【摘要】本文 分析 建筑結(jié)構(gòu)裂縫產(chǎn)生的各種原因，提出從材料、設(shè)計施工和維護方面控制裂縫的技術(shù)措施。介紹我國現(xiàn)行防水技術(shù)規(guī)范；新型防水材料及其 應用技術(shù)。
【關(guān)鍵詞】地下空間結(jié)構(gòu)；裂縫控制；防水新技術(shù)
0.前言
鋼筋砼結(jié)構(gòu)出現(xiàn)裂縫是不可避免的，在保證結(jié)構(gòu)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(jié)構(gòu)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(jié)構(gòu)裂縫出現(xiàn)機率大大增加，有些已危及結(jié)構(gòu)的安全性和耐久性，有的地下工程裂滲已 影響 其使用功能。建設(shè)部對此十分重視，召開多次學術(shù)研討會，工程界各方專家提出許多技術(shù)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(shè)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?cè)峤Y(jié)合，全面提高我國防水工程的質(zhì)量和耐久性。
本人根據(jù)長期的 科學 研究 和大量工程實踐，提出鋼筋砼結(jié)構(gòu)裂縫控制和防水一些新技術(shù)，供工程界 參考 ，不妥之處請指正。
1.結(jié)構(gòu)裂縫產(chǎn)生的原因
結(jié)構(gòu)裂縫產(chǎn)生的原因很復雜，根據(jù)國內(nèi)外的調(diào)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(jié)構(gòu)次應力引起的裂縫，其機率約20%；一種是結(jié)構(gòu)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(shè)計、施工和維護有關(guān)，現(xiàn)作以下分析。
1.1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(zhì)來說大概有：
1.1.1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，如砼水泥用量為350kg/m3，則形成孔縫體積約25～30L/m3之巨。這是砼抗拉強度低和極限拉伸變形小的根本原因。
1.1.2溫差收縮
水泥水化是個放熱過程，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(nèi)外溫差10℃時，產(chǎn)生的冷縮值εc=△T/α=10/110-5=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(jié)構(gòu)開裂。
1.1.3塑性收縮
砼初凝之前出現(xiàn)泌水和水份急劇蒸發(fā)，引起失水收縮，此時骨料與水泥之間也產(chǎn)生不均勻的沉縮變形，它發(fā)生在砼終凝之前的塑性階段，故稱為塑性收縮。其收縮量可達1%左右。在砼表面上，特別在抹壓不及時和養(yǎng)護不良的部位出現(xiàn)龜裂，寬度達1～2mm，屬表面裂縫。水灰比過大，水泥用量大，外加劑保水性差，粗骨料少，振搗不良，環(huán)境溫度高，表面失水大等都能導致砼塑性收縮而發(fā)生表面開裂現(xiàn)象。
1.1.4自生收縮
密封的砼內(nèi)部相對濕度隨水泥水化的進展而降低，稱為自干燥。自干燥造成毛細孔中的水分不飽和而產(chǎn)生負壓，因而引起砼的自生收縮。高水灰比的普通砼（OPC）由于毛細孔隙中貯存大量水分，自干燥引起的收縮壓力較小，所以自生收縮值較低而不被注意。
1.1.5減水劑的影響
人們發(fā)現(xiàn)，自八十年代中期推廣商品（泵送）砼以來，結(jié)構(gòu)裂縫普遍增多，這是為什么呢？除了與砼的水泥用量和砂率提高有關(guān)外，人們忽視了減水劑引起的負面影響。例如過去干硬性及預制砼的收縮變形約為4～6×10-4，而現(xiàn)在泵送砼收縮變形約為6～8×10-4，使得砼裂縫控制的技術(shù)難度大大增加。研究表明，在砼配合比相同情況下，摻入減水劑的坍落度可增加100～150mm，但是它與基準砼的收縮值相比，卻增加120～130%。所以，在《砼減水劑》規(guī)范GB138076-97中規(guī)定摻減水劑的砼與基準砼的收縮比≤135%。
1.1.6砼后期膨脹出現(xiàn)裂縫
主要是：
（1）水泥中游離CaO過高，Ca（OH）2體積膨脹所致。
�。�2）水泥中MgO過高，Mg（OH）2體積膨脹所致。
�。�3）水泥和外加劑堿含量過高，與集料中活性硅等發(fā)生堿-集料反應所致。
