摘要：地下空間裂縫控製與防水新技術

　　一、前言

　　鋼gang筋jin砼tong結jie構gou出chu現xian裂lie縫feng是shi不bu可ke避bi免mian的de，在zai保bao證zheng結jie構gou安an全quan和he耐nai久jiu性xing的de前qian提ti下xia
，裂lie縫feng是shi人ren們men可ke接jie受shou的de材cai料liao特te征zheng。近jin十shi多duo年nian來lai，隨sui著zhe鋼gang筋jin砼tong結jie構gou的de長chang大da化hua和he複fu雜za化hua，以yi及ji商shang品pin砼tong的de大da量liang推tui廣guang和he砼tong強qiang度du等deng級ji的de提ti高gao

，結jie構gou裂lie縫feng出chu現xian機ji率lv大da大da增zeng加jia，有you些xie已yi危wei及ji結jie構gou的de安an全quan性xing和he耐nai久jiu性xing，有you的de地di下xia工gong程cheng裂lie滲shen已yi影ying響xiang其qi使shi用yong功gong能neng。建jian設she部bu對dui此ci十shi分fen重zhong視shi

，召zhao開kai多duo次ci學xue術shu研yan討tao會hui，工gong程cheng界jie各ge方fang專zhuan家jia提ti出chu許xu多duo技ji術shu措cuo施shi，認ren為wei控kong製zhi裂lie縫feng是shi個ge係xi統tong工gong程cheng。針zhen對dui地di下xia工gong程cheng裂lie滲shen比bi較jiao普pu遍bian的de現xian象xiang，我wo國guo研yan製zhi許xu多duo新xin型xing防水材料，建設部提出今後主要開發應用環保型的中、高檔防水材料

，剛柔結合
，全麵提高我國防水工程的質量和耐久性。

　　相關人士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製和防水一些新技術，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複雜，根據國內外的調查資料，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%。裂縫發生與材料、設計、施工和維護有關，現作以下分析。

　　（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．幹燥收縮

　　研究表明，水泥加水後變成水泥硬化體，其絕對體積減小。每100克水泥水化後的化學減縮值為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。研究表明，每100克水泥漿體可蒸發水約6ml，如砼水泥用量為350kg/m3
，當砼在幹燥條件下
，則蒸發水量達21L/m3。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幹縮值為0.1～0.2%
；砼的幹縮值為0.04～0.06%。而砼的極限拉伸值隻有0.01～0.02%，故易引起幹縮裂縫。

　　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，當砼內外溫差10℃時，產生的冷縮值εc=△T/α=10/110-5=0.01%，如溫差為20～30℃時，其冷縮值為0.02～0.03％，當其大於砼的極限拉伸值時，則引起結構開裂。

　　3．塑性收縮

　　砼tong初chu凝ning之zhi前qian出chu現xian泌mi水shui和he水shui份fen急ji劇ju蒸zheng發fa，引yin起qi失shi水shui收shou縮suo，此ci時shi骨gu料liao與yu水shui泥ni之zhi間jian也ye產chan生sheng不bu均jun勻yun的de沉chen縮suo變bian形xing
，它ta發fa生sheng在zai砼tong終zhong凝ning之zhi前qian的de塑su性xing階jie段duan
，故gu稱cheng為wei塑su性xing收shou縮suo。其qi收shou縮suo量liang可ke達da1％左右。在砼表麵上
，特別在抹壓不及時和養護不良的部位出現龜裂，寬度達1～2mm，屬shu表biao麵mian裂lie縫feng。水shui灰hui比bi過guo大da，水shui泥ni用yong量liang大da，外wai加jia劑ji保bao水shui性xing差cha
，粗cu骨gu料liao少shao，振zhen搗dao不bu良liang
，環huan境jing溫wen度du高gao
，表biao麵mian失shi水shui大da等deng都dou能neng導dao致zhi砼tong塑su性xing收shou縮suo而er發fa生sheng表biao麵mian開kai裂lie現xian象xiang。

