房屋混凝土结构裂缝的检测研究

李士响

（上海市岩土工程检测中心有限公司，上海 200000）

0 引言

在房屋建筑施工项目中混凝土结构材料的出现有效提升了施工材料质量且由于混凝土材料的价格较低，耐久性更强，具有更坚固的使用特点，因此在房屋建筑领域中得到了越来越广泛的应用，随着社会经济的稳步增长，建筑体量变得越来越庞大，各类施工工艺与施工工序的出现，促使建筑材料的基本要求变得越来越高，而结构裂缝的产生，势必会影响房屋混凝土的使用性能，导致建筑出现明显的承载力下降或者渗水等问题，对此，应当予以裂缝检测工作高度注意。

1 房屋混凝土裂缝的形成原因与裂缝分类

根据裂缝性质的不同，可以将现有的房屋混凝土裂缝划分为结构性和非结构性两种，图1 为常见的房屋混凝土结构裂缝，而依据裂缝性质、特点等方面探究产生结构裂缝的形成原因，可以从以下3 点进行讨论结构性裂缝的形成原因：①由直接作用而产生的结构裂缝。此类裂缝主要是由于房屋结构外部的荷载压力过大，导致混凝土结构所承受的压力负荷倍增而产生的直接裂缝现象。②由次应力效应引发的结构裂缝问题。与直接作用而产生的裂缝较为相似的是，这一裂缝也是由于外界荷载压力增高导致混凝土结构受损而出现明显裂缝，但是与之不同的是，这类裂缝的外力并不会直接对混凝土的固有结构造成影响和破坏，而是先产生了一定数值的次应力，再将破坏力施加到混凝土结构上，最终导致出现结构裂缝问题。③由于荷载因素而引起的结构裂缝。产生这一裂缝的主要原因可以分为温度、混凝土不均匀沉降等，均为非荷载因素导致房屋混凝土结构裂缝的形成。

图1 常见的房屋混凝土结构裂缝

非结构裂缝可以分为以下3 种：①收缩裂缝。依据裂缝的实际情况，技术可以将收缩裂缝进行细化分类，依据结构裂缝的形成原因，逐一对塑性收缩裂缝种类进行判别与鉴定，而其中较为特殊的是塑性收缩裂缝。在检测塑性收缩裂缝时，应当重点关注混凝土结构的收缩变化，如果混凝土在未完全凝固之前就发生了明显的收缩现象，就有可能会导致混凝土收缩裂缝的产生。干燥收缩裂缝则是由房屋混凝土结构经历过长时间的水分蒸发后出现混凝土体积的明显缩小而引起的裂缝现象。如果在混凝土构件浇筑完成后，技术人员并未对混凝土的状态予以实施监管，导致在混凝土未达到硬化标准时，轻质水泥会出现明显的上浮现象，而骨质混凝土颗粒则出现明显的沉积现象，导致混凝土结构出现了固液分离问题，就会导致沉降收缩裂缝的形成，如果在施工线上出现了水泥水化热现象，引发混凝土构建出现明显的水化收缩裂缝。②温度裂缝。温度裂缝也是房屋混凝土结构较常见的裂缝种类之一，产生这一裂缝的原因主要就是由于外界温度的急剧变化，导致混凝土的稳定结构受到破坏或影响，常见的温度裂缝种类有内约束裂缝、外约束裂缝。③其他裂缝。如果在混凝土施工过程中出现构件制作不合理、构件堆放不规范、搅捣操作不彻底、抹面操作不透彻等问题，也会出现各类结构裂缝。

