房屋建筑工程混凝土结构开裂的原因分析与防治措施

周 强

(四川恒锐建设工程有限公司, 四川阆中 637499)

房屋建筑工程混凝土结构开裂的原因分析与防治措施

周 强

(四川恒锐建设工程有限公司, 四川阆中 637499)

房屋建筑工程在施工过程中或交付使用一段时间后，经常会出现混凝土构件开裂问题，影响建筑工程的美观和使用功能。这种裂缝产生的原因多种多样，文章针对这一问题结合实际案例进行原因分析和提出防控措施。

房屋建筑； 混凝土结构开裂； 原因分析； 防治措施

本文探讨的建筑物为9层框架结构商住楼，总建筑面积约为2 268 m2。该建筑首层层高为4.5 m，标准层层高为3.0 m。开间为2.6 m、4.1 m和6.8 m，进深为6.3 m。该建筑建于2003年，目前由于附近隧道建设，造成该建筑部分结构构件出现裂缝。

1 检测鉴定项目

对于该建筑的检测鉴定主要包括下面内容。

(1)该建筑结构布置情况的检测，绘制平面布置图(图1)。

图1 结构平面布置

(2)采用经纬仪观测该建筑上部结构侧向位移。

(3)采用钻芯法检测该建筑上部结构梁、柱的混凝土强度。

(4)检测该楼主要承重构件截面尺寸。

(5)采用钢筋探测仪结合剔除混凝土保护层检测混凝土构件的钢筋配置情况。

(6)普查该建筑上部结构构件裂缝、缺陷和损伤情况。

(7)该建筑外观及围护结构的检查。

(8)综合现场检测和分析结果，对该建筑结构的安全性做出鉴定，并提出相应的处理建议。

2 检测鉴定结果

(1)检测人员现场对该建筑可以观测到的主要转角部位的顶点侧移情况进行抽检(表1)。测量结果表明，该建筑物上部结构目前的最大侧向顶点位移量为170 mm (H/141)，大于GB 50292-1999《民用建筑可靠性鉴定标准》中关于多层建筑的最大侧向顶点位移量不大于H/450的规定。

表1 建筑物顶点侧移测量结果

(2)抽检的框架柱截面尺寸主要为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);抽检的框架梁截面尺寸主要为200 mm×(480+h) mm、200 mm×(490+h) mm和200 mm×(500+h) mm(h为板厚)。

(3)现场抽检的框架柱纵筋主要为φ22和φ18，箍筋主要为φ8@90～200;抽检的框架梁底筋主要为φ22，箍筋主要为φ8@110～260。

(4)现场采用钻芯法从结构或构件受力较小的部位中抽取合适长度的芯样，经试验室加工成满足规程要求的芯样试件，经自然风干或水中浸泡后，按现行国家标准GB /T 50081-2002《普通混凝土力学性能试验方法标准》中对立方体试块抗压试验的规定进行测试。抽检结果表明，所抽检的框架柱的混凝土抗压强度值为30.2～49.6 MPa，所抽检的框架梁的混凝土抗压强度值为33.6～61.2 MPa。

(5)该建筑因基础变形导致部分墙体、门窗洞口、地台、楼板和个别柱出现裂缝，部分阳台楼板出现渗水等状况。

(6)本工程的主体框架结构采用中国建筑科学研究院开发的多高层建筑结构分析程序PKPM系列软件进行分析。场地类别为II类场地土，建筑物按7度进行抗震设防，框架抗震等级为三级。计算模型根据委托方提供的资料和现场的检测结果建立，鉴于该建筑物顶点侧向位移超出规范要求，验算时考虑建筑物顶点侧向位移对结构的影响。上部结构复核各主要构件混凝土强度按表2取值验算，钢筋的力学性能按要求取用:Ⅰ级钢为210 N/mm2， Ⅱ级钢为310 N/mm2。建立该建筑物的结构分析模型(图2)。

表2 柱、梁及板混凝土强度取值

图2 结构分析模型

综合上述资料、现场检测结果及结构分析验算结果，表明该建筑部分抽检的框架柱不满足承载力要求。因此，该建筑不能满足正常使用的要求。

3 混凝土开裂成因分析

3.1 设计方面

经过现场检测，发现建筑轴线、构件尺寸及混凝土强度满足设计要求，配筋也符合设计要求。采用PKPM软件对该楼建模进行了分析，几何尺寸、材料强度及其它设计参数取设计相应值，分析结果表明该楼抗震性能、墙体承压性能均满足规范要求，楼板实际配筋均大于计算所需配筋，也满足规范要求。

