建筑工程师评职论文混凝土裂缝的成因及检测技术

　　摘要：混凝土结构的裂缝经常可见,裂缝的存在影响了结构的美观和正常使用;削弱了结构的刚度和整体性,导致工程事故的发生。本文针对混凝土裂缝的主要成因及针对其成因采取的相应的裂缝检测技术进行分析探讨。

　　关键词：建筑工程师评职论文,混凝土结构,裂缝成因,分析,检测技术

　　混凝土是一种人造石材，应具有类似天然石材的耐久性，但试验和应用证明：混凝土结构在使用过程中，受土壤中、水中及空气中有害介质的侵蚀，或混凝土材料本身有害成分的物理、化学作用，会产生劣化;宏观上会出现开裂、剥落、膨胀、松软及强度下降等，严重影响了混凝土结构的使用寿命，甚至会发生结构破坏、倒塌，造成人员伤亡和经济损失，因此分析混凝土开裂的原因尤为重要。

　　一、 混凝土产生裂缝的原因和裂缝的分类

　　1、 混凝土裂缝的分类

　　混凝土裂缝是混凝土的一种常见病和多发病。病情绝大多数发生于施工阶段，其原因复杂多变，为了分析其成因，试作如下大致分类：从裂缝外观可分成微观裂缝和宏观裂缝两大类。

　　(1)微观裂缝是指肉眼看不到的、砼内部固有的一种裂缝，它是不连贯的。宽度一般在0.05mm以下，但是要比肉眼可见的即宏观裂缝多得多。

　　这种砼本身固有的微观裂缝，在荷载不超过设计规定的条件下，一般视为无害。用实体显微镜观察、X射线或超声波探测仪等物理检验手段都可鉴定出这种裂缝。另外一种最直接的方法就是用渗水观察，一定压力的水可以从砼内部的裂缝中渗透出来。

　　(2)宏观裂缝宽度在0.05mm以上，并且认为宽度小于0.2~0.3mm的裂缝是无害的，但是这里必须有个前提，即裂缝不再扩展，为最终宽度。

　　宏观裂缝可分为以下几种：

　　①收缩裂缝：在施工阶段因水泥水化热及外部气温的作用引起砼收缩而产生的裂缝。多为规则的条状，很少交叉。常发生在结构变截面处，往往与受力钢筋平行。收缩裂缝多发生在大体积砼中，梁、板、柱等小块体构件，特别是预应力构件极少产生收缩裂缝。砼收缩裂缝危害较大，尤其是暴露在大气中的构筑物，影响更大。如不加以防止，可能会造成严重后果。

　　②超载裂缝：砼构件超荷载使用时，造成变形、失稳或因疲劳等原因产生裂缝。一般均发生在构件受弯矩最大的部位，成条状，但分布不象收缩裂缝那样均匀，扩展方向也相反，一般沿受力钢筋垂直方向或斜向发展。产生超载裂缝的原因，往往是施工阶段在构件上不适当地施加施工荷载或者是上部建筑过早施工。另外，温度应力影响也是原因之一。

　　③沉降裂缝：因地基差异沉降或构件接合不良、剪应力超过设计强度而产生的一种砼裂缝，多见于填土地基、桩基沉降不均匀的各种基础与墙体。这种裂缝一般与地面垂直，或成30°~40°角方向发展，宽度因荷载大小而异，与成降值成比例。沉降裂缝危害极大，并且极难处理。因此必须在设计上采取有效措施，施工、使用中也要加强观测、监视。

　　④龟裂裂缝：施工阶段因配料、搅拌、浇筑、养护等各环节的操作不当均能产生，其中以养护环节为关键。裂缝成龟壳状或散射状，无规律，长度、宽度也不一致。

　　⑤疏松裂缝：砼浇筑时因下料不均，致使砼材料离析，或因漏振、过振而产生的疏松状态裂缝。如果它延续到砼表面，当然容易发现，如果只产生在砼内部，则不能直接表现出来。这种疏松带长度不等，视下料或振捣情况而异。

