房屋混凝土結構裂縫的檢測研究

李士響

（上海市巖土工程檢測中心有限公司，上海 200000）

0 引言

在房屋建筑施工項目中混凝土結構材料的出現有效提升了施工材料質量且由于混凝土材料的價格較低，耐久性更強，具有更堅固的使用特點，因此在房屋建筑領域中得到了越來越廣泛的應用，隨著社會經濟的穩步增長，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，促使建筑材料的基本要求變得越來越高，而結構裂縫的產生，勢必會影響房屋混凝土的使用性能，導致建筑出現明顯的承載力下降或者滲水等問題，對此，應當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

根據裂縫性質的不同，可以將現有的房屋混凝土裂縫劃分為結構性和非結構性兩種，圖1 為常見的房屋混凝土結構裂縫，而依據裂縫性質、特點等方面探究產生結構裂縫的形成原因，可以從以下3 點進行討論結構性裂縫的形成原因：①由直接作用而產生的結構裂縫。此類裂縫主要是由于房屋結構外部的荷載壓力過大，導致混凝土結構所承受的壓力負荷倍增而產生的直接裂縫現象。②由次應力效應引發的結構裂縫問題。與直接作用而產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致混凝土結構受損而出現明顯裂縫，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構造成影響和破壞，而是先產生了一定數值的次應力，再將破壞力施加到混凝土結構上，最終導致出現結構裂縫問題。③由于荷載因素而引起的結構裂縫。產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，均為非荷載因素導致房屋混凝土結構裂縫的形成。

圖1 常見的房屋混凝土結構裂縫

非結構裂縫可以分為以下3 種：①收縮裂縫。依據裂縫的實際情況，技術可以將收縮裂縫進行細化分類，依據結構裂縫的形成原因，逐一對塑性收縮裂縫種類進行判別與鑒定，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，應當重點關注混凝土結構的收縮變化，如果混凝土在未完全凝固之前就發生了明顯的收縮現象，就有可能會導致混凝土收縮裂縫的產生。干燥收縮裂縫則是由房屋混凝土結構經歷過長時間的水分蒸發后出現混凝土體積的明顯縮小而引起的裂縫現象。如果在混凝土構件澆筑完成后，技術人員并未對混凝土的狀態予以實施監管，導致在混凝土未達到硬化標準時，輕質水泥會出現明顯的上浮現象，而骨質混凝土顆粒則出現明顯的沉積現象，導致混凝土結構出現了固液分離問題，就會導致沉降收縮裂縫的形成，如果在施工線上出現了水泥水化熱現象，引發混凝土構建出現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構較常見的裂縫種類之一，產生這一裂縫的原因主要就是由于外界溫度的急劇變化，導致混凝土的穩定結構受到破壞或影響，常見的溫度裂縫種類有內約束裂縫、外約束裂縫。③其他裂縫。如果在混凝土施工過程中出現構件制作不合理、構件堆放不規范、攪搗操作不徹底、抹面操作不透徹等問題，也會出現各類結構裂縫。

由于非結構裂縫的形成原因比較復雜，容易受到外界環境的干擾和影響，且在房屋混凝土施工項目中，結構裂縫更為常見，因此文章重點討論適用于混凝土結構裂縫的檢測手段。

2 房屋混凝土結構裂縫的檢測方法

2.1 超聲波檢測方法

對房屋混凝土結構裂縫進行檢測時，如果采取無損檢測方法，則可以對裂縫的實際深度進行準確的檢測，并獲取相應的檢測數據報告，如果混凝土內部存在著明顯的質量缺陷時，就可以通過操控聲波，利用聲波的數值變化及波動情況，即可判斷缺陷的實際面積與裂縫深度。由于聲波在傳輸過程中需要依靠一定的介質才能完成信號輸送，因此當房屋混凝土產生明顯結構縫隙時，聲波就會出現明顯的特征改變，結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，技術人員就可以對混凝土結構裂縫的特征進行判斷和分析。在對裂縫結構進行分析時，技術人員可以結合檢測需求，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，當使用這一手段進行裂縫檢測時，技術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境適應能力可以承擔多數混凝土結構檢測的工作需求。隨著平測法檢測技術的更新換代，相關專家學者利用聲波傳播的自身特質，研制出了脈沖回波法、相位回轉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）

