混凝土结构裂缝检测及原因分析

胡国飞 (安徽建工检测科技集团有限公司，安徽 合肥 230031)

1 引言

混凝土材料构成的结构构件因其自身独特的优点，在工业与民用建筑中得到了广泛应用。据混凝土行业数据统计，2021 年我国商品混凝土产量达到32.93 亿m2。然而，由于材料本身、周围环境、施工生产、设计及使用过程中各种因素的影响，许多混凝土结构出现了不同形式的裂缝，这对其本身的力学性能、耐久性及美观性产生了严重影响，进而出现承载力下降、渗水、钢筋锈蚀及保护层剥落。因此，混凝土裂缝的成因分析及控制措施成为了一个重要研究课题，国内学者对其进行了大量研究，并取得了富有成效的研究成果[1-7]。本文先简要介绍混凝土结构裂缝检测的主要内容，再以实际检测过程中存在不同类型裂缝项目为工程背景，详细介绍常见混凝土结构裂缝产生的原因，为类似工程案例的检测及处理提供思路和依据。

2 裂缝检测

混凝土结构出现裂缝后，为分析裂缝成因，应依据《民用建筑可靠性鉴定标准》（GB 50292-2015）[8]对相关项目进行调查、检测。调查工作主要包括：调审上部结构设计图纸、质保资料，质保资料主要指被测板构件钢筋隐蔽工程验收记录，混凝土试块强度、钢筋力学及工艺性能和焊接见证试验报告；混凝土配合比、原材料报告、混凝土浇筑时间、浇筑当日天气及温度情况、混凝土养护方式、支模方式、拆模时间及裂缝发现时间。现场检测工作主要包含：被测构件的裂缝宽度、深度、分布情况以及被测构件截面尺寸、混凝土强度、钢筋配置。根据检测需要，必要时根据实测结果对有裂缝分布的构件承载力进行验算。综合调查结果、裂缝分布特征、施工质量及验算结果，对被测构件裂缝成因进行分析。

3 工程实例

3.1 塑性收缩裂缝

某工程地下室系地下1 层框架结构，建筑面积15476 m2。该工程于2014 年10 月开工建设，检测时形象进度为地下室顶板覆土、景观绿化完工。地下室顶板混凝土强度和抗渗设计等级为C30P6，泵送混凝土坍落度设计值为（160±30）mm。调查被测地下室顶板混凝土配合比及所用材料符合标准要求；所用各规格钢筋内径、肋高、重量偏差、力学性能和弯曲性能经检验合格；混凝土对应试块强度经检验合格，其抗渗等级经检验符合设计要求。施工、监理单位阐述，浇筑被测地下室顶板的混凝土由生产地点运至浇筑地点约40min，浇筑时间为2015 年3 月23 日9:00～16:20，当日多云，气温7～19℃，东北风3～4级。浇筑方向从东到西，先用机械振捣，后用抹光机收光两次；混凝土浇筑后间隔12h 浇水1 次，并用塑料薄膜覆盖；2016年11月4日发现板底有裂缝分布。现场检测被测板混凝土强度、厚度、钢筋间距及保护层厚度基本符合设计要求。从板底观测可知，被测地下室顶板分布有多条裂缝，裂缝呈线形、弧形、Y 形伸展，线形裂缝伸展较长，部分线形裂缝伸展至梁上，板裂缝伸展至沉降后浇带处即停止（见图1），并且由板底水迹判断部分裂缝局部贯穿板截面，板底最大裂缝宽度为0.28 mm。

混凝土在完全凝结硬化之前的阶段为塑性阶段，若此时失去过多表面水分则会导致体积收缩，，并且因本身强度过低而产生裂缝。此类裂缝伸展方向多为无规则且长短不一，施工时做好防风措施，及时收光抹压、延长合理养护时间可减少此类裂缝的发生。

