浅谈工程结构裂缝的检测方法
黄敏姚沅付红勇吴小强邹玲俐
（湖北省交通基本建设造价管理站湖北武汉 430034）
摘要：针对混凝土裂缝的危害,阐述了混凝土裂缝检测的方法。
强调了在实际工程中对结构裂缝检测安全的研究十分有重要。
关键词：工程,裂缝,检测
0 引言
大跨度结构和超高层建筑结构裂缝无损检测越来越受到学术界和工程界的重视。
在我国，钢筋混凝土结构的检测、鉴定评估以及加固研究等工作起步较晚，已有结构的安全性评定标准还不完善，为了充分保证结构和人员的安全、减少经济损失、避免灾难性的悲剧，人们必须加强对裂缝识别技术的研究。
1 混凝土裂缝宽度检测方法
裂缝宽度的量测常用读数显微镜，它是由光学透镜与游标刻度等组成的复合仪器。
其最小刻度值要求不大于0.05mm。
其次，也有用印刷有不同宽度线条的裂缝标准宽度板（裂缝卡）与裂缝对比测量；或用一组具有不同标准厚度的塞尺进行试插对比，刚好插入裂缝的塞尺厚度，即裂缝宽度。
后二法较简便，但能满足一定要求。
一般常有的裂缝宽度检测方法有以下几种：
1.1 脆漆涂层法
脆漆涂层是一种在一定拉应变下即开裂的喷漆。
涂层的开裂方向正交于主应变方向，从而可以确定试件的主应力方向。
脆漆涂层具有很多优点，可用于任何类型结构的表面，而不受结构材料、形状及加荷方法的限制。
但脆漆层的开裂强度与拉应变密切相关，只有当试件开裂应变小于涂层最小自然开裂应变时脆漆层才能用来检测试件的裂缝。
1975年美国BLH公司研制了一种用导电漆膜来发现裂缝的方法。
它是将一种具有小阻值的弹性导电漆，涂在经过清洁处理过的混凝土表面，涂成长度约100-200mm，宽5-10mm的条带，待干燥后接入电路。
当混凝土裂缝宽度达到0.001-0.004mm时，由于混凝土受拉，因而拉长的导电漆膜就会出现火花直至烧断。
导电漆膜电路被切断后还可以继续用肉眼进行观察。
1.2 光弹贴片法
光弹贴片是在试件表面牢固地粘贴一层光弹薄片，当试件受力后，光弹片同试件共同变形，并在光弹片中产生相应的应力。
若以偏振光照射，由于试件表面事先已经加工磨光，具有良好的反光性，因而当光穿过透明的光弹薄片后，经过试件表面反射，又第二次通过薄片而射出，若将此射出的光经过分析镜，最后可在屏幕上得到应力条纹，其试验装置如图1.1。
图1.1 光贴弹片装置原理
由广义虎克定律可知道，主应力和主应变的关系为
式中，E、为试件弹性模量和泊松比。
因试件表面有一主应力等于零，因此试件表面主应力差和主应变差成正比。
1.3 光纤裂缝传感器
Ansari使用环形光纤测量了混凝土梁试件裂缝的宽度，其原理为环形光纤传输的光是裂缝增长引起光传播波动的函数。
Christopher K.Y.Leung等提出了一种新型分布式光纤传感器，可用于混凝土结构物裂缝检测，其优点是不需要事先知道裂缝的方向，只要裂缝方向与光纤斜交，就能感知裂缝的存在，并对影响感知初始裂缝宽度的因素(缝与光纤的夹角)和光损耗同缝宽的关系进行了详细研究如图1.2。
图1.2 斜交光纤传感网络图
光纤在粘贴到混凝土结构表面或埋入混凝土结构内部时，光纤与裂缝成一定的角度（因为混凝土结构可能产生的裂缝方向是可以预知的）。
光从光纤的一端注入，用光时域反射计（OTDR）探测光纤内部各点的损耗及其位置。
在裂缝形成前，OTDR 探测到的损耗曲线基本上是平坦的，一旦产生裂缝，埋入混凝土中的光纤就会产生弯曲，部分光从纤芯中出来形成损耗。
由于裂缝造成的损耗使OTDR探测到的后向散射信号有一个突降，因此根据损耗的大小可以确定裂缝的宽度，由光纤上损耗点的位置就可以确定裂缝的位置。
1.4 碳纤维智能层传感器
武汉理工大学李卓球教授采用碳纤维智能层作为传感器，并利用其功能特性与可覆盖性，将其铺设到结构表面，碳纤维智能层在被测结构与碳纤维智能层之间建立一个敏感场，碳纤维智能层将被测结构中不易检测的力场转换为易于检测的电场，通过对电场的检测来反应出结构受载后应力应变情况。
湖北工业大学邓友生[3]教授通过此发现应用在结构裂缝的检测试验中，通过电阻变化率反应出切口端部张开位移关系，从而来确定结构裂缝的宽度。
图1.3 电阻变化率与张开位移关系图
碳纤维智能传感器与混凝土结构有良好相容性，能有效的将应变场响应转化为易于检测的电场。
作为混凝土结构的无损伤检测手段，能对混凝土结构的裂缝宽度做出准确可靠的反映。
可以及时对结构进行监控，为工程隐患的排除提供了准确的信息，其应用的前景十分广阔。
2 混凝土裂缝宽度检测方法
工程中经常遇到的情况是，在混凝土结构的表面发现了裂缝，但不知道裂缝的深度，一般采用超声波检测法。
2.1超声波法
超声波法有平测法和斜测法检测裂缝深度。
如图1.4所示，当混凝土结构构件的体积较大或受测试条件限制时，发射探头和接收探头都智能安装在构件的同一表面，可采用平测法检测裂缝深度。
将发射探头和接收探头对称的安装在裂缝两侧，由图1.4可知，超声波传播的距离为：
图1.4 平测法检测裂缝深度图 1.5 斜测法检测裂缝
首先在无裂缝的部位用平测法得到混凝土的声速，在裂缝部位实测得到的声时为，则有，由式1.2即可得到裂缝深度。
采用平测法检测裂缝深度时，由于不是利用超声波纵波的传播，接收信号的质量比对测时要差一些。
为提高测试精度，改变探头安装位置进行测试，检测结果将会在一定范围内变化，可以对不同的取平均值。
对于钢筋混凝土梁侧面出现的裂缝进行检测时，可以将发射探头和接收探头分别
安装在梁的两个侧面，采用斜测法检测裂缝深度。
如图1.5，共布置5对测点，其中，1号测点的传播路径上没有裂缝，而超声波沿2号测点路径传播时遇到裂缝，声波发生绕射，3号测点的绕射距离更长，根据接收信号，就可以判断裂缝达到的深度。
3 结语
裂缝是混凝土结构中普遍存在的一种现象,它的出现不仅会降低建筑物的抗渗能力,影响建筑物的使用功能,而且会引起钢筋的锈蚀,混凝土的碳化,降低材料的耐久性,影响建筑物的承载能力,因此在实际工作中应加强对混凝土裂缝的检测工作具有重要的意义。
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