周 強(qiáng)

(四川恒銳建設(shè)工程有限公司, 四川閬中 637499)

房屋建筑工程混凝土結(jié)構(gòu)開裂的原因分析與防治措施

周 強(qiáng)

(四川恒銳建設(shè)工程有限公司, 四川閬中 637499)

房屋建筑工程在施工過程中或交付使用一段時間后，經(jīng)常會出現(xiàn)混凝土構(gòu)件開裂問題，影響建筑工程的美觀和使用功能。這種裂縫產(chǎn)生的原因多種多樣，文章針對這一問題結(jié)合實際案例進(jìn)行原因分析和提出防控措施。

房屋建筑； 混凝土結(jié)構(gòu)開裂； 原因分析； 防治措施

本文探討的建筑物為9層框架結(jié)構(gòu)商住樓，總建筑面積約為2 268 m2。該建筑首層層高為4.5 m，標(biāo)準(zhǔn)層層高為3.0 m。開間為2.6 m、4.1 m和6.8 m，進(jìn)深為6.3 m。該建筑建于2003年，目前由于附近隧道建設(shè)，造成該建筑部分結(jié)構(gòu)構(gòu)件出現(xiàn)裂縫。

1 檢測鑒定項目

對于該建筑的檢測鑒定主要包括下面內(nèi)容。

(1)該建筑結(jié)構(gòu)布置情況的檢測，繪制平面布置圖(圖1)。

圖1 結(jié)構(gòu)平面布置

(2)采用經(jīng)緯儀觀測該建筑上部結(jié)構(gòu)側(cè)向位移。

(3)采用鉆芯法檢測該建筑上部結(jié)構(gòu)梁、柱的混凝土強(qiáng)度。

(4)檢測該樓主要承重構(gòu)件截面尺寸。

(5)采用鋼筋探測儀結(jié)合剔除混凝土保護(hù)層檢測混凝土構(gòu)件的鋼筋配置情況。

(6)普查該建筑上部結(jié)構(gòu)構(gòu)件裂縫、缺陷和損傷情況。

(7)該建筑外觀及圍護(hù)結(jié)構(gòu)的檢查。

(8)綜合現(xiàn)場檢測和分析結(jié)果，對該建筑結(jié)構(gòu)的安全性做出鑒定，并提出相應(yīng)的處理建議。

2 檢測鑒定結(jié)果

(1)檢測人員現(xiàn)場對該建筑可以觀測到的主要轉(zhuǎn)角部位的頂點側(cè)移情況進(jìn)行抽檢(表1)。測量結(jié)果表明，該建筑物上部結(jié)構(gòu)目前的最大側(cè)向頂點位移量為170 mm (H/141)，大于GB 50292-1999《民用建筑可靠性鑒定標(biāo)準(zhǔn)》中關(guān)于多層建筑的最大側(cè)向頂點位移量不大于H/450的規(guī)定。

表1 建筑物頂點側(cè)移測量結(jié)果

(2)抽檢的框架柱截面尺寸主要為600 mm×600 mm、800 mm×1 000 mm(L型)、800 mm×600 mm(T型)、800 mm×900 mm(L型)和800 mm×800 mm(T型);抽檢的框架梁截面尺寸主要為200 mm×(480+h) mm、200 mm×(490+h) mm和200 mm×(500+h) mm(h為板厚)。

(3)現(xiàn)場抽檢的框架柱縱筋主要為φ22和φ18，箍筋主要為φ8@90～200;抽檢的框架梁底筋主要為φ22，箍筋主要為φ8@110～260。

(4)現(xiàn)場采用鉆芯法從結(jié)構(gòu)或構(gòu)件受力較小的部位中抽取合適長度的芯樣，經(jīng)試驗室加工成滿足規(guī)程要求的芯樣試件，經(jīng)自然風(fēng)干或水中浸泡后，按現(xiàn)行國家標(biāo)準(zhǔn)GB /T 50081-2002《普通混凝土力學(xué)性能試驗方法標(biāo)準(zhǔn)》中對立方體試塊抗壓試驗的規(guī)定進(jìn)行測試。抽檢結(jié)果表明，所抽檢的框架柱的混凝土抗壓強(qiáng)度值為30.2～49.6 MPa，所抽檢的框架梁的混凝土抗壓強(qiáng)度值為33.6～61.2 MPa。

