浅谈混凝土结构裂缝的检测

浅谈混凝土结构裂缝的检测

作者：李 松 毛天鹏

来源：《中国新技术新产品》2008年第18期

摘要：本文阐述了混凝土结构裂缝的分类与检测技术，对类似工程有一定的参考价值。 关键词：混凝土结构；裂缝；检测 1 前言

工程混凝土结构物常因各种原因产生裂缝。裂缝的存在影响结构的抗渗性能，导致水及有害物质的渗入，从而危害结构的安全，或影响结构物的适用性和耐久性。为此，对已出现的裂缝应进行调查检测，以根据裂缝的部位、状况对结构的安全性进行评估并制定对裂缝的处理方案。

2 裂缝的分类及测试原理

2.1 裂缝的分类

裂缝的产生原因是设计、施工、材料、环境及管理等相互影响的综合性问题。按产生原因可分为四类：

⑴ 荷载作用下的裂缝：因动、静荷载的直接作用产生的裂缝，约占5%∽10%。 ⑵ 变形作用下的裂缝：因不均匀沉降、温度变化、湿度差异、膨胀、收缩、徐变等变形因素引起的裂缝，约占80%以上。

⑶ 变形与荷载共同作用引起的裂缝，约占5%∽10%。

⑷ 碱骨料反应膨胀应力引起的裂缝及冻融引起的裂缝，约占1%。

裂缝宽度?芏0.02～0.05mm是为肉眼可见裂缝，混凝土为有裂缝结构；裂缝宽度

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在裂缝宽度?芏0.02～0.05mm后，根据对结构使用性能和耐久性的影响，分为有害裂缝和无害裂缝，我国允许无害裂缝宽度为0～0.3mm。 2.2 测试原理

根据声学原理可知，声波在传播过程中如遇到不同介质的界面将产生反射和透射。垂直入射到界面的声波声压反射量的大小可以用反射率R表示。 对于两个半无限大介质构成的界面，反射率R由下式计算： R=(Z2-Z1)/(Z2+Z1) （2─1）

这里，Z1、Z2─第一，第二种介质的声阻抗或称特性阻抗。Z=ρoooC, ρ为介质的密度，C为介质的波速。

至于裂缝，它属于夹层对声波的反射。声波在夹层中往复反射这种情况下声波声压的反射率R由下式计算： （2─2）

式中：d─夹层的厚度；l─声波在夹层中的波长；m─两种介质的声阻抗之比，m=Z1/Z2，Z1为夹层两侧介质的声阻抗，Z2为夹层中介质的声阻抗。

从（2─2）式中可看到，声波反射率的大小取决于裂缝宽度、裂缝中充填物（空气或水）的声阻抗以及声波波长（频率）的大小。

由于裂缝对声波的反射，当超声发、收换能器之间存在裂缝时，接收换能器所接收到的声信号将大大减小。通过与结构正常部位接收信号幅度的比较可以发现裂缝的存在。当然，如果裂缝中被水充填，则发现裂缝就困难一些。

3 混凝土裂缝的检测技术

3.1 裂缝外观形态、分布描述

观察构件表面裂缝部位，目测并绘制裂缝分布图，准确记录裂缝的形态、条数、位置、长度和走向。

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3.2 裂缝宽度检测

裂缝宽度测试读数精度应不小于0.02mm。测试部位（测位）混凝土表面清洁、平整，裂缝内部不应有灰尘或泥浆，宜选择裂缝张开状态下检测。一条连续裂缝上宜布置2个以上裂缝宽度测位，在裂缝分布图中标注检测部位和最大裂缝宽度部位。现有的裂缝宽度的测量方法分三类：

3.2.1 塞尺或裂缝宽度对比卡：用于粗测，精度低。

3.2.2 裂缝显微镜：读数精度在0.02∽0.05mm，需要人工近距离调节焦距并读数和记录，测试工作劳动强度大，是目前裂缝测试的主要方法。

3.2.3 近年出现的裂缝宽度测试仪是将放大的裂缝图象显示在显示屏上，再人工读取宽度的测试仪，这种测试仪避免了人工近距离调节焦距的要求，降低了劳动强度。 3.3 裂缝深度检测

裂缝深度的检测宜采用超声法，根据裂缝深度与被测构件厚度的关系以及可测试表面情况可选择采用单面平测法、双面斜测法、钻孔对测法。

当结构裂缝部位只有一个可测表面，裂缝的估计深度不大于被测构件厚度的一半且不大于500mm时，可采用单面平测法。要求在裂缝测位的两侧分别具有清洁、平整且无裂缝的可进行检测的混凝土表面，裂缝两侧的可测试表面宽度分别不小于估计缝深，通过检测跨缝的声时和混凝土声速，可计算测点处的裂缝深度。

