混凝土裂缝的调查与诊断

混凝土裂缝的调查与诊断

王会娟王娟

1引言

近几十年，随着我国国民经济持续高速发展，现代化进程的加快，各类社会基础设施的建设方兴未艾。混凝土结构由于其凝结前可塑性好、施工快、经济性好、耐久性好等特点，已经成为建筑工程的主要结构形式，据统计，我国每年混凝土用量25亿m3以上，约占世界总量的一半[1]。这些被大量修建的建造物和人一样都有生命周期，随着时间推移，建造物也会生病、老化，在混凝土构筑物的劣化问题当中，最为明显的当属裂缝问题。混凝土构筑物在材料的选择、施工以及后期的使用过程当中，会受到各种物理化学因素的影响，从而导致混凝土构筑物中出现各种裂缝，从而对混凝土构筑物的美观和安全性能造成威胁，那么，对混凝土构筑物出现的裂缝问题进行调查、诊断以及维修管理的工作就显得尤为重要。这个问题在发达国家已引起高度重视，日本从1980年就组织进行“建筑物耐久性提高技术”的开发研究，1992年又推出了《建筑物现状调查、诊断、维修指南》，并于1999年创建了<混凝土诊断士制度>，而我国虽尚未制定相关规范，但对此问题已日益重视。本文结合日本近几十年来混凝土构筑物的裂缝调查、诊断、维修工作现状，在对混凝土裂缝的种类及其形成原因分析的基础上，提出了裂缝调查诊断的方法、以及相对应的维修措施及处理方法。

2裂缝的成因及种类

裂缝的发生成因比较复杂，一般由混凝土选用的材料、配合比、施工、使用环境、外力荷载等引起，可能由其中的某个或多个因素引起裂缝的发生，也可能由于其它的因素影响助长了裂缝的发生。但是，从裂缝的多个发生因素中找出主要因素，对于建筑物裂缝的修补来说是一件非常重要的事情。要想正确辨认裂缝种类，首先就必须要了解裂缝的特性、成因、以及发展趋势，诊断裂缝对建筑物造成的危害等级及发展动向，从而判断裂缝修补的必要性，并且才能对症下药地采取适当的措施防止或者减少裂缝对构造物的破坏，延缓构造物的使用寿命。

按混凝土所使用的材料、施工、环境、以及构造・外力四类影响因素作用下，在混凝土构造物中产生的常见裂缝如下表1[2，3]所示。

3裂缝的调查与判定

对混凝土结构的裂缝应该有正确的认识，这是正确处理裂缝问题的首要条件。由表1可以看出，在构造物中产生的裂缝根据其产生的原因不同，种类也不尽相同，多达几十种。不同原因引起不同性质的裂缝，对结构安全以及使用功能的影响也不尽相同。那么在多达几十种的因素中，如何对构造物内产生的裂缝进行科学的调查，正确地判断出裂缝的种类及危害性，是关系到结构物在今后的使用过程中，能否保证其结构的安全性和工程性的重要前提。为了充分获得能够判断裂缝的产生原因及危害性的信息，对混凝土构筑物应进行科学的调查和诊断。在工程实际当中，常按资料调查、目视调查、详细调查三步对构造物中产生的裂缝进行科学地调查，并通过对调查结果的分析评价，科学地判定出裂缝的种类和处理措施。

3.1资料调查

资料的调查属于基本信息收集阶段，其作用是尽可能全面地掌握混凝土构筑物的基本信息资料，从中把握可能引起裂缝产生原因的各种有关信息。因此，根据混凝土构筑物的设计、材料选择、施工、使用四个阶段以及所处的环境情况，分别对相关资料进行调查。

（1）与设计有关的资料调查：根据混凝土构筑物的设计资料，了解结构的型式、形状、尺寸、配筋构造、钢筋保护层厚度等信息。

（2）与材料有关的资料调查：调查混凝土构筑物所使用的材料种类、产地、技术指标以及混凝土配合比设计、强度等级等有关信息。材料选择不当会直接影响混凝土工程的质量和耐久性能，因此根据混凝土构筑物的实际情况检验所选取的材料是否会引起混凝土构筑物出现裂缝的可能性。在由材料引起的混凝土构筑物的裂缝问题当中，由水泥品种不合适引起的开裂问题和由骨料选择不合适引起的碱骨料反应、盐害等问题较为突出。

（3）与施工有关的资料调查：调查施工技术方案、施工日志、拌合浇筑方法、混凝土标准强度及实体强度的试验记录、养护记录、模板种类及拆模时间、工程验收记录等资料。通过调查分析施工资料，从中找出可能由于施工原因造成的裂缝种类。