(5)該建筑因基礎(chǔ)變形導(dǎo)致部分墻體、門窗洞口、地臺、樓板和個別柱出現(xiàn)裂縫，部分陽臺樓板出現(xiàn)滲水等狀況。

(6)本工程的主體框架結(jié)構(gòu)采用中國建筑科學(xué)研究院開發(fā)的多高層建筑結(jié)構(gòu)分析程序PKPM系列軟件進(jìn)行分析。場地類別為II類場地土，建筑物按7度進(jìn)行抗震設(shè)防，框架抗震等級為三級。計算模型根據(jù)委托方提供的資料和現(xiàn)場的檢測結(jié)果建立，鑒于該建筑物頂點側(cè)向位移超出規(guī)范要求，驗算時考慮建筑物頂點側(cè)向位移對結(jié)構(gòu)的影響。上部結(jié)構(gòu)復(fù)核各主要構(gòu)件混凝土強(qiáng)度按表2取值驗算，鋼筋的力學(xué)性能按要求取用:Ⅰ級鋼為210 N/mm2， Ⅱ級鋼為310 N/mm2。建立該建筑物的結(jié)構(gòu)分析模型(圖2)。

表2 柱、梁及板混凝土強(qiáng)度取值

圖2 結(jié)構(gòu)分析模型

綜合上述資料、現(xiàn)場檢測結(jié)果及結(jié)構(gòu)分析驗算結(jié)果，表明該建筑部分抽檢的框架柱不滿足承載力要求。因此，該建筑不能滿足正常使用的要求。

3 混凝土開裂成因分析

3.1 設(shè)計方面

經(jīng)過現(xiàn)場檢測，發(fā)現(xiàn)建筑軸線、構(gòu)件尺寸及混凝土強(qiáng)度滿足設(shè)計要求，配筋也符合設(shè)計要求。采用PKPM軟件對該樓建模進(jìn)行了分析，幾何尺寸、材料強(qiáng)度及其它設(shè)計參數(shù)取設(shè)計相應(yīng)值，分析結(jié)果表明該樓抗震性能、墻體承壓性能均滿足規(guī)范要求，樓板實際配筋均大于計算所需配筋，也滿足規(guī)范要求。

根據(jù)PKPM建模分析，施工單位在房屋施工過程中做到按圖施工時，結(jié)構(gòu)是安全的。但鋼筋混凝土樓板是帶裂縫工作的，規(guī)范允許荷載標(biāo)準(zhǔn)組合下的最大裂縫寬度為0.3 mm，通常房屋實際使用荷載一般小于規(guī)范規(guī)定值，由使用荷載(包括自重和活荷載)引起的裂縫寬度應(yīng)小于規(guī)范允許的最大裂縫寬度，應(yīng)不會引起0.5～0.6 mm寬的裂縫。

3.2 材料方面

該建筑所在小區(qū)共有30余棟住宅，由相同的商品混凝土攪拌站提供混凝土，每棟建筑的混凝土質(zhì)量不會有很大差異，僅少量房間鋼筋混凝土樓板出現(xiàn)可視裂縫，尤其是該建筑底層車庫頂板同時澆筑混凝土，僅南側(cè)車庫頂板混凝土出現(xiàn)了裂縫，可判斷裂縫產(chǎn)生不是由混凝土材料質(zhì)量引起的。