当结构的裂缝部位具有两个相互平行的测试表面时，可采用双面穿透斜测法。双面穿透斜测法主要用于检测深裂缝以及判定构件相对裂缝是否构成贯穿裂缝。在保证所有测线的测距、倾斜角度以及测试系统一致的条件下，将通过裂缝断面的测线与不通过裂缝断面的测线比较，根据声参数的变化，判定裂缝深度以及在断面内是否贯通。

钻孔对测法适用于大体积混凝土，预测深度在500mm以上的裂缝检测。在孔中用径向振动式换能器自上而下逐点检测，绘制深度-波幅图，波幅达到最大并基本稳定的位置对应裂缝深度。

4 裂缝深度检测中的有关问题

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实际工作中，一般产生裂缝的结构体很少有进行超声对测的条件，《超声法检测混凝土缺陷技术规程》（CECS21:2000）中规定了超声平测法检测混凝土裂缝深度的方法。笔者在多年检测工作中的经验谈点认识。

4.1 检测结果与实际裂缝深度的差异

产生差异的原因有：4.1.1 混凝土的非均质性。声波的传播是质点振动的传递过程，质点振动的相互碰撞，在将动能转换成热能的过程中，能量的耗损使质点振动幅度渐减。致密的混凝土衰减得慢，传播距离比质量差的混凝土要远。4.1.2 平测法测试的混凝土声速只是混凝土表面的声速，其与混凝土内部声速存在差异。4.1.3 声波的衍射作用会导致测试精度降低。4.1.4 裂缝中有杂物或水会导致测试结果严重偏离。4.1.5 跨缝钢筋会导致测式结果发生本质变化。4.1.6 测试结果是测试部位附近较浅的裂缝深度，并不能代表裂缝的最深处。4.1.7 裂缝的走向通常不是与混凝土表面垂直的，有时会影响超声波的传播路径而影响测试精度。从以上所述，导致裂缝深度测量精度不高的原因还有很多。有些是由于测试原理和方法的限制不能改变的。

4.2 提高检测精度的技术手段探讨

4.2.1 从测试原理上讲，不跨缝平测混凝土的声速的精度对测试结果有作直接的影响。提高检测精度的手段有：①测试表面要光滑，骨料不能外露；②精确测量换能器间距；③在保证声波传播不受裂缝影响时，测试部位尽可能与裂缝靠近。

4.2.2 从大量的裂缝深度测试过程可以看出，在进行跨缝测试过程中，大多数会发生波形反向的现象。规程中规定的方法是以一定的初始测距及变化量改变测距，这就会导致发现反相点的位置并不是刚刚发生反相的位置。根据实践发现，越靠近反相现象发生的位置测试的缝深越准。

虽然影响裂缝深度测量的因素较多，而且有些因素难以避免。在实际工作中只要认真分析裂缝产生的原因，准确掌握仪器使用方法及测试原理，可明显提高测试精度。

5 超声平测法检测裂缝深度的技术探讨

5.1 关于单面平测法的适用条件

CECS21:2000中规定，当估计缝深在500mm以内时，可采用单面平测法，这钟规定在应用时显得过于笼统，建议在界定单面平测法的适用条件时同时考虑裂缝估计深度与被测结构厚度的关系。

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5.2 发现存在首波反相的缝深计算

CECS21:2000中指出，如发现首波反相，可取相邻三点裂缝平均值为裂缝深度值，实际应用时反相过程是个渐变过程，反相点首波弱，声时判断误差较大，首波反相点的测试结果与多点平均值的测试结果有时差距较大。因此，在应用首波反相的缝深计算时，应仔细确认首波声时的准确性。

5.3 剔除超声测距过大或过小时的测试结果

CECS21:2000中确定，测距小于1倍缝深或测距大于3倍缝深时，其结果应剔除。经试验表明，当测距小于1倍缝深时，信号波形清晰，深度测试值与实际深度接近，没有剔除的必要。 参考文献

[1] CECS 21：2000.超声波检测混凝土缺陷技术规程.北京：中国计划出版社，2000. [2] CECS 02：2005.超声回弹综合法检测混凝土强度技术规程. 北京：中国计划出版社，2005.

[3] GB 50204-2002.混凝土结构工程施工质量验收规范. 北京：中国建筑工业出版社，2002. 作者简介：李松（1975-），男，助理工程师，贵州德江人，主要从事水利水电工程施工，工程管理等工作。

毛天鹏（1962-），男，高级工程师，贵州遵义人，主要从事岩土工程、水利工程质量监督检测、实验测试，岩土工程勘察和治理等工作。