由于非结构裂缝的形成原因比较复杂，容易受到外界环境的干扰和影响，且在房屋混凝土施工项目中，结构裂缝更为常见，因此文章重点讨论适用于混凝土结构裂缝的检测手段。

2 房屋混凝土结构裂缝的检测方法

2.1 超声波检测方法

对房屋混凝土结构裂缝进行检测时，如果采取无损检测方法，则可以对裂缝的实际深度进行准确的检测，并获取相应的检测数据报告，如果混凝土内部存在着明显的质量缺陷时，就可以通过操控声波，利用声波的数值变化及波动情况，即可判断缺陷的实际面积与裂缝深度。由于声波在传输过程中需要依靠一定的介质才能完成信号输送，因此当房屋混凝土产生明显结构缝隙时，声波就会出现明显的特征改变，结合声波传播特征的变化情况，以及声波的振幅大小、频率变化与相位差值，技术人员就可以对混凝土结构裂缝的特征进行判断和分析。在对裂缝结构进行分析时，技术人员可以结合检测需求，灵活使用各类检测方法，例如平测法、斜测法等[1]。目前，平测法（图2）是一种较为广泛使用的裂缝检测方法，当使用这一手段进行裂缝检测时，技术人员只需要针对一个测试面就可以完成该处混凝土裂缝的深度检测，因此这类方法具有较好的环境适应能力可以承担多数混凝土结构检测的工作需求。随着平测法检测技术的更新换代，相关专家学者利用声波传播的自身特质，研制出了脉冲回波法、相位回转法等多种无损检测法，均具有较好的裂缝检测效果。

图2 超声波检测法（平测法）

房屋结构中基础部分可以承担着上部结构岩体的支撑作用，由于大部分房屋建筑工程为静桩基基础形式，且具有独立承台的结构特点，在对其进行无损混凝土结构检测时，技术人员就需要考虑到独立承台的承载力变化情况，并结合独立承台的变形值以及外观整齐度等方面，判断现有的独立承台条件是否与工程基本要求相符合，利用超声波等无损检测技术（图3）即可逐一对房屋建筑的外墙部分以及其他混凝土桩土结构进行专项检测[2]。在使用超声波法对混凝土结构进行检测时，技术人员就可以向混凝土内部发射一定数值的P波，依据P 波在混凝土结构中的反馈条件以及传递特性，即可利用发射换能器为检测载体，技术人员无须再对混凝土结构进行物理破坏即可，利用超声仪器完成检测数据的导入及记录，从而为实现混凝土结构判断提供更真实的检测数据，相较于具有破坏性的检测操作，以超声波手段为典型代表的无损检测技术具有更轻便、简单的特点。当对混凝土结构完成检测后，技术人员如果发现没有存在明显的结构裂缝或其他施工问题，就可以实现对墙体及钢筋混凝土构件的评价判断。除此之外，这一检测手段也可以对其他混凝土覆盖结构部分进行检测，例如地基承台等部分，技术人员就可以准确判断出承台实际掩埋深度是否与设计标准相吻合，从而判断出地基承台部分是否存在施工裂痕或者其他损伤等情况。

图3 超声波检测法

2.2 电阻层析成像检测法

得益于科学技术的飞速发展，一些新型无损检测技术的诞生，也为房屋混凝土结构裂缝检测提供了更多样化的实施方案，例如，电阻层析成像仪器（图4）的出现就为结构裂缝检测提供了更优质的工作方案，相较于其他技术手段，电阻层析成像技术具有更快速的检测速度，且检测投入也比较低，不会对周围环境及技术人员造成辐射损伤，同时，空间可视化也是电阻层析成像技术的优质特征，在房屋建筑混凝土构件领域检测取得了不错的使用效果[3]。一些新型检测材料，例如碳纳米管等，逐渐应用到混凝土施工检测项目中，碳纳米管表面会覆盖一层较薄的传感涂层，这就导致碳纳米管具有更敏感的电阻应变能力，由于碳纳米管的电阻能力大小与其传感率有正相关的关系，因此技术人员就可以通过操控低频交流电来判断传感涂层的变化情况，即利用低频交流电场实现对混凝土结构裂缝的判断和检测。在使用这种方法进行结构裂缝检测时，技术人员需要先进行试样制备操作，具体为先选择一定数量的碳纳米管放于烧杯中，注入一定注量的超纯水，利用超声波均质机得到碳纳米管分散液，再向其注入水性聚氨酸酯液，以高速搅拌的形式得到混合分散液，再逐一加入硅粉固体粉末、高浓缩消泡液原液、分散助剂等，最终将得到的混合液注入高压喷枪喷壶内，以定量的方式将试剂均匀喷洒至基体部分，静置一段时间后，再对机体放置紫外光雾化机下进行再加工处理。最终即可制得检测所需的薄膜电传感涂层。在对混凝土梁试件进行加工处理时，也需要对其成分比例、水灰比例等予以严格把控，确保可以获取与混凝土破坏相符的基本标准，再置于湿润环境下进行混凝土养护。完成混凝土构件制备后，技术人员就可以将制备好的传感涂层喷涂至混凝土表面，待涂层干燥凝固后，再设置电极装置，并完成裂缝检测及压弯裂缝实验，并将实验数据导入数据处理软件，即可重建混凝土数字图形，完成裂缝检测[4]。