3.3 溫度、沉降方面

現(xiàn)場觀察外縱墻無明顯不均勻沉降造成的裂縫，僅發(fā)現(xiàn)5#車庫⑧軸縱墻有細(xì)微斜裂縫，說明房屋的不均勻沉降比較輕微，不足以引起樓板混凝土開裂。既有建筑底層樓板中縱向溫度應(yīng)力一般不會很大，也不足以引起樓板混凝土開裂。排除房屋建成后溫度應(yīng)力與不均勻沉降兩個因素。

3.4 施工方面

GB 50666-2011《混凝土結(jié)構(gòu)工程施工規(guī)范》允許混凝土抗壓強(qiáng)度達(dá)到1.2 MPa(大概24 h后能達(dá)到要求)后可以承受施工荷載，實際工程中由于工期緊，一般晚上澆筑混凝土，到第二天下午就會堆放材料達(dá)到部分施工荷載。

一般大家會認(rèn)為只要支撐與模板不拆除，鋼筋混凝土梁板自重和施工荷載是由模板和支撐系統(tǒng)承受的，但實際上模板與支撐不是無窮大剛度的，混凝土澆筑后模板和支撐會產(chǎn)生一個比較穩(wěn)定的變形;混凝土凝結(jié)后，新混凝土?xí)湍０逯蜗到y(tǒng)共同受力;再增加施工荷載，模板與支撐系統(tǒng)會產(chǎn)生附加的變形，新混凝土跟著一起變形，但新混凝土的早期力學(xué)性能很弱(混凝土3 d內(nèi)早期抗拉強(qiáng)度大概小于抗壓強(qiáng)度的0.08倍)，極易開裂，開裂后，加上混凝土的收縮性能，在薄弱處(開裂截面處)混凝土裂縫進(jìn)一步發(fā)展，這種裂縫一般是上下通縫，拆模時混凝土中裂縫已經(jīng)存在，只是板底粉刷將這些裂縫覆蓋了。

房屋交付使用后，由于混凝土具有徐變性能，混凝土的徐變會使得構(gòu)件的變形增加，同時混凝土收縮需要很長時間完成，加上活荷載共同作用，原有裂縫發(fā)展，裂縫長度增加、寬度變大，使得粉刷層一起開裂。現(xiàn)場發(fā)現(xiàn)的鋼筋混凝土板底裂縫寬度大于相應(yīng)位置處粉刷層表而裂縫寬度也間接驗證了這一解釋。

車庫房頂混凝土板裂縫比102室等房頂板裂縫更嚴(yán)重的原因是:車庫頂板施工時，支撐直接支承在地面上，地面剛度小，據(jù)委托方介紹一層車庫頂板施工時恰逢下雨，使得地面剛度更小，這些因素導(dǎo)致模板與支撐系統(tǒng)剛度可能不足，導(dǎo)致房頂鋼筋混凝土板開裂比較嚴(yán)重。而在同樣施工條件下，北側(cè)車庫與儲藏室房頂由于板跨相對較小(北側(cè)8#、 12#、19#、23#四個最大車庫頂板尺寸3.5 m×3.4 m，其余房間頂板跨度更小)，模板、支撐與新混凝土組成的整個系統(tǒng)的剛度相對較大(與南側(cè)車庫相比，出現(xiàn)裂縫頂板尺寸3.7～3.9 m×4.5 m)，變形相對較小，因此未發(fā)現(xiàn)可視裂縫。

4 混凝土開裂的防治措施

本工程具有加固體量大、交叉作業(yè)多，而且加固形式多樣的特點。主要采用了加大截面加固、外包鋼加固、粘鋼加固、粘貼碳纖維布加固以及混凝土構(gòu)件表面裂縫修補(bǔ)技術(shù)等一系列形式對框架柱、梁、樓板和墻面進(jìn)行加固修復(fù)處理，使得該建筑能夠滿足新的使用要求。

(1)混凝土表面處理:所有新舊混凝土交界面處，鑿除原有混凝土保護(hù)層至露出鋼筋;用清水及鋼絲刷將混凝土表面清理干凈，素水泥漿作為界面處理劑甩涂于混凝土基面上;