（4）与使用有关的资料调查：调查混凝土构筑物的使用功能、结构服役历史、承载服役情况、点检维修记录、用户反应情况等信息。根据使用情况推断可能导致混凝土出现裂缝的原因。

（5）与环境有关的资料调查：调查混凝土构筑物所处的地理位置以及环境因素两方面的情况。如果构筑物所处地理位置的地质情况不均匀，或临接河岸，那么建筑物出现不均匀沉降导致裂缝产生的可能性比较大。另外，建筑物所处地的气温、湿度、降雨频度（量）、酸性气体种类及浓度、风速及风向、冻结溶解次数等，对建筑物的耐久性影响非常显著，详细了解建筑物所处位置的具体环境影响因素，推断建筑物出现病害的趋势，有助于把握建筑物裂缝的产生机理。

3.2目视调查

目视调查也称现场调查，是直接针对混凝土结构和裂缝的调查，直接获取混凝土构筑物的现状情况和有关裂缝最真实、最客观的信息。通过现场对混凝土构造物进行整体目视劣化调查，观察并记录构造物中裂缝发生的部位、走向以及数量，并利用敲打法判断裂缝周围有无混凝土剥离现象，同时观察裂缝周围有无钢筋锈汁流出，初步判定有无钢筋锈蚀情况，如果建筑物同时伴有其他劣化现象产生，应同时进行调查，并将初步目视调查结果记录图中，根据混凝土构筑物的劣化状况以及裂缝的特征初步判定裂缝的成因。

现场目视调查要依据调查者逐步寻找构筑物的劣化情况和裂缝，工作量较大，调查者应本着客观、全面、科学、严密、公正的原则立足实际充分反映现存裂缝的实际状态，客观详细地整理调查结果。

3.3详细调查

通过现场初步目视调查，收集有关构筑物的劣化状况之后，根据混凝土构筑物的劣化状况以及裂缝特征初步推测裂缝的成因，然后根据初步推测结果制定详细检测方案，进行进一步的详细调查最终确定其劣化以及裂缝产生的真正原因。

由于混凝土构筑物内出现的裂缝根据其产生的类型分为裂缝先行型、钢筋腐蚀先行型、劣化型三种，为了确定其产生的类型，需要对钢筋混凝土构筑物内产生的典型裂缝、内部的配置钢筋以及混凝土做详细检测才能最终确定其真正原因。

（1）裂缝的调查：通过初步目视调查，选取典型裂缝作为检测对象，通过测量尺、裂缝宽度检测卡或测量仪、裂缝深度测量仪、X射线法等，对裂缝的长度、宽度、深度以及稳定性做出详细检测，把握裂缝的各项参数以便对混凝土构造物的劣化以及裂缝等级做出判定。

（2）内部配置钢筋的调查：在建筑物内选取典型位置，通过电磁波法、电磁诱导法、X射线法、电气化学法、局部破坏法等方法，对混凝土构筑物内部钢筋的配制情况、钢筋的保护层厚度、钢筋的腐蚀状况做出详细调查，为裂缝产生原因的判断提供足够的信息。

（3）混凝土的调查：混凝土的调查内容主要包括混凝土的强度、碳化深度、氯离子含量及分布、硫酸根含量及分布、碱骨料反应可能性或反映程度的调查以及混凝土化学组织分析等内容。相对于裂缝和钢筋的无损检测方法，混凝土各项指标的检测目前主要采取的是局部破坏法和取样法，每层建筑物至少选取3处作为检测点来判断混凝土的性能指标。

通过以上方法对混凝土构筑物进行详细调查，找出混凝土劣化和裂缝产生的主要原因、性质、发展趋势以及对结构性能和使用功能可能造成的影响，为裂缝的防治、维修以及加固措施提供依据。

4裂缝的诊断

裂缝的诊断必须建立在对裂缝的正确认识的基础之上，不同原因引起的不同性质的裂缝，不但对结构安全以及使用功能的影响差别很大，对其采取的处理方式也有着巨大的差异。根据上述介绍的初步目视调查和详细调查结果，对症下药地选择合理的方法进行处理，不但“治标”更重要的是“治本”，从根本上消除产生裂缝的原因，才能收到满意的效果。