根据PKPM建模分析，施工单位在房屋施工过程中做到按图施工时，结构是安全的。但钢筋混凝土楼板是带裂缝工作的，规范允许荷载标准组合下的最大裂缝宽度为0.3 mm，通常房屋实际使用荷载一般小于规范规定值，由使用荷载(包括自重和活荷载)引起的裂缝宽度应小于规范允许的最大裂缝宽度，应不会引起0.5～0.6 mm宽的裂缝。

3.2 材料方面

该建筑所在小区共有30余栋住宅，由相同的商品混凝土搅拌站提供混凝土，每栋建筑的混凝土质量不会有很大差异，仅少量房间钢筋混凝土楼板出现可视裂缝，尤其是该建筑底层车库顶板同时浇筑混凝土，仅南侧车库顶板混凝土出现了裂缝，可判断裂缝产生不是由混凝土材料质量引起的。

3.3 温度、沉降方面

现场观察外纵墙无明显不均匀沉降造成的裂缝，仅发现5#车库⑧轴纵墙有细微斜裂缝，说明房屋的不均匀沉降比较轻微，不足以引起楼板混凝土开裂。既有建筑底层楼板中纵向温度应力一般不会很大，也不足以引起楼板混凝土开裂。排除房屋建成后温度应力与不均匀沉降两个因素。

3.4 施工方面

GB 50666-2011《混凝土结构工程施工规范》允许混凝土抗压强度达到1.2 MPa(大概24 h后能达到要求)后可以承受施工荷载，实际工程中由于工期紧，一般晚上浇筑混凝土，到第二天下午就会堆放材料达到部分施工荷载。

一般大家会认为只要支撑与模板不拆除，钢筋混凝土梁板自重和施工荷载是由模板和支撑系统承受的，但实际上模板与支撑不是无穷大刚度的，混凝土浇筑后模板和支撑会产生一个比较稳定的变形;混凝土凝结后，新混凝土会和模板支撑系统共同受力;再增加施工荷载，模板与支撑系统会产生附加的变形，新混凝土跟着一起变形，但新混凝土的早期力学性能很弱(混凝土3 d内早期抗拉强度大概小于抗压强度的0.08倍)，极易开裂，开裂后，加上混凝土的收缩性能，在薄弱处(开裂截面处)混凝土裂缝进一步发展，这种裂缝一般是上下通缝，拆模时混凝土中裂缝已经存在，只是板底粉刷将这些裂缝覆盖了。

房屋交付使用后，由于混凝土具有徐变性能，混凝土的徐变会使得构件的变形增加，同时混凝土收缩需要很长时间完成，加上活荷载共同作用，原有裂缝发展，裂缝长度增加、宽度变大，使得粉刷层一起开裂。现场发现的钢筋混凝土板底裂缝宽度大于相应位置处粉刷层表而裂缝宽度也间接验证了这一解释。

车库房顶混凝土板裂缝比102室等房顶板裂缝更严重的原因是:车库顶板施工时，支撑直接支承在地面上，地面刚度小，据委托方介绍一层车库顶板施工时恰逢下雨，使得地面刚度更小，这些因素导致模板与支撑系统刚度可能不足，导致房顶钢筋混凝土板开裂比较严重。而在同样施工条件下，北侧车库与储藏室房顶由于板跨相对较小(北侧8#、 12#、19#、23#四个最大车库顶板尺寸3.5 m×3.4 m，其余房间顶板跨度更小)，模板、支撑与新混凝土组成的整个系统的刚度相对较大(与南侧车库相比，出现裂缝顶板尺寸3.7～3.9 m×4.5 m)，变形相对较小，因此未发现可视裂缝。

4 混凝土开裂的防治措施

本工程具有加固体量大、交叉作业多，而且加固形式多样的特点。主要采用了加大截面加固、外包钢加固、粘钢加固、粘贴碳纤维布加固以及混凝土构件表面裂缝修补技术等一系列形式对框架柱、梁、楼板和墙面进行加固修复处理，使得该建筑能够满足新的使用要求。

(1)混凝土表面处理:所有新旧混凝土交界面处，凿除原有混凝土保护层至露出钢筋;用清水及钢丝刷将混凝土表面清理干净，素水泥浆作为界面处理剂甩涂于混凝土基面上;

(2)弹线定位纵筋及箍筋位置;

(3)植筋及箍筋绑扎成形;

SPSS 19.0软件用来对相关实验数据进行单因素方差分析，所有实验数据均使用来表示；使用软件MS-DIAL 2.72对获得的质谱数据进行导出处理及代谢物鉴定，Metaboanalysis 3.0辅助寻找差异性代谢物及构建代谢通路，采用SIMCA-P 13.0中正交偏最小二乘法（OPLS-DA）对所有内源性标记物进行多变量分析。

