(nèi)部特征進(jìn)行檢測，判斷混凝土深度是否與標(biāo)準(zhǔn)要求相符合，最終技術(shù)人員也可以依據(jù)實(shí)際檢測需求選擇是否在對混凝土結(jié)構(gòu)開展動力性檢測項(xiàng)目，從而有效提升檢測精確度。

3 結(jié)語

綜上所述，混凝土是目前房屋建筑施工項(xiàng)目中較為常見的施工原材料之一，而混凝土本身的使用性能和結(jié)構(gòu)特征，會對整個房屋建筑工程的施工質(zhì)量造成直接影響。各類結(jié)構(gòu)裂縫的出現(xiàn)會直接對混凝土結(jié)構(gòu)造成明顯的破壞和干擾，因此結(jié)合項(xiàng)目需求，技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)規(guī)范對混凝土結(jié)構(gòu)裂縫逐一進(jìn)行排查與分析，利用超聲波檢測、電阻層析成像檢測或鉆芯取樣、碳化檢測法等，切實(shí)提升混凝土結(jié)構(gòu)檢測的精確度。