　　4．自生收縮

　　mifengdetongneibuxiangduishidusuishuinishuihuadejinzhanerjiangdi
，chengweiziganzao。ziganzaozaochengmaoxikongzhongdeshuifenbubaoheerchanshengfuya，yineryinqitongdezishengshousuo。gaoshuihuibideputongtong（OPC）由於毛細孔隙中貯存大量水分，自幹燥引起的收縮壓力較小
，所以自生收縮值較低而不被注意。但是，低水灰比的高性能砼（HPC）則不同
，早期強度較高的發展率會使自由水消耗較快
，以至使孔體係中的相對濕度低於80%。而HPC結構致密，外界水泥很難滲入補充，在這種條件下開始產生自幹收縮。研究表明，齡期2個月水膠比為0.4的HPC
，自幹收縮率為0.01%
，水膠比為0.3的HPC，自幹收縮率為0.02%。HPC的總收縮中幹縮和自收縮幾乎相等，水膠比越小自收縮所占比例越大。由此可知，HPC的收縮性與OPC完全不同
，OPC以幹縮為主，而HPC以自幹收縮為主。問題的要害是：HPC自zi收shou縮suo過guo程cheng開kai始shi於yu水shui化hua速su率lv處chu於yu高gao潮chao階jie段duan的de頭tou幾ji天tian，濕shi度du梯ti度du首shou先xian引yin發fa表biao麵mian裂lie縫feng
，隨sui後hou引yin發fa內nei部bu微wei裂lie縫feng，若ruo砼tong變bian形xing受shou到dao約yue束shu，則ze進jin一yi步bu產chan生sheng收shou縮suo裂lie縫feng。這zhe是shi高gao標biao號hao砼tong容rong易yi開kai裂lie的de主zhu要yao原yuan因yin之zhi一yi。

　　5．減水劑的影響

　　人們發現，自八十年代中期推廣商品（泵送）砼(tong)以(yi)來(lai)，結(jie)構(gou)裂(lie)縫(feng)普(pu)遍(bian)增(zeng)多(duo)，這(zhe)是(shi)為(wei)什(shen)麼(me)呢(ne)？除(chu)了(le)與(yu)砼(tong)的(de)水(shui)泥(ni)用(yong)量(liang)和(he)砂(sha)率(lv)提(ti)高(gao)有(you)關(guan)外(wai)，人(ren)們(men)忽(hu)視(shi)了(le)減(jian)水(shui)劑(ji)引(yin)起(qi)的(de)負(fu)麵(mian)影(ying)響(xiang)。例(li)如(ru)過(guo)去(qu)幹(gan)硬(ying)性(xing)及(ji)預(yu)製(zhi)砼(tong)的(de)收(shou)縮(suo)變(bian)形(xing)約(yue)為(wei)4～6×10-4，而現在泵送砼收縮變形約為6～8×10－4，使得砼裂縫控製的技術難度大大增加。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%（見圖1）。所以

，在《砼減水劑》規範GB138076-97中規定摻減水劑的砼與基準砼的收縮比≤135%。研究表明
，摻入不同類型的減水劑砼的收縮比是不相同的，一般是：木鈣減水劑>萘磺酸鹽減水劑>三聚氰胺減水劑>氨基磺酸減水劑>聚丙烯酸減水劑。這說明商品砼澆築的結構開裂機率大與減水劑帶來負麵影響有關。其機理尚不清楚。

　　以(yi)上(shang)是(shi)從(cong)水(shui)泥(ni)砼(tong)物(wu)理(li)化(hua)學(xue)特(te)性(xing)分(fen)析(xi)其(qi)各(ge)種(zhong)收(shou)縮(suo)現(xian)象(xiang)
，早(zao)期(qi)塑(su)性(xing)收(shou)縮(suo)會(hui)導(dao)致(zhi)結(jie)構(gou)出(chu)現(xian)表(biao)麵(mian)裂(lie)縫(feng)，砼(tong)進(jin)入(ru)硬(ying)化(hua)階(jie)段(duan)後(hou)，砼(tong)水(shui)化(hua)熱(re)使(shi)結(jie)構(gou)產(chan)生(sheng)溫(wen)差(cha)收(shou)縮(suo)和(he)幹(gan)燥(zao)收(shou)縮(suo)（包括自幹收縮），zheshiyoufaliefengdezhuyaoyuanyin。jinshiniandaliangshiyongshangpintongkailiezengjia，chuyudanfangtongshuinihechanheliaoyongliangzengjiawai，jianshuijizengjiatongshousuozhibianxingdefumianyingxiangyeshiyigezhongyaoyinsu。