(2)彈線定位縱筋及箍筋位置;

(3)植筋及箍筋綁扎成形;

SPSS 19.0軟件用來對相關(guān)實驗數(shù)據(jù)進(jìn)行單因素方差分析，所有實驗數(shù)據(jù)均使用來表示；使用軟件MS-DIAL 2.72對獲得的質(zhì)譜數(shù)據(jù)進(jìn)行導(dǎo)出處理及代謝物鑒定，Metaboanalysis 3.0輔助尋找差異性代謝物及構(gòu)建代謝通路，采用SIMCA-P 13.0中正交偏最小二乘法（OPLS-DA）對所有內(nèi)源性標(biāo)記物進(jìn)行多變量分析。

(4)裝模;

(5)澆混凝土、拆模、養(yǎng)護(hù):澆混凝土前，淋水養(yǎng)護(hù)鑿毛面不少于12 h;拆模時注意不要損傷梁邊角混凝土，并澆水養(yǎng)護(hù)至少7 d。

4.1 外包鋼加固

(1)清理柱表面的裝飾面層，清理加固構(gòu)件表面剝落、疏松等劣化混凝土，將混凝土表面打磨完整，四角磨出小圓角，半徑不小于7 mm。調(diào)整構(gòu)件四角垂直度，用鋼絲刷刷干凈，再用壓縮空氣吹干凈;

(2)將角鋼用鋼絲刷除銹，并打磨出金屬光澤，預(yù)留注漿口;

(3)采用三面圍焊分段焊接綴板，檢查各接點焊接質(zhì)量，保證無一漏焊，并滿足有關(guān)規(guī)范要求;

(4)在豎向型鋼間隙中灌注改性環(huán)氧樹脂膠粘劑，型鋼與構(gòu)件之間的總有效粘接面積不應(yīng)小于90 %。

4.2 粘鋼加固

(1)清理梁的表面層至密實的混凝土結(jié)構(gòu)面，對有油污的構(gòu)件結(jié)合面，用洗滌劑和硬毛刷涂刷干凈并用壓縮空氣吹除粉粒;保證粘貼面的平整度和垂直度;

(2)按照設(shè)計要求進(jìn)行鋼板下料，并用臺鉆按照設(shè)計要求在鋼板上鉆孔;

(3)采用角磨機(jī)將鋼板表面鉆孔口突出的鋼渣磨掉并進(jìn)行除銹，打磨至出現(xiàn)金屬光澤;用角磨機(jī)在鋼板表面作粗糙處理，打磨紋路與鋼板受力方向垂直;

(4)預(yù)留植螺栓孔:在梁的正確位置用沖擊鉆鉆孔，用空壓機(jī)清除因鉆孔殘留的塵灰;

(5)涂膠粘劑并粘貼鋼板:按比例將膠粘劑配好后，用抹刀涂在己處理好的混凝土表面和鋼板表面上，厚度為1～3 mm，中間厚、邊緣薄;將涂好膠粘劑的鋼板貼于預(yù)定位置，確保粘貼密實后用膨脹螺栓臨時固定并收緊，以使膠液剛從鋼板邊縫擠出為度;

(6)植螺栓:按照植筋要求植梁側(cè)螺栓，植筋膠固化后，擰緊螺栓。

4.3 碳纖維加固

碳纖維加固主要部位為柱、梁以及樓板。采用單位面積質(zhì)量200 g/m2的高強(qiáng)碳纖維布，抗拉強(qiáng)度大于3 400 MPa，彈性模量大于2.4×105MPa，伸長率大于1.7 %，加固用膠粘劑為與碳纖維性能相匹配的A級膠。施工流程如下:

(1)基層處理方法同以上加固方法;