　　2、 混凝土裂缝产生的原因

　　裂缝产生的形式和种类很多，要根本解决混凝土中裂缝问题，还是需要从混凝土裂缝的形成原因人手。正确判断和分析混凝土裂缝的成因是有效地控制和减少混凝土裂缝产生的最有效的途径。

　　(1)设计原因

　　①设计结构中的断面突变而产生的应力集中所产生的构件裂缝。

　　②设计中对构件施加预应力不当，造成构件的裂缝(偏心、应力过大等)。

　　③设计中构造钢筋配置过少或过粗等引起构件裂缝(如墙板、楼板)。

　　④设计中未充分考虑混凝土构件的收缩变形。

　　⑤设计中采用的混凝土等级过高，造成用灰量过大，对收缩不利。

　　(2)材料原因

　　①粗细集料含泥量过大，造成混凝土收缩增大。集料颗粒级配不良或采取不恰当的间断级配，容易造成混凝土收缩的增大，诱导裂缝的产生。

　　②骨料粒径越细、针片含量越大，混凝土单方用灰量、用水量增多，收缩量增大。

　　③混凝土外加剂、掺和料选择不当、或掺量不当，严重增加混凝土收缩。

　　④水泥品种原因，矿渣硅酸盐水泥收缩比普通硅酸盐水泥收缩大、粉煤灰及矾土水泥收缩值较小、快硬水泥收缩大。

　　⑤水泥等级及混凝土强度等级原因：水泥等级越高、细度越细、早强越高对混凝土开裂影响很大。混凝土设计强度等级越高，混凝土脆性越大、越易开裂。

　　(3)混凝土配合比设计原因

　　①设计中水泥等级或品种选用不当。

　　②配合比中水灰比(水胶比)过大。

　　③单方水泥用量越大、用水量越高，表现为水泥浆体积越大、坍落度越大，收缩越大。

　　④配合比设计中砂率、水灰比选择不当造成混凝土和易性偏差，导致混凝土离淅、泌水、保水性不良，增加收缩值。

　　⑤配合比设计中混凝土膨胀剂掺量选择不当。

　　(4)施工及现场养护原因

　　①现场浇捣混凝土时，振捣或插入不当，漏振、过振或振捣棒抽撤过快，均会影响混凝土的密实性和均匀性，诱导裂缝的产生。

　　②高空浇注混凝土，风速过大、烈日暴晒，混凝土收缩值大。

　　③对大体积混凝土工程，缺少两次抹面，易产生表面收缩裂缝。

　　④大体积混凝土浇注，对水化计算不准、现场混凝土降温及保温工作不到位，引起混凝土内部温度过高或内外温差过大，混凝土产生温度裂缝。

　　⑤现场养护措施不到位，混凝土早期脱水，引起收缩裂缝。

　　(5)使用原因(外界因素)

　　①构筑物基础不均匀沉降，产生沉降裂缝。

　　②使用荷载超负。

　　③野蛮装修，随意拆除承重墙或凿洞等，引起裂缝。

　　④周围环境影响，酸、碱、盐等对构筑物的侵蚀，引起裂缝。

　　⑤意外事件，火灾、轻度地震等引起构筑物的裂缝。

　　二、 混凝土裂缝带来的危害

　　1、 空气中二氧化碳的融入会与混凝土反应生成碳酸钙忽然碳酸氢钙，加快混凝土碳化速度，降低甚至完全破坏混凝土强度，混凝土的裂缝还会削弱混凝土对钢筋的保护作用，剥落的混凝土会使钢筋长期暴露在潮湿的环境下，破坏掉钢筋的外层保护膜，使钢筋产生锈蚀。

　　2、 混凝土裂缝是混凝土结构的严重病害.贯穿裂缝和深层裂缝会破坏混凝土结构的整体性，从而改变混凝土的受力条件，有使局部甚至整体结构发生破坏的可能.严重影响建筑物的质量和运行安全。混凝土表面的早期裂缝在以后气温骤降形成的温度应力和外力作用下，表面裂缝极有可能发展成为具有破坏性的贯穿裂缝和深层裂缝。因此严格控制混凝土表面早期裂缝的产生就显得尤为重要。