(4)装模;

(5)浇混凝土、拆模、养护:浇混凝土前，淋水养护凿毛面不少于12 h;拆模时注意不要损伤梁边角混凝土，并浇水养护至少7 d。

4.1 外包钢加固

(1)清理柱表面的装饰面层，清理加固构件表面剥落、疏松等劣化混凝土，将混凝土表面打磨完整，四角磨出小圆角，半径不小于7 mm。调整构件四角垂直度，用钢丝刷刷干净，再用压缩空气吹干净;

(2)将角钢用钢丝刷除锈，并打磨出金属光泽，预留注浆口;

(3)采用三面围焊分段焊接缀板，检查各接点焊接质量，保证无一漏焊，并满足有关规范要求;

(4)在竖向型钢间隙中灌注改性环氧树脂胶粘剂，型钢与构件之间的总有效粘接面积不应小于90 %。

4.2 粘钢加固

(1)清理梁的表面层至密实的混凝土结构面，对有油污的构件结合面，用洗涤剂和硬毛刷涂刷干净并用压缩空气吹除粉粒;保证粘贴面的平整度和垂直度;

(2)按照设计要求进行钢板下料，并用台钻按照设计要求在钢板上钻孔;

(3)采用角磨机将钢板表面钻孔口突出的钢渣磨掉并进行除锈，打磨至出现金属光泽;用角磨机在钢板表面作粗糙处理，打磨纹路与钢板受力方向垂直;

(4)预留植螺栓孔:在梁的正确位置用冲击钻钻孔，用空压机清除因钻孔残留的尘灰;

(5)涂胶粘剂并粘贴钢板:按比例将胶粘剂配好后，用抹刀涂在己处理好的混凝土表面和钢板表面上，厚度为1～3 mm，中间厚、边缘薄;将涂好胶粘剂的钢板贴于预定位置，确保粘贴密实后用膨胀螺栓临时固定并收紧，以使胶液刚从钢板边缝挤出为度;

(6)植螺栓:按照植筋要求植梁侧螺栓，植筋胶固化后，拧紧螺栓。

4.3 碳纤维加固

碳纤维加固主要部位为柱、梁以及楼板。采用单位面积质量200 g/m2的高强碳纤维布，抗拉强度大于3 400 MPa，弹性模量大于2.4×105MPa，伸长率大于1.7 %，加固用胶粘剂为与碳纤维性能相匹配的A级胶。施工流程如下:

(1)基层处理方法同以上加固方法;

(2)涂刷底层树脂:按一定比例将主剂与固化剂先后置于容器中搅拌均匀;用滚筒或毛刷将底层树脂均匀涂抹于混凝土表面，厚度不超过0.4 mm并不得有漏刷或有流淌、气泡;

(3)用整平胶料找平:混凝土表面凹陷部位用整平胶料填补平整，模板接头出现高差的部位应填平，尽量减少高差，且不能有棱角;转角处应用找平材料修复为光滑的圆弧，半径不小于20 mm;

(4)粘贴碳纤维片材:按设计要求的尺寸裁剪碳纤维布;配制浸渍树脂并均匀涂于所要粘贴的部位;用特制的滚筒沿纤维同一方向先反复多次滚压，挤除气泡，并使浸渍树脂充分浸透碳纤维布;多层粘贴时应重复上述步骤;

(5)其它注意事项:碳纤维布的粘结密实度应当保证，不得有空鼓现象等缺陷，有效粘结面积不应小于90 %;不能在粘贴构件上进行高温作业，粘贴碳纤维施工宜在环境温度为5 ℃以上的条件下进行。

由于这些原因引起的混凝土开裂在实际工程中更为常见。这种裂缝的存在虽然没有对结构的安全造成很大的影响，但是不处理会影响结构的耐久性和影响房屋的美观。因此，应采取措施应对这些裂缝。

4.4 细微裂缝

将白色卫生纸或者报纸撕成碎片，置于装满清水的桶内12 h，将桶内的水倒干，再用木棒搅拌桶内碎纸，直至粘糊状。粘补时，用湿布擦干净墙体，然后将纸粘糊用力塞入细微裂缝内;墙面干燥后，用砂纸摩擦修补位置，并用小木棒轻敲墙体，墙体发出了清脆的回响，判断墙内纸粘糊己基本干燥，细微裂缝都得到妥善修补。这种修补方法相对简单，笔者建议在挤压纸粘糊时，可稍微填补多一些纸粘糊，稍微突起为佳，原因是纸粘糊干燥前，含水量比较高，增加纸粘糊填补量，可避免纸粘糊干燥后，出现凹陷的问题。