3.2 塑性沉降裂缝

某住宅楼系地下2层、地上29层钢筋混凝土框架剪力墙结构，建筑面积约28357 m2。于2017 年8 月工程开工建设，绑扎负2层墙、柱钢筋时发现筏板基础板面有裂缝出现。筏板基础采用C35P6泵送混凝土浇筑，泵送混凝土坍落度设计值为（150±10）mm；该泵送混凝土水泥用量340 kg/m3；水泥：粉煤灰：水：砂：碎石：减水剂：膨胀剂=1.000：0.190：0.560：2.000：3.130：0.028：0.100。经调查，浇筑筏板基础的混凝土由生产地点运至浇筑地点约35min，由施工单位负责完成浇筑，浇筑时间为2017年10月27日7:30～28 日2:45，当日为晴天，气温12～22 ℃，东、北风1～2级。浇筑顺序为自西向东连续浇筑，用振捣棒振捣，振捣间隔600 mm，2017年10月28日5：30人工抹面收光一次。筏板基础共布置8处温度测点观测基础内部温度。混凝土收光后用塑料薄膜覆盖，2017年10月28日10：00掀掉塑料薄膜盖土木布浇水养护，每天间隔1 h浇水1次。2017年10月28日15：40发现筏板基础板面局部有裂缝。2017年11月9 日回弹检测时筏板等效养护龄期为201 ℃·d，筏板基础4个电梯井井壁混凝土201 ℃·d 龄期混凝土强度推定值在23.6～27.9 MPa，达到设计强度等级的67.4%～79.7%。从筏板板面观测发现裂缝呈“口”字状排列，裂缝围成的“口”字中混凝土面层凹陷（见图2）。裂缝宽度在0.1～2.5 mm，骑缝钻取此类代表性的裂缝，其深度未超过板面纵筋保护层厚度；此类裂缝板面混凝土有不密实缺陷，不密实缺陷位于纵、横向钢筋周围，缺陷深度距板面40～80 mm。浇筑、振捣混凝土后，筏板表面人工抹面收光一次，未及时进行二次压抹；板面混凝土又不密实缺陷表明振捣不充分。

图2 某住宅楼筏板板面裂缝

此类裂缝在混凝土浇筑时就已出现，主要原因是混凝土浇筑振捣时，粗细骨料下沉、水泥浆上浮，此过程遇到钢筋等阻挡致使混凝土分离开裂。此类裂缝大多沿纵、横向钢筋伸展，裂缝深度不超过钢筋保护层厚度，混凝土混合料振捣密实、及时抹压收光可减少此类裂缝的数量并降低此类裂缝的宽度。

3.3 拆模过早引起的结构裂缝

某商业楼为地上4 层框架结构，建筑面积约5263 m2，该工程于2016 年3月开工，2017 年3 月完工，作售楼部使用至2019 年。因先期作售楼部用途，先期施工时一层顶8～11/F～H 轴区域预留为洞口。业主购买后拟作商用出租，并于2020 年1 月将先期预留的洞口用钢筋混凝土现浇板封堵。经施工单位、业主阐述，封堵一层顶8～11/F～H 轴洞口位置的现浇梁、板钢筋配置同原办公室用途梁、板设计图纸，钢筋与先期施工的梁采用植筋连接（植筋时间为2020 年1 月11 日）。后期封堵洞口的一层顶8～11/F～H 轴位置同时浇筑现浇梁、板混凝土，浇筑日期为2020 年1 月18 日，浇筑完后立马铺薄膜覆盖并洒水养护2～3 次（养护时间未超过3 天）；2020 年2 月24日拆除梁、板混凝土模板，拆模时也未检测同条件试块强度，根据当地1 月18 日至2 月24 日的气温计算拆模时的混凝土等效养护龄期约为246 ℃·d。施工单位阐述，2020年2月24日拆模时发现一层顶8～11/F～H 区域现浇板有裂缝分布并有渗漏水现象。从板底、板面观测，除9～10/G～H 区域板未见裂缝外，一层顶8～11/F～H 区域其余板均分布数条裂缝（见图3），且大部分裂缝呈斜向与纵、横轴线约成45 °伸展，少数裂缝呈直线状伸展。被测板上的裂缝均已贯穿板截面，板面最大缝宽0.38 mm、板底裂缝最大缝宽0.30 mm。实测一层顶8～11/G 轴梁近8 轴，8～11/(2/G)轴梁两端、8～9/(1/G)轴梁两端各分布有数条斜向裂缝；裂缝在梁两侧不对称，大部分裂缝未伸展至梁底；裂缝缝宽上大下小，实测梁最大缝宽为0.14 mm。经现场检测，回弹法检测梁构件现龄期混凝土强度推定值符合设计强度等级标准值要求；抽检梁箍筋间距及截面尺寸符合验收规范要求；抽检梁底主筋直径符合设计要求；抽检板底、板面双向钢筋间距平均值基本符合验收规范要求；抽检板底、板面钢筋直径符合设计要求；抽检板厚度平均值符合验收规范要求；抽检一层顶板2 根植筋锚固力达屈服强度的90%时，未出现宏观裂损等异常现象。

图3 某商业楼一层顶8～11/F～H区域板裂缝图

根据裂缝分布特征、现场检测及调查结果综合分析，被测梁、板裂缝主要系早期受力引起，主要与模板工程未按规范施工有关。

3.4 负筋保护层厚度偏大引起的结构裂缝

实际施工中由于各工种交叉作业，较多人员在已支设模板的板面钢筋上行走，部分上层钢筋间的马凳设置间距偏大，导致上部钢筋下沉、弯曲，混凝土浇筑后保护层过大，固定支座变成塑性铰支座，加之上荷载过快，板在四周梁支座处产生裂缝，此类裂缝板面缝宽明显大于板底。