(2)涂刷底層樹脂:按一定比例將主劑與固化劑先后置于容器中攪拌均勻;用滾筒或毛刷將底層樹脂均勻涂抹于混凝土表面，厚度不超過0.4 mm并不得有漏刷或有流淌、氣泡;

(3)用整平膠料找平:混凝土表面凹陷部位用整平膠料填補(bǔ)平整，模板接頭出現(xiàn)高差的部位應(yīng)填平，盡量減少高差，且不能有棱角;轉(zhuǎn)角處應(yīng)用找平材料修復(fù)為光滑的圓弧，半徑不小于20 mm;

(4)粘貼碳纖維片材:按設(shè)計要求的尺寸裁剪碳纖維布;配制浸漬樹脂并均勻涂于所要粘貼的部位;用特制的滾筒沿纖維同一方向先反復(fù)多次滾壓，擠除氣泡，并使浸漬樹脂充分浸透碳纖維布;多層粘貼時應(yīng)重復(fù)上述步驟;

(5)其它注意事項:碳纖維布的粘結(jié)密實度應(yīng)當(dāng)保證，不得有空鼓現(xiàn)象等缺陷，有效粘結(jié)面積不應(yīng)小于90 %;不能在粘貼構(gòu)件上進(jìn)行高溫作業(yè)，粘貼碳纖維施工宜在環(huán)境溫度為5 ℃以上的條件下進(jìn)行。

由于這些原因引起的混凝土開裂在實際工程中更為常見。這種裂縫的存在雖然沒有對結(jié)構(gòu)的安全造成很大的影響，但是不處理會影響結(jié)構(gòu)的耐久性和影響房屋的美觀。因此，應(yīng)采取措施應(yīng)對這些裂縫。

4.4 細(xì)微裂縫

將白色衛(wèi)生紙或者報紙撕成碎片，置于裝滿清水的桶內(nèi)12 h，將桶內(nèi)的水倒干，再用木棒攪拌桶內(nèi)碎紙，直至粘糊狀。粘補(bǔ)時，用濕布擦干凈墻體，然后將紙粘糊用力塞入細(xì)微裂縫內(nèi);墻面干燥后，用砂紙摩擦修補(bǔ)位置，并用小木棒輕敲墻體，墻體發(fā)出了清脆的回響，判斷墻內(nèi)紙粘糊己基本干燥，細(xì)微裂縫都得到妥善修補(bǔ)。這種修補(bǔ)方法相對簡單，筆者建議在擠壓紙粘糊時，可稍微填補(bǔ)多一些紙粘糊，稍微突起為佳，原因是紙粘糊干燥前，含水量比較高，增加紙粘糊填補(bǔ)量，可避免紙粘糊干燥后，出現(xiàn)凹陷的問題。

4.5 較寬裂縫

在裂縫位置，鑿出寬度和深度均為5 cm的槽，再用清水將槽內(nèi)碎石、砂土等沖刷掉，然后按照1∶2的配比，配制堵漏水泥，封堵住裂縫位置，并預(yù)留出注漿口、出氣孔和注漿槽。

在封堵水泥約24 h后，再次檢查封堵效果，確保無誤后，以0.2～0.3 MPa的注漿壓力，將聚氨酯注漿液注入注漿槽內(nèi)，直至孔口冒漿。注漿后，將注漿口封堵住。大約在24 h后，檢查注漿液的凝結(jié)狀態(tài)，確保漿液完全固化后，清理注漿口和檢驗封堵。

在裂縫嵌填后，根據(jù)裂縫的寬度，裁剪稍大的牛皮紙條，將其浸泡水中，取出后在沒有陽光直射的地方晾干。牛皮紙基本干燥前，將白膠水均勻涂刷在待粘貼牛皮紙的位置，把牛皮紙貼上，再涂刷一層白膠水。