根据所产生裂缝类型是裂缝先发生型、钢筋腐蚀先发生型还是其他劣化型，以及所产生的裂缝对结构安全和使用功能的影响，目前常用的裂缝处理措施如下[4]。

（1）裂缝先发生型：实际工程中的可见裂缝，绝大多数是由温差、收缩、强迫位移等非荷载因素引起的裂缝，对于这类裂缝，基本上不用担心其安全问题，但可能会影响渗透性、透气性等问题，继而可能引起混凝土构筑物的耐久性问题，因此需对其处理。常用的处理方法有表面涂布工法、注入工法、填充工法等，其目的是通过对裂缝的封闭处理，提高混凝土的气密性和水密性，从而提高其耐久性能。

（2）钢筋腐蚀先发生型：混凝土结构由于受到二氧化碳或者氯离子等的渗透作用，导致内部钢筋的先行腐蚀膨胀继而造成混凝土的开裂现象，此类裂缝对混凝土结构物的危害极大，不仅造成钢筋断面减小，而且由于可能引起混凝土块剥落现象造成整个结构断面减小，承载力降低，从而引起严重的结构破坏。根据劣化的状态将其分为潜伏期、发展期、加速期和劣化期，对不同状态时期的裂缝问题采取不同的处理方法。

a潜伏期：该时期劣化因子还未到达或只有很少一部分到达钢筋位置，混凝土结构物内产生的裂缝比较微小，一般采取劣化因子遮断的方法阻止劣化因子的进一步侵入，常用的方法有表面涂布法、注入法，通过阻止劣化因子的侵入起到对混凝土构筑物的保护作用。

b发展期：随着劣化因子的侵入，慢慢到达钢筋位置，此时期常采用劣化速度抑制的方法，如含浸材涂布法、电气防腐法，通过恢复混凝土的碱性环境或者钢筋阴极法保护钢筋不会继续发生腐蚀，从而保护混凝土构筑物不会继续发生劣化的可能。

c加速期：混凝土构筑物的劣化程度到了加速期，劣化因子大部分已经到达钢筋位置，此时钢筋的锈蚀率达到3%～50%，由钢筋锈蚀膨胀引起的裂缝随处可见，并伴随有少量钢筋锈汁出现。因此只采用表面劣化因子遮断或抑制的方法是治标不治本，不能从根本上达到改善劣化状况的目的，必须采取劣化因子除去的方法，从最根本处解决问题，常用的方法有混凝土断面修复法，但这种情况下如果只对一部分断面进行修补的话，在未修补部分和修补部分之间形成微电池腐蚀电流，未修补部分包括钢筋背面的钢筋加速腐蚀的可能性比较大，因此应根据实际情况选择修复的部位和范围。

d劣化期：到了劣化期，钢筋锈蚀率达到50%以上，混凝土构筑物表面半数以上面积出现裂缝，并伴随混凝土块剥落现象，造成结构承载力减低，严重影响混凝土构造物的使用，除了进行断面修复之外，一般采取FRP工法、混凝土卷立工法、钢板卷立工法、外设预应力钢材工法等方法对耐荷力低下部分进行补强，使构造物性能得以恢复或提高，满足使用要求。

（3）其他劣化型裂缝：对于混凝土构筑物出现的诸如碱骨料反应、硫酸盐侵蚀、镁盐侵蚀等引起的裂缝，情况较轻时，可采用表面涂层的方法，隔绝水分或者盐溶液的渗透，但如果侵蚀情况较严重，混凝土构筑物整体出现大的裂缝时，应考虑限载或拆除措施，防止灾害的发生。因此，对于此类情况出现的裂缝因对结构物的破坏情况比较严重，修复比较困难，应以预防为主。

5结论

混凝土中出现裂缝是个不可避免的现象，那么对于混凝土构筑物中出现的这些裂缝，如何进行科学的调查、诊断以及分析评价，并根据评定结果提出合理的维修方案是当今土木工程领域的一大课题。

参考文献：

[1]徐有邻，顾祥林，刘刚，林峰．混凝土结构工程裂缝的判断与处理（第二版）[M]．北京：中国建筑工业出版社2016．

[2]社団法人日本コンクリート工学協会．コンクリート診断技術’10基礎編[M]．日本：社団法人日本コンクリート工学協会，2010．

[3]朱耀台，詹树林．混凝土裂缝成因与防治措施研究[J]．材料科学与工程学报：1004-793X(2003）05-0727-04．

[4]鞠丽艳．混凝土裂缝抑制措施的研究进展[J]．混凝土：Number5in2002(TotalNo.151）．

作者简介：

王会娟(1979—），女，河南师范大学新联学院专职教师，日本混凝土诊断士，硕士，主要从事混凝土无损检测方面的研究。王娟(1981—），女，清华大学博士，郑州大学副教授，主要从事混凝土细观力学的研究。