某学生公寓为地上14 层剪力墙结构，建筑面积为12718 m2，于2019年11月开工建设。施工单位阐述，2020 年1月3日浇筑4层顶梁、板混凝土，2020 年1 月13 日拆除4 层顶梁、板模板；拆除模板时发现部分现浇板板面有裂缝分布。从板面观测到板面分布有2 条裂缝（见图4），裂缝近板支座且基本与轴线平行，板底未见明显裂缝，板面最大裂缝宽度为0.60 mm。回弹法检测与被测板同批浇筑的梁现龄期混凝土强度推定值达到设计要求，实测板底双向钢筋间距平均值、负筋间距平均值及板厚基本符合验收规范要求；实测板面7 根负筋保护层厚度偏差在+14～+28mm 之间，超出规范要求。

图4 某学生公寓四层顶板板面裂缝图

3.5 钢筋保护层厚度偏薄引起的裂缝

裂缝实际为施工因素与混凝土收缩共同引起的，裂缝位置基本对应为钢筋位置。其主要原因是保护层厚度偏薄时保护层范围内多为水泥浆，水泥浆收缩较大且易在该处薄弱面沿钢筋开裂，此类裂缝开展深度一般不超过保护层范围。

某小区10#楼为地下1 层、地上18层框架结构，工程于2020 年2 月10 日开工，上部结构施工至4 层时，发现地下1 层混凝土墙体出现裂缝。经调查得出，混凝土墙的配合比及其所用材料调查符合相关标准要求；钢筋配置经施工、监理单位验收符合设计要求；所用各规格钢筋内径、肋高、重量偏差、力学性能和弯曲性能经检验合格。被测混凝土墙浇筑于2020 年6 月9 日，雷阵雨天气，23～30 ℃，按规定浇筑振捣，带模浇水养护。拆模时间是2020 年6 月24 日，拆模龄期为15 天，被测混凝土墙混凝土对应试块强度经检验合格。裂缝发现时间为2020 年6 月26 日。实测每片混凝土墙内侧均分布有多条裂缝，大部分裂缝呈线形竖向伸展，大部分竖向伸展裂缝处为竖向钢筋分布处，裂缝未伸展至板上。混凝土墙裂缝上、中、下部缝宽接近。选取3 处非竖向钢筋位置的裂缝处骑缝钻取，钻取处缝宽分别为0.12、0.14、0.14 mm，裂缝深度分别为100、90、50 mm，裂缝均未贯穿墙截面。经现场检测，3 片混凝土墙现龄期混凝土强度推定值符合设计要求；混凝土墙钢筋间距平均值及厚度平均值偏差符合规范要求，墙测点保护层厚度偏差在-15～-8mm 之间（规范允许偏差-5～+8mm）。

3.6 温度裂缝

某市政桥梁为梁拱组合体系桥梁，桥跨布置为100 m+200 m+100 m，桥宽15.8 m，桥长400 m；下部结构采用桥墩+承台+群桩基础，桩基直径为2.5m。墩承台侧面裂缝发现时形象进度为承台及以下结构已施工。被测墩承台正八边形外轮廓包络尺寸为23000 mm（纵桥向）×23000 mm（横桥向）×5000 mm（高度），混凝土浇筑方量为2411m3，采用一次性分层浇筑的方式，1～10 层每层厚度约400 mm，11～12 层每层厚度不超过500 mm。上层混凝土覆盖在下层混凝土初凝之前进行，并在振捣上层混凝土时，振捣棒下插5～10 cm。于2022 年4 月13日浇筑，于2022 年4 月18 日拆模。被测墩承台所有侧面均有裂缝分布，选取东北侧面观测其分布有多条裂缝（见图5），裂缝主要呈竖向、水平向（仅一条）伸展，大部分竖向裂缝伸展的长度较短，未达检测高度范围内承台截面高度。其中有一条竖向裂缝长度已达可检测高度范围，一条水平向裂缝已达承台侧面宽度。竖向裂缝缝宽在高度范围内呈现中间大两端小的枣核状，最大缝宽0.70 mm。选取一处竖向裂缝处骑缝钻取芯样（钻取处缝宽为0.70 mm）观测，裂缝深度380 mm。此工程所用混凝土为大体积混凝土，施工单位未制定专项施工方案且未实时测量墩承台内外温度，裂缝主要为大体积混凝水泥水化热产生的温度应力引起。

图5 某市政桥梁墩承台东北侧面裂缝图

4 结束语

本文简要说明了混凝土结构裂缝检测的主要内容，再以实际检测过程中存在不同类型裂缝项目为工程背景，详细介绍常见混凝土结构裂缝产生的原因，为类似工程案例的检测及处理提供思路和依据。