地下空间结构裂缝控制与防水新技术.docx

简介本文分析建筑结构裂缝产生的各种原因提出从材料设计施工和维护方面控制裂缝的技术措施介绍我国现行防水技术规范新型防水材料及其应用技术关键字地下空间结构裂缝控制防水新技术一前言钢筋砼结构出现裂缝是不可避免的在保证结构安全和耐久性的前提下裂缝是人们可接受的材料特征近十多年来随着钢筋砼结构的长大化和复杂化以及商品砼的大量推广和砼强度等级的提高结构裂缝出现机率大大增加有些已危及结构的安全性和耐久性有的地下工程裂渗已影响其使用功能建设部对此十分重视召开多次学术研讨会工程界各方专家提出许多技术措施认为控制裂缝是个系统工程针对地下工程裂渗比较普遍的现象我国研制许多新型防水材料建设部提出今后主要开发应用环保型的中高档防水材料刚柔结合全面提高我国防水工程的质量和耐久性本人根据长期的科学研究和大量工程实践提出钢筋砼结构裂缝控制和防水一些新技术供工程界参考不妥之处请指正二结构裂缝产生的原因结构裂缝产生的原因很复杂根据国内外的调查资料引起裂缝有两大类原因一种由外荷载如静动荷载的直接应力和结构次应力引起的裂缝其机率约一种是结构因温度膨胀收缩徐变和不均匀沉降等因素由变形变化引起的裂缝其机率约裂缝发生与材料设计施工和维护有关现作以下分析一材料缺陷在变形裂缝中收缩裂缝占有的比例从砼的性质来说大概有干燥收缩研究表明水泥加水后变成水泥硬化体其绝对体积减小每克水泥水化后的化学减缩值为如砼水泥用量为则形成孔缝体积约之巨这是砼抗拉强度低和极限拉伸变形小的根本原因研究表明每克水泥浆体可蒸发水约如砼水泥用量为当砼在干燥条件下则蒸发水量达毛细孔缝中水逸出产生毛细压力使砼产生毛细收缩由此引起水泥砂浆的干缩值为砼的干缩值为而砼的极限拉伸值只有故易引起干缩裂缝温差收缩水泥水化是个放热过程其水化热为焦尔克随砼水泥用量提高其绝热温升可达研究表明当砼内外温差时产生的冷缩值如温差为时其冷缩值为当其大于砼的极限拉伸值时则引起结构开裂塑性收缩砼初凝之前出现泌水和水份急剧蒸发引起失水收缩此时骨料与水泥之间也产生不均匀的沉缩变形它发生在砼终凝之前的塑性阶段故称为塑性收缩其收缩量可达左右在砼表面上特别在抹压不及时和养护不良的部位出现龟裂宽度达属表面裂缝水灰比过大水泥用量大外加剂保水性差粗骨料少振捣不良环境温度高表面失水大等都能导致砼塑性收缩而发生表面开裂现象自生收缩密封的砼内部相对湿度随水泥水化的进展而降低称为自干燥自干燥造成毛细孔中的水分不饱和而产生负压因而引起砼的自生收缩高水灰比的普通砼由于毛细孔隙中贮存大量水分自干燥引起的收缩压力较小所以自生收缩值较低而不被注意但是低水灰比的高性能砼则不同早期强度较高的发展率会使自由水消耗较快以至使孔体系中的相对湿度低于而结构致密外界水泥很难渗入补充在这种条件下开始产生自干收缩研究表明龄期个月水胶比为的自干收缩率为水胶比为的自干收缩率为的总收缩中干缩和自收缩几乎相等水胶比越小自收缩所占比例越大由此可知的收缩性与完全不同以干缩为主而以自干收缩为主问题的要害是自收缩过程开始于水化速率处于高潮阶段的头几天湿度梯度首先引发表面裂缝随后引发内部微裂缝若砼变形受到约束则进一步产生收缩裂缝这是高标号砼容易开裂的主要原因之一减水剂的影响人们发现自八十年代中期推广商品泵送砼以来结构裂缝普遍增多这是为什么呢除了与砼的水泥用量和砂率提高有关外人们忽视了减水剂引起的负面影响例如过去干硬性及预制砼的收缩变形约为而现在泵送砼收缩变形约为使得砼裂缝控制的技术难度大大增加研究表明在砼配合比相同情况下掺入减水剂的坍落度可增加但是它与基准砼的收缩值相比却增加见图所以在砼减水剂规范中规定掺减水剂的砼与基准砼的收缩比研究表明掺入不同类型的减水剂砼的收缩比是不相同的一般是木钙减水剂萘磺酸盐减水剂三聚氰胺减水剂氨基磺酸减水剂聚丙烯酸减水剂这说明商品砼浇筑的结构开裂机率大与减水剂带来负面影响有关其机理尚不清楚以上是从水泥砼物理化学特性分析其各种收缩现象早期塑性收缩会导致结构出现表面裂缝砼进入硬化阶段后砼水化热使结构产生温差收缩和干燥收缩包括自干收缩这是诱发裂缝的主要原因近十年大量使用商品砼开裂增加除与单方砼水泥和掺合料用量增加外减水剂增加砼收缩值变形的负面影响也是一个重要因素砼后期膨胀出现裂缝主要是水泥中游离过高体积膨胀所致水泥中过高体积膨胀所致水泥和外加剂碱含量过高与集料中活性硅等发生碱