　　6．砼後期膨脹出現裂縫，主要是：

　　（1）水泥中遊離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，與集料中活性矽等發生堿-集料反應所致

；

　　（4）有害離子Cl-、SO4=、Mg＋＋等侵入砼內部，導致鋼筋鏽蝕或形成二次鈣礬石膨脹破壞所致。

　　7．結jie構gou物wu在zai任ren意yi內nei應ying力li作zuo用yong下xia
，除chu瞬shun間jian彈dan性xing變bian形xing外wai，其qi變bian形xing值zhi隨sui時shi間jian的de延yan長chang而er增zeng加jia的de現xian象xiang稱cheng為wei徐xu變bian變bian形xing。砼tong拉la徐xu變bian時shi對dui抗kang裂lie有you利li，一yi般ban可ke以yi提ti高gao鋼gang筋jin砼tong極ji限xian拉la伸shen值zhi50％zuoyou。ertongyaxubianhenxiao，yibanbashousuobianxingyuxubianbianxingdejisuanyibingjiayikaolv。tongshousuojingyangongshihenduo
，danshi，shijigongchengsuochutiaojianbianhuajiaoduo。yibancaiyongruxiarenyishijiantongshousuojisuangongshi。

　　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、養護和不同配筋率等修正係數。

　　其中不同配筋率的修正係數見表1。也即限製收縮與自由收縮之比，隨配筋率提高而減小。

　　表１

　　配筋率（％）　0.000.150.200.250.300.400.50

　　修正係數Ｍ　　1.000.680.610.550.500.430.40

　　（二）設計問題

　　鋼筋砼結構是由砼和鋼筋共同承擔極限狀態的承載力
，結構設計師根據地基情況
，靜、動荷載、環境因素
、結構耐久性等控製荷載裂縫。這裏不作討論。從國內外有關規範可知，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，設計規範規定很靈活，沒有驗算裂縫的明確規定
，設計方法留給設計人員自由處理。基本上采取“裂了就堵、堵不住就排”的實際處理手法。

　　dierlei，shejiguifanyoumingqueguiding，duiyuhezailiefengyoujisuangongshibingyouyangedeyunxukuanduxianzhi。duiyubianxingliefengmeiyoujisuanguiding，zhianguifanliushensuofeng，jiliufengjiubuliedeshejiyuanze。

　　dalianggongchengshijianzhengming，liufengyufou，bingbushijuedingjiegoubianxingkailieyufoudeweiyitiaojian
，liufengbuyidingbulie，buliufengbuyidinglie，shifoukailieyuxuduoyinsuyouguan。womenrenwei，kongzhiliefengyinggaifanghuanyuweiran
，shouxianjinliangyufangyouhailiefeng，zhongdianzaifang。woguojiegougongchengxiangchangdahua、複雜化發展，砼設計強度等級向C40～C60發展
，設計師多注重結構安全
，而對變形裂縫控製考慮不周，這也是結構裂縫發生增多的原因之一。

　　（三）施工管理問題

　　砼(tong)配(pei)合(he)比(bi)設(she)計(ji)是(shi)否(fou)科(ke)學(xue)合(he)理(li)，水(shui)泥(ni)與(yu)外(wai)加(jia)劑(ji)是(shi)否(fou)相(xiang)適(shi)應(ying)，砂(sha)石(shi)級(ji)配(pei)及(ji)其(qi)含(han)泥(ni)量(liang)是(shi)否(fou)符(fu)合(he)規(gui)範(fan)要(yao)求(qiu)，砼(tong)坍(tan)落(luo)度(du)控(kong)製(zhi)是(shi)否(fou)合(he)理(li)
，這(zhe)些(xie)都(dou)影(ying)響(xiang)到(dao)砼(tong)的(de)質(zhi)量(liang)及(ji)其(qi)收(shou)縮(suo)變(bian)形(xing)。