工程墻面的部分裂縫周圍有空鼓現(xiàn)象，筆者嘗試在修補(bǔ)之前，用機(jī)械將空鼓鏟除，鏟除時要深入基底，將所有松動的砂漿清理掉，使空鼓位置形成凹凸不平的截面，并與墻面保持45°的傾斜度。鏟除后，用清水沖洗浮灰，將粘結(jié)劑均勻涂刷一遍，再用混合砂漿抹面，厚度控制在10 mm以內(nèi)，隨后進(jìn)入養(yǎng)護(hù)階段。

4.6 溫度裂縫

對于溫度變化引起的裂縫，裂縫深度和寬度不大，但分布面較廣，且數(shù)量多。筆者認(rèn)為較為適用于工程的裂縫處理方法，有簡單密封法和彈性密封法兩種。

(1)簡單密封法是在裂縫位置，用鏟子開除寬度0.6 mm左右的槽，將槽內(nèi)的碎屑清除干凈，再嵌入密封砂漿，施工方法與上而的較寬裂縫處理方法相仿;

(2)彈性密封法是在裂縫位置，開出寬度大于4～6倍裂縫寬度的方形槽，槽口側(cè)面都進(jìn)行了鑿毛處理，目的是增強(qiáng)密封材料與墻面的粘結(jié)牢固程度，同時在槽底設(shè)置了隔離層。該舉措的理由是筆者在案例工程之前，也處理過類似的墻面裂縫，當(dāng)時沒有在槽底設(shè)置隔離層，施工后發(fā)現(xiàn)與底層墻體粘結(jié)的彈性材料，出現(xiàn)撕裂現(xiàn)象，在槽底設(shè)置隔離層后，有效地規(guī)避這個問題。

4.7 開裂嚴(yán)重的裂縫

對于常規(guī)裂縫，應(yīng)該以上方法足以處置，而開裂嚴(yán)重的裂縫，極有可能破壞墻體整體結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定，應(yīng)將其視為處置重點?，F(xiàn)場總共發(fā)現(xiàn)3條嚴(yán)重開裂的裂縫，這些裂縫寬度不一，但都統(tǒng)一采用了壓力灌漿法。第一條裂縫處理，裂縫寬度0.65 mm,筆者按照水泥∶水玻璃∶水=1∶0.015∶0.9的配比，配制成稀漿根據(jù)裂縫長度，打出孔距25 mm的小孔，將砂漿壓入孔內(nèi)。這種配比的水玻璃水泥砂漿，適用于寬度0.3～1 mm的裂縫；第二條裂縫處理，裂縫寬度2.5 mm,筆者按照水泥∶水玻璃∶水=1∶0.015∶0.7的配比，配制成稠漿，具體處理方法與第一條裂縫處理方法一致。這種配比的水玻璃水泥砂漿，適用于寬度1～5 mm的裂縫；第三條裂縫處理，裂縫寬度10 mm,筆者按照水泥∶107膠∶水∶砂=1∶0.2∶0.6∶1的配比，配置成107膠水水泥聚合漿，配置后的漿液，具有良好的粘結(jié)力和水泥懸浮力，具體處理方法與第一條裂縫處理方法一致。這種配比的107膠水水泥聚合漿，適用于寬度5～15 mm的裂縫。

5 結(jié)論

本文通過介紹一棟商住樓裂縫的情況，對其進(jìn)行了檢測鑒定，并在檢測和鑒定的基礎(chǔ)上對建筑結(jié)構(gòu)進(jìn)行合理的修復(fù)設(shè)計。實踐證明，通過采用上述綜合加固技術(shù)對該樓的框架柱、梁、樓板進(jìn)行加固和裂縫修補(bǔ)處理后，較好地解決了房屋開裂的問題，使該建筑能夠滿足使用要求，經(jīng)觀察自使用以來，一切正常。同時，本文針對房屋開裂修復(fù)問題提供了有效的處理方法，可供類似工程參考。

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[定稿日期]2017-07-04

周強(qiáng)(1976～)，男，本科，工程師，從事建筑公司管理工作。

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