图4 电阻层析成像仪器

2.3 钻芯取样及碳化检测法

钻芯取样（图5）及碳化检测是一种有损的房屋混凝土结构裂缝检测方法。在一些房屋建筑施工项目中，技术人员通常会以钢筋土框架结构为主要载体，并通过现场浇筑的形式完成框架柱梁板的施工操作，因此这一施工步骤容易导致加工楼板面出现明显的贯穿性裂缝，且存在裂缝程度深浅不一的情况，就会导致结构裂缝检测发生明显的误差，而对其使用无损检测方法则不具备较为准确的检测结果。针对这一问题，技术人员就可以先采取钻芯法直接对该混凝土结构进行全面的检测与分析，钻芯法虽然会对混凝土的固有结构造成一定的破坏或损伤，但是其检测结果也比较精确，因此也是目前常用的结构裂缝检测手法之一[5]。但是需要注意的是，如果混凝土结构的临期过小或者混凝土结构的硬度小于10MPa，则不应当使用钻芯法进行裂缝检测，否则会导致混凝土结构的明显损伤，甚至是崩塌。在使用钻芯法对现浇框架梁板进行裂缝检测时，技术人员应当先以随机抽样的方式选择出一定数量的框架梁柱模板，并依据事先拟定好的检测规则，逐一对梁板进行钻样等加工处理，常见的加工方式有钻取、切割和磨平等几种，当对梁柱样板完成加工处理后，还需要将其置于恒温干燥环境内进行数次抗压试验，如果在试验过程中发现某一个样品与检测要求不符合，则应当立即剔除样品，重新筛选样品，避免因芯样制作不合格而造成的检测误差。在正式检测环节，技术人员应当以混凝土C25 设计标准为判断依据，对现有的混凝土结构进行抗压强度测试，当其符合C25 设计标准之后，就可以进行后续的碳化深度检测。

图5 钻芯取样法

碳化深度检测是以钻芯取样为前提而存在的一种混凝土结构检测方法。当技术人员完成对楼板面等处混凝土的钻芯取样处理之后，就可以直接向孔洞内部喷洒1%浓度的酚酞酒精溶液初步对其进行加工处理，然后再使用碳化程度检测仪，对其内部特征进行检测，判断混凝土深度是否与标准要求相符合，最终技术人员也可以依据实际检测需求选择是否在对混凝土结构开展动力性检测项目，从而有效提升检测精确度。

3 结语

综上所述，混凝土是目前房屋建筑施工项目中较为常见的施工原材料之一，而混凝土本身的使用性能和结构特征，会对整个房屋建筑工程的施工质量造成直接影响。各类结构裂缝的出现会直接对混凝土结构造成明显的破坏和干扰，因此结合项目需求，技术人员应当规范对混凝土结构裂缝逐一进行排查与分析，利用超声波检测、电阻层析成像检测或钻芯取样、碳化检测法等，切实提升混凝土结构检测的精确度。