4.5 较宽裂缝

在裂缝位置，凿出宽度和深度均为5 cm的槽，再用清水将槽内碎石、砂土等冲刷掉，然后按照1∶2的配比，配制堵漏水泥，封堵住裂缝位置，并预留出注浆口、出气孔和注浆槽。

在封堵水泥约24 h后，再次检查封堵效果，确保无误后，以0.2～0.3 MPa的注浆压力，将聚氨酯注浆液注入注浆槽内，直至孔口冒浆。注浆后，将注浆口封堵住。大约在24 h后，检查注浆液的凝结状态，确保浆液完全固化后，清理注浆口和检验封堵。

在裂缝嵌填后，根据裂缝的宽度，裁剪稍大的牛皮纸条，将其浸泡水中，取出后在没有阳光直射的地方晾干。牛皮纸基本干燥前，将白胶水均匀涂刷在待粘贴牛皮纸的位置，把牛皮纸贴上，再涂刷一层白胶水。

工程墙面的部分裂缝周围有空鼓现象，笔者尝试在修补之前，用机械将空鼓铲除，铲除时要深入基底，将所有松动的砂浆清理掉，使空鼓位置形成凹凸不平的截面，并与墙面保持45°的倾斜度。铲除后，用清水冲洗浮灰，将粘结剂均匀涂刷一遍，再用混合砂浆抹面，厚度控制在10 mm以内，随后进入养护阶段。

4.6 温度裂缝

对于温度变化引起的裂缝，裂缝深度和宽度不大，但分布面较广，且数量多。笔者认为较为适用于工程的裂缝处理方法，有简单密封法和弹性密封法两种。

(1)简单密封法是在裂缝位置，用铲子开除宽度0.6 mm左右的槽，将槽内的碎屑清除干净，再嵌入密封砂浆，施工方法与上而的较宽裂缝处理方法相仿;

(2)弹性密封法是在裂缝位置，开出宽度大于4～6倍裂缝宽度的方形槽，槽口侧面都进行了凿毛处理，目的是增强密封材料与墙面的粘结牢固程度，同时在槽底设置了隔离层。该举措的理由是笔者在案例工程之前，也处理过类似的墙面裂缝，当时没有在槽底设置隔离层，施工后发现与底层墙体粘结的弹性材料，出现撕裂现象，在槽底设置隔离层后，有效地规避这个问题。

4.7 开裂严重的裂缝

对于常规裂缝，应该以上方法足以处置，而开裂严重的裂缝，极有可能破坏墙体整体结构的稳定，应将其视为处置重点。现场总共发现3条严重开裂的裂缝，这些裂缝宽度不一，但都统一采用了压力灌浆法。第一条裂缝处理，裂缝宽度0.65 mm,笔者按照水泥∶水玻璃∶水=1∶0.015∶0.9的配比，配制成稀浆根据裂缝长度，打出孔距25 mm的小孔，将砂浆压入孔内。这种配比的水玻璃水泥砂浆，适用于宽度0.3～1 mm的裂缝；第二条裂缝处理，裂缝宽度2.5 mm,笔者按照水泥∶水玻璃∶水=1∶0.015∶0.7的配比，配制成稠浆，具体处理方法与第一条裂缝处理方法一致。这种配比的水玻璃水泥砂浆，适用于宽度1～5 mm的裂缝；第三条裂缝处理，裂缝宽度10 mm,笔者按照水泥∶107胶∶水∶砂=1∶0.2∶0.6∶1的配比，配置成107胶水水泥聚合浆，配置后的浆液，具有良好的粘结力和水泥悬浮力，具体处理方法与第一条裂缝处理方法一致。这种配比的107胶水水泥聚合浆，适用于宽度5～15 mm的裂缝。

5 结论

本文通过介绍一栋商住楼裂缝的情况，对其进行了检测鉴定，并在检测和鉴定的基础上对建筑结构进行合理的修复设计。实践证明，通过采用上述综合加固技术对该楼的框架柱、梁、楼板进行加固和裂缝修补处理后，较好地解决了房屋开裂的问题，使该建筑能够满足使用要求，经观察自使用以来，一切正常。同时，本文针对房屋开裂修复问题提供了有效的处理方法，可供类似工程参考。

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[定稿日期]2017-07-04

周强(1976～)，男，本科，工程师，从事建筑公司管理工作。

TU712.3

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