地下空間結構裂縫控制與防水新技術

1、地下空間結構裂縫控制與防水新技術游寶坤摘要本文分析建筑結構裂縫產生的各種原因，提出從材料、設計施工和維護方面控制裂縫的技術措施。介紹我國現(xiàn)行防水技術規(guī)范；新型防水材料及其應用技術。一、前言鋼筋砼結構出現(xiàn)裂縫是不可避免的，在保證結構安全和耐久性的前提下，裂縫是人們可接受的材料特征。近十多年來，隨著鋼筋砼結構的長大化和復雜化，以及商品砼的大量推廣和砼強度等級的提高，結構裂縫出現(xiàn)機率大大增加，有些已危及結構的安全性和耐久性，有的地下工程裂滲已

2、影響其使用功能。建設部對此十分重視，召開多次學術研討會，工程界各方專家提出許多技術措施，認為控制裂縫是個系統(tǒng)工程。針對地下工程裂滲比較普遍的現(xiàn)象，我國研制許多新型防水材料，建設部提出今后主要開發(fā)應用環(huán)保型的中、高檔防水材料，剛柔結合，全面提高我國防水工程的質量和耐久性。本人根據長期的科學研究和大量工程實踐，提出鋼筋砼結構裂縫控制和防水一些新技術，供工程界參考，不妥之處請指正。二、結構裂縫產生的原因結構裂縫產生的原因很復雜，根據國內外的調

3、查資料，引起裂縫有兩大類原因，一種由外荷載（如靜、動荷載）的直接應力和結構次應力引起的裂縫，其機率約20%；一種是結構因溫度、膨脹、收縮、徐變和不均勻沉降等因素由變形變化引起的裂縫，其機率約80%。裂縫發(fā)生與材料、設計、施工和維護有關，現(xiàn)作以下分析。（一）材料缺陷在變形裂縫中收縮裂縫占有80%的比例，從砼的性質來說大概有：1干燥收縮研究表明，水泥加水后變成水泥硬化體，其絕對體積減小。每100克水泥水化后的化學減縮值為7～9ml，如砼水泥

4、用量為350kgm3，則形成孔縫體積約25～30Lm3之巨。這是砼抗拉強度低和極限拉伸變形小的根本原因。研究表明，每100克水泥漿體可蒸發(fā)水約6ml，如砼水泥用量為350kgm3，當砼在干燥條件下，則蒸發(fā)水量達21Lm3。毛細孔縫中水逸出產生毛細壓力，使砼產生“毛細收縮”。由此引起水泥砂漿的干縮值為0.1～0.2%；砼的干縮值為0.04～0.06%。而砼的極限拉伸值只有0.01～0.02%，故易引起干縮裂縫。2溫差收縮水泥水化是個放熱過

5、程，其水化熱為165～250焦爾克，隨砼水泥用量提高，其絕熱溫升可達50～80℃。研究表明，當砼內外溫差10℃時，產生的冷縮值εc=△Tα=101105=0.01%，如溫差為20～30℃時，其冷縮值為0.02～0.03％，當其大于砼的極限拉伸值時，則引起結構開裂。3塑性收縮公式很多，但是，實際工程所處條件變化較多。一般采用如下任意時間砼收縮計算公式。εy(t)=3.24104(1e0.01t)M1.M2……Mn式中M1.M2……Mn－為

6、水泥品種、骨料，水灰比、溫度、養(yǎng)護和不同配筋率等修正系數(shù)。其中不同配筋率的修正系數(shù)見表1。也即限制收縮與自由收縮之比，隨配筋率提高而減小。（二）設計問題鋼筋砼結構是由砼和鋼筋共同承擔極限狀態(tài)的承載力，結構設計師根據地基情況，靜、動荷載、環(huán)境因素、結構耐久性等控制荷載裂縫。這里不作討論。從國內外有關規(guī)范可知，對結構變形作用引起的裂縫問題，客觀上存在兩類學派：第一類，設計規(guī)范規(guī)定很靈活，沒有驗算裂縫的明確規(guī)定，設計方法留給設計人員自由處理。

7、基本上采取“裂了就堵、堵不住就排”的實際處理手法。第二類，設計規(guī)范有明確規(guī)定，對于荷載裂縫有計算公式并有嚴格的允許寬度限制。對于變形裂縫沒有計算規(guī)定，只按規(guī)范留伸縮縫，即留縫就不裂的設計原則。大量工程實踐證明，留縫與否，并不是決定結構變形開裂與否的唯一條件，留縫不一定不裂，不留縫不一定裂，是否開裂與許多因素有關。我們認為，控制裂縫應該防患于未然，首先盡量預防有害裂縫，重點在防。我國結構工程向長大化、復雜化發(fā)展，砼設計強度等級向C40～C

8、60發(fā)展，設計師多注重結構安全，而對變形裂縫控制考慮不周，這也是結構裂縫發(fā)生增多的原因之一。（三）施工管理問題砼配合比設計是否科學合理，水泥與外加劑是否相適應，砂石級配及其含泥量是否符合規(guī)范要求，砼坍落度控制是否合理，這些都影響到砼的質量及其收縮變形。砼澆筑震搗不均勻密實，施工縫和細部處理馬虎，會帶來結構開裂的后患；過震則使浮漿過厚，抹壓又不及時，則砼表面出現(xiàn)塑性裂縫，十分難看。邊墻拆摸板過早（1～3d），砼水化熱正處于高峰，內外溫差最

9、大；砼易“感冒”開裂。砼養(yǎng)護十分重要，但許多施工單位忽視這一環(huán)節(jié)，尤其是墻體和柱梁的保溫保濕養(yǎng)護不到位，容易產生收縮裂縫。某些露天構筑物盡管當?shù)貪穸群艽螅捎诖碉L影響，加速了砼水分蒸發(fā)速度，亦即增加干縮速度，容易引起早期表面裂縫，風速對水分蒸發(fā)速度的影響見表2。這也許是夏季比秋冬季，南方比北方出現(xiàn)結構裂縫較多的原因。從已建工程調查中發(fā)現(xiàn)，底板養(yǎng)護較好，出現(xiàn)裂縫概率較低，而底板上外墻裂縫概率很高約占80％，這與保溫保濕養(yǎng)護不足有很大關系

10、。除上述技術因素外，施工管理不嚴，趕進度，偷工減料，工人素質差，施工馬虎等也是造成結構裂縫的人為因素。（四）對維護缺乏認識我們發(fā)現(xiàn)不少結構是在澆筑完3～6個月，甚至在1～2年內出現(xiàn)裂縫。除荷載問題外，主要是環(huán)境溫度和風速引起的收縮變形所致。有些地下室不及時復土；上部結構不及時做好封閉；出入口長期敞開，屋面防水層破壞不及時修補等。這些與施工和業(yè)主對結構維護缺乏認識有關。鋼筋砼結構與其他物件一樣都存在“熱脹冷縮”的特征，尤其超長結構更為明顯