　　砼澆築震搗不均勻密實
，施工縫和細部處理馬虎
，會帶來結構開裂的後患
；過震則使浮漿過厚，抹壓又不及時
，則砼表麵出現塑性裂縫，十分難看。

　　邊牆拆摸板過早（1～3d），砼水化熱正處於高峰，內外溫差最大；砼易“感冒”開裂。

　　tongyanghushifenzhongyao，danxuduoshigongdanweihushizheyihuanjie
，youqishiqiangtihezhuliangdebaowenbaoshiyanghubudaowei
，rongyichanshengshousuoliefeng。mouxielutiangouzhuwujinguandangdishiduhenda，danyouyuchuifengyingxiang，jiasuletongshuifenzhengfasudu，yijizengjiagansuosudu，rongyiyinqizaoqibiaomianliefeng，fengsuduishuifenzhengfasududeyingxiangjianbiao2。這也許是夏季比秋冬季
，南方比北方出現結構裂縫較多的原因。

　　從已建工程調查中發現，底板養護較好
，出現裂縫概率較低，而底板上外牆裂縫概率很高約占80％，這與保溫保濕養護不足有很大關係。 

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

　　我們發現不少結構是在澆築完3～6個月，甚至在1～2年內出現裂縫。除荷載問題外，主要是環境溫度和風速引起的收縮變形所致。有些地下室不及時複土
；上部結構不及時做好封閉
；出入口長期敞開
，屋麵防水層破壞不及時修補等。這些與施工和業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，所以，應重視已澆結構的保溫保濕維護工作。

　　三、有害裂縫與無害裂縫

　　裂縫按其形狀分為表麵的、貫穿的、縱向的和橫向的等等。裂縫形狀與結構受力狀態有直接關係。裂縫分為愈合
、閉合
、運動
、穩定的及不穩定的等。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合，形成氫氧化鈣和C-S-Hningjiao
，jingyiduanshijianliefengziyubushenle。youdeliefengzaiyayinglizuoyongxiabihele。youdeliefengzaizhouqixingwenchahezhouqixingfanfuhezaizuoyongxiachanshengzhouqixingdekuozhanhebihe，chengweiliefengdeyundong
，danzheshiwendingdeyundong。youxieliefengchanshengbuwendingdekuozhan，shiqikuozhanbuwei，yingkaolvjiagucuoshi。

　　根據國內外設計規範及有關試驗資料
，砼最大裂縫寬度的控製標準大致如下：

　　無侵蝕介質無防滲要求，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。

　　判斷裂縫有害還是無害，首先視它是否有害結構安全和耐久性，其次是否影響使用功能（如防水，防潮）。例如地下和水工工程，小於0.1～0.2mm裂縫視為無害裂縫，作簡單表麵封閉即可，再作柔性防水層就更保險了。樓麵裂縫0.3～0.4mm，對結構是安全，視為無害裂縫
，可不作處理。對於受力的梁、柱
，涉及結構安全，裂縫要妥當處理。

　　既然變形裂縫一般不影響承載力，但它防水問題就值得研究了，根據工程調查，由裂縫引起的各種不利後果中，滲漏水占60％。水分子的直徑約0.310-6mm
，可穿過任何肉眼可見的裂縫，從理論上講防水結構物是不允許裂縫的
，但實際情況不是這樣
，工程實踐表明，裂縫寬0.2mm，開始漏水量5L/h，一年後隻有10mL/h
，這說明裂縫逐漸自愈。當然，對有滲水裂縫要及時處理，這並不是難題。

　　工gong程cheng實shi踐jian表biao明ming，結jie構gou裂lie縫feng的de發fa生sheng的de原yuan因yin很hen複fu雜za，也ye是shi不bu可ke避bi免mian的de。如ru對dui建jian築zhu物wu抗kang裂lie要yao求qiu過guo嚴yan，必bi將jiang付fu出chu巨ju大da的de經jing濟ji代dai價jia。科ke學xue的de要yao求qiu應ying是shi將jiang其qi有you害hai程cheng度du控kong製zhi在zai允yun許xu範fan圍wei內nei。這zhe些xie關guan於yu裂lie縫feng的de預yu測ce、預防和處理工作，統稱之為“建築物的裂縫控製”。我國科技界和工程界正在不斷探索，有許多成功經驗值得借鑒和學習應用的。