　　三、 混凝土裂缝检测技术分析

　　由于裂缝的成因、状态、发展以及在结构中的位置等的不同?对结构的危害性也有很大的区别。严重的裂缝可能危害结构的整体性和稳定性,对结构的安全运行产生很大影响。下面具体介绍几种常用的混凝土裂缝检测技术：

　　1、 表面波法

　　(1)表面波法基本原理

　　瑞利波是由于P波和S波在媒体边界面上相互作用而形成,其传播速度比S波稍慢,并主要集中的媒体表面和浅层部分，其特性非常适合于探测裂缝的深度。

　　①瑞利波在媒体表面受冲击所产生的弹性波中，能量最大，信号采集容易。

　　②依存于材料的剪切力学特性，从而对裂缝更为敏感。

　　③瑞利波大部分能量主要集中在从表面开始的1倍波长的范围内。

　　(2)表面波法的特点

　　表面波法测试裂缝的范围很大，可达几米，受充填物、水分的影响较小。特别是对贯穿裂缝精度非常高。但该方法属于半理论半经验的方法，理论不是特别严密。 对于坝面等近似于半无限平面体，非常适合表面波法测试。但不适合狭窄结构，因为表面波受边界条件、侧壁、边角等的影响较大。 利用双方向发振回归技术降低了测试误差，提高了测试精度。 选择测区希望避免剥离的地方，可提高其测试精度。因为有剥离的场合，会引起板波和振动，导入测试误差大。

　　2、 IES扫描仪式冲击回波法

　　(1)IES扫描仪式冲击回波法基本原理

　　IES方法是在IE的基础上，将固定的单个传感器变为滚动传感器，从而极大地加快了测试速度。如图11所示，IE方法只有一个接收传感器，每测试一点螺线管冲击一次。而IES方法采用扫描式滚动传感器，并采用螺线管冲击器进行连续冲击，极大地提高了检测效率。

　　(2)IES扫描仪的特点

　　IES方法基于基本的冲击回波原理，采用独创的滚动传感器和自动冲击器，可以以几乎连续的速度扫描测试混凝土结构和道路的厚度和内部缺陷。测试时以慢速步行速率进行，每条测试线上每隔5.5cm进行一次测试，多条测试线完成后就可以直接获得混凝土厚度以及内部缺陷(孔洞、蜂窝、裂缝、剥离等)位置的2D和3D图像。需要对混凝土内部状况进行成像时，该系统一个小时可进行数千次测试。例如可用于大面积检测板、隧道的厚度、评估桥梁预应力管(PT)中的灌浆是否密实

　　3、 超声脉冲平测法

　　(1) 超声波脉冲平测法原理

　　当换能器分置于裂缝两侧时，由其一侧发射的超声波一部分沿表面传播，由于裂缝的反射，不能直接到达接收换能器另一侧。但另外一部分超声波在混凝土中由一侧经另一点，绕过裂缝到达另一侧。这时，测到的传播时间t应大于经表面传播的时间。

　　(2) 超声波脉平测法特点

　　超声波脉冲平测法的衰减较大，混凝土中存在广泛的界面，声能散射损失明显，散射功率的大小与频率的平方成正比。采用超声平测法修正声速取代对测法声速后，可按常规公式推定混凝土强度;平测法相对于对穿法具有较强的可操作性;在混凝土缺陷探测时，可利用部分平测数据参与评定。

　　四、 结束语

　　加强混凝土裂缝检测技术与质量管理对于国家基础设施建设成功与否具有重要意义。运用全面的质量管理知识，对混凝土裂缝的质量影响因素进行认真细致的分析，使工程质量做到事前预防，事中严格规定，提高裂缝质量控制水平。

　　参考文献：

　　[1]王铁梦.工程结构裂缝控制[M].北京：中国建筑工业出版，1997.

　　[2]韩素芳，耿维恕.钢筋混凝土结构裂缝控制指南[M].北京：化学工业出版社，2006.

　　[3]张峰.混凝土裂缝的探讨[M].北京：铁道标准设计，2001.

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