�。�4）有害離子Cl-、SO42-、Mg2+等侵入砼內(nèi)部，導致鋼筋銹蝕或形成二次鈣礬石膨脹破壞所致。
1.1.7結(jié)構(gòu)物在任意內(nèi)應力作用下，除瞬間彈性變形外，其變形值隨時間的延長而增加的現(xiàn)象稱為徐變變形
砼拉徐變時對抗裂有利，一般可以提高鋼筋砼極限拉伸值50%左右。而砼壓徐變很小，一般把收縮變形與徐變變形的 計算 一并加以考慮。砼收縮經(jīng)驗公式很多，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）=3.2410-4（1-e-0.01t）M1.M2……Mn
式中M1.M2……Mn-為水泥品種、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。
1.2設(shè)計問題
鋼筋砼結(jié)構(gòu)是由砼和鋼筋共同承擔極限狀態(tài)的承載力，結(jié)構(gòu)設(shè)計師根據(jù)地基情況，靜、動荷載、環(huán)境因素、結(jié)構(gòu)耐久性等控制荷載裂縫。這里不作討論。從國內(nèi)外有關(guān)規(guī)范可知，對結(jié)構(gòu)變形作用引起的裂縫問題，客觀上存在兩類學派：
第一類，設(shè)計規(guī)范規(guī)定很靈活，沒有驗算裂縫的明確規(guī)定，設(shè)計 方法 留給設(shè)計人員自由處理。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(shè)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(shè)計原則。
1.3施工管理問題
砼配合比設(shè)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(zhì)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(jié)構(gòu)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(nèi)外溫差最大；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(chǎn)生收縮裂縫。某些露天構(gòu)筑物盡管當?shù)貪穸群艽�，但由于吹風影響，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(jié)構(gòu)裂縫較多的原因。
從已建工程調(diào)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(guān)系。
除上述技術(shù)因素外，施工管理不嚴，趕進度，偷工減料，工人素質(zhì)差，施工馬虎等也是造成結(jié)構(gòu)裂縫的人為因素。
1.4對維護缺乏認識
我們發(fā)現(xiàn)不少結(jié)構(gòu)是在澆筑完3～6個月，甚至在1～2年內(nèi)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(jié)構(gòu)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(jié)構(gòu)維護缺乏認識有關(guān)。鋼筋砼結(jié)構(gòu)與其他物件一樣都存在“熱脹冷縮”的特征，尤其超長結(jié)構(gòu)更為明顯，所以，應重視已澆結(jié)構(gòu)的保溫保濕維護工作。
2.有害裂縫與無害裂縫
裂縫按其形狀分為表面的、貫穿的、縱向的和橫向的等等。裂縫形狀與結(jié)構(gòu)受力狀態(tài)有直接關(guān)系。裂縫分為愈合、閉合、運動、穩(wěn)定的及不穩(wěn)定的等。例如寬度0.1～0.2mm裂縫，開始有些滲漏，水通過裂縫同水泥結(jié)合，形成氫氧化鈣和C-S-H凝膠，經(jīng)一段時間裂縫自愈不滲了。有的裂縫在壓應力作用下閉合了。有的裂縫在周期性溫差和周期性反復荷載作用下產(chǎn)生周期性的擴展和閉合，稱為裂縫的運動，但這是穩(wěn)定的運動。有些裂縫產(chǎn)生不穩(wěn)定的擴展，視其擴展部位，應考慮加固措施。
根據(jù)國內(nèi)外設(shè)計規(guī)范及有關(guān)試驗資料，砼最大裂縫寬度的控制標準大致如下：
無侵蝕介質(zhì)無防滲要求，0.3～0.4mm。
輕微侵蝕，無防滲要求，0.2～0.3mm。
嚴重侵蝕，有防滲要求，0.1～0.2mm。
工程實踐表明，結(jié)構(gòu)裂縫的發(fā)生的原因很復雜，也是不可避免的。如對建筑物抗裂要求過嚴，必將付出巨大的 經(jīng)濟 代價。 科學 的要求應是將其有害程度控制在允許范圍內(nèi)。這些關(guān)于裂縫的預測、預防和處理工作，統(tǒng)稱之為“建筑物的裂縫控制”。我國 科技 界和工程界正在不斷探索，有許多成功經(jīng)驗值得借鑒。