集料反应所致有害离子等侵入砼内部导致钢筋锈蚀或形成二次钙矾石膨胀破坏所致结构物在任意内应力作用下除瞬间弹性变形外其变形值随时间的延长而增加的现象称为徐变变形砼拉徐变时对抗裂有利一般可以提高钢筋砼极限拉伸值左右而砼压徐变很小一般把收缩变形与徐变变形的计算一并加以考虑砼收缩经验公式很多但是实际工程所处条件变化较多一般采用如下任意时间砼收缩计算公式式中为水泥品种骨料水灰比温度养护和不同配筋率等修正系数其中不同配筋率的修正系数见表也即限制收缩与自由收缩之比随配筋率提高而减小表配筋率修正系数二设计问题钢筋砼结构是由砼和钢筋共同承担极限状态的承载力结构设计师根据地基情况静动荷载环境因素结构耐久性等控制荷载裂缝这里不作讨论从国内外有关规范可知对结构变形作用引起的裂缝问题客观上存在两类学派第一类设计规范规定很灵活没有验算裂缝的明确规定设计方法留给设计人员自由处理基本上采取裂了就堵堵不住就排的实际处理手法第二类设计规范有明确规定对于荷载裂缝有计算公式并有严格的允许宽度限制对于变形裂缝没有计算规定只按规范留伸缩缝即留缝就不裂的设计原则大量工程实践证明留缝与否并不是决定结构变形开裂与否的唯一条件留缝不一定不裂不留缝不一定裂是否开裂与许多因素有关我们认为控制裂缝应该防患于未然首先尽量预防有害裂缝重点在防我国结构工程向长大化复杂化发展砼设计强度等级向发展设计师多注重结构安全而对变形裂缝控制考虑不周这也是结构裂缝发生增多的原因之一三施工管理问题砼配合比设计是否科学合理水泥与外加剂是否相适应砂石级配及其含泥量是否符合规范要求砼坍落度控制是否合理这些都影响到砼的质量及其收缩变形砼浇筑震捣不均匀密实施工缝和细部处理马虎会带来结构开裂的后患过震则使浮浆过厚抹压又不及时则砼表面出现塑性裂缝十分难看边墙拆摸板过早砼水化热正处于高峰内外温差最大砼易感冒开裂砼养护十分重要但许多施工单位忽视这一环节尤其是墙体和柱梁的保温保湿养护不到位容易产生收缩裂缝某些露天构筑物尽管当地湿度很大但由于吹风影响加速了砼水分蒸发速度亦即增加干缩速度容易引起早期表面裂缝风速对水分蒸发速度的影响见表这也许是夏季比秋冬季南方比北方出现结构裂缝较多的原因从已建工程调查中发现底板养护较好出现裂缝概率较低而底板上外墙裂缝概率很高约占这与保温保湿养护不足有很大关系除上述技术因素外施工管理不严赶进度偷工减料工人素质差施工马虎等也是造成结构裂缝的人为因素四对维护缺乏认识我们发现不少结构是在浇筑完个月甚至在年内出现裂缝除荷载问题外主要是环境温度和风速引起的收缩变形所致有些地下室不及时复土上部结构不及时做好封闭出入口长期敞开屋面防水层破坏不及时修补等这些与施工和业主对结构维护缺乏认识有关钢筋砼结构与其他物件一样都存在热胀冷缩的特征尤其超长结构更为明显所以应重视已浇结构的保温保湿维护工作三有害裂缝与无害裂缝裂缝按其形状分为表面的贯穿的纵向的和横向的等等裂缝形状与结构受力状态有直接关系裂缝分为愈合闭合运动稳定的及不稳定的等例如宽度裂缝开始有些渗漏水通过裂缝同水泥结合形成氢氧化钙和凝胶经一段时间裂缝自愈不渗了有的裂缝在压应力作用下闭合了有的裂缝在周期性温差和周期性反复荷载作用下产生周期性的扩展和闭合称为裂缝的运动但这是稳定的运动有些裂缝产生不稳定的扩展视其扩展部位应考虑加固措施根据国内外设计规范及有关试验资料砼最大裂缝宽度的控制标准大致如下无侵蚀介质无防渗要求轻微侵蚀无防渗要求严重侵蚀有防渗要求判断裂缝有害还是无害首先视它是否有害结构安全和耐久性其次是否影响使用功能如防水防潮例如地下和水工工程小于裂缝视为无害裂缝作简单表面封闭即可再作柔性防水层就更保险了楼面裂缝对结构是安全视为无害裂缝可不作处理对于受力的梁柱涉及结构安全裂缝要妥当处理既然变形裂缝一般不影响承载力但它防水问题就值得研究了根据工程调查由裂缝引起的各种不利后果中渗漏水占水分子的直径约可穿过任何肉眼可见的裂缝从理论上讲防水结构物是不允许裂缝的但实际情况不是这样工程实践表明裂缝宽开始漏水量一年后只有这说明裂缝逐渐自愈当然对有渗水裂缝要及时处理这并不是难题工程实践表明结构裂缝的发生的原因很复杂也是不可避免的如对建筑物抗裂要求过严必将付出巨大的经济代价科学的要求应是将其有害程度控制在允许范围内这些关于裂缝的预测预防和处理工作统称之为建筑物的裂缝控制我国科技界和工程界正在不断探索有许多成功经验值得借鉴