房屋結構中基礎部分可以承擔著上部結構巖體的支撐作用，由于大部分房屋建筑工程為靜樁基基礎形式，且具有獨立承臺的結構特點，在對其進行無損混凝土結構檢測時，技術人員就需要考慮到獨立承臺的承載力變化情況，并結合獨立承臺的變形值以及外觀整齊度等方面，判斷現有的獨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（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構進行專項檢測[2]。在使用超聲波法對混凝土結構進行檢測時，技術人員就可以向混凝土內部發射一定數值的P波，依據P 波在混凝土結構中的反饋條件以及傳遞特性，即可利用發射換能器為檢測載體，技術人員無須再對混凝土結構進行物理破壞即可，利用超聲儀器完成檢測數據的導入及記錄，從而為實現混凝土結構判斷提供更真實的檢測數據，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具有更輕便、簡單的特點。當對混凝土結構完成檢測后，技術人員如果發現沒有存在明顯的結構裂縫或其他施工問題，就可以實現對墻體及鋼筋混凝土構件的評價判斷。除此之外，這一檢測手段也可以對其他混凝土覆蓋結構部分進行檢測，例如地基承臺等部分，技術人員就可以準確判斷出承臺實際掩埋深度是否與設計標準相吻合，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

得益于科學技術的飛速發展，一些新型無損檢測技術的誕生，也為房屋混凝土結構裂縫檢測提供了更多樣化的實施方案，例如，電阻層析成像儀器（圖4）的出現就為結構裂縫檢測提供了更優質的工作方案，相較于其他技術手段，電阻層析成像技術具有更快速的檢測速度，且檢測投入也比較低，不會對周圍環境及技術人員造成輻射損傷，同時，空間可視化也是電阻層析成像技術的優質特征，在房屋建筑混凝土構件領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，逐漸應用到混凝土施工檢測項目中，碳納米管表面會覆蓋一層較薄的傳感涂層，這就導致碳納米管具有更敏感的電阻應變能力，由于碳納米管的電阻能力大小與其傳感率有正相關的關系，因此技術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現對混凝土結構裂縫的判斷和檢測。在使用這種方法進行結構裂縫檢測時，技術人員需要先進行試樣制備操作，具體為先選擇一定數量的碳納米管放于燒杯中，注入一定注量的超純水，利用超聲波均質機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，以定量的方式將試劑均勻噴灑至基體部分，靜置一段時間后，再對機體放置紫外光霧化機下進行再加工處理。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行加工處理時，也需要對其成分比例、水灰比例等予以嚴格把控，確保可以獲取與混凝土破壞相符的基本標準，再置于濕潤環境下進行混凝土養護。完成混凝土構件制備后，技術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，再設置電極裝置，并完成裂縫檢測及壓彎裂縫實驗，并將實驗數據導入數據處理軟件，即可重建混凝土數字圖形，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構裂縫檢測方法。在一些房屋建筑施工項目中，技術人員通常會以鋼筋土框架結構為主要載體，并通過現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致加工樓板面出現明顯的貫穿性裂縫，且存在裂縫程度深淺不一的情況，就會導致結構裂縫檢測發生明顯的誤差，而對其使用無損檢測方法則不具備較為準確的檢測結果。針對這一問題，技術人員就可以先采取鉆芯法直接對該混凝土結構進行全面的檢測與分析，鉆芯法雖然會對混凝土的固有結構造成一定的破壞或損傷，但是其檢測結果也比較精確，因此也是目前常用的結構裂縫檢測手法之一[5]。但是需要注意的是，如果混凝土結構的臨期過小或者混凝土結構的硬度小于10MPa，則不應當使用鉆芯法進行裂縫檢測，否則會導致混凝土結構的明顯損傷，甚至是崩塌。在使用鉆芯法對現澆框架梁板進行裂縫檢測時，技術人員應當先以隨機抽樣的方式選擇出一定數量的框架梁柱模板，并依據事先擬定好的檢測規則，逐一對梁板進行鉆樣等加工處理，常見的加工方式有鉆取、切割和磨平等幾種，當對梁柱樣板完成加工處理后，還需要將其置于恒溫干燥環境內進行數次抗壓試驗，如果在試驗過程中發現某一個樣品與檢測要求不符合，則應當立即剔除樣品，重新篩選樣品，避免因芯樣制作不合格而造成的檢測誤差。在正式檢測環節，技術人員應當以混凝土C25 設計標準為判斷依據，對現有的混凝土結構進行抗壓強度測試，當其符合C25 設計標準之后，就可以進行后續的碳化深度檢測。

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構檢測方法。當技術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部噴灑1%濃度的酚酞酒精溶液初步對其進行加工處理，然后再使用碳化程度檢測儀，對其內部特征進行檢測，判斷混凝土深度是否與標準要求相符合，最終技術人員也可以依據實際檢測需求選擇是否在對混凝土結構開展動力性檢測項目，從而有效提升檢測精確度。

3 結語

綜上所述，混凝土是目前房屋建筑施工項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構特征，會對整個房屋建筑工程的施工質量造成直接影響。各類結構裂縫的出現會直接對混凝土結構造成明顯的破壞和干擾，因此結合項目需求，技術人員應當規范對混凝土結構裂縫逐一進行排查與分析，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，切實提升混凝土結構檢測的精確度。