地下空间结构裂缝控制与防水新技术_1

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1、地下空间结构裂缝控制与防水新技术　　【摘要】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。　　【关键词】地下空间结构；裂缝控制；防水新技术　　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

2、，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。　　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，一种由外荷载的直接应力和结构次应力引起的裂缝，其机率约20%；一种是结构因温度、膨胀、收缩、徐变和

3、不均匀沉降等因素由变形变化引起的裂缝，其机率约80%。裂缝发生与材料、设计、施工和维护有关，现作以下分析。　　材料缺陷　　在变形裂缝中收缩裂缝占有80%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100克水泥水化后的化学减缩值为7～9ml，如砼水泥用量为350kg/m3，则形成孔缝体积约25～30L/m3之巨。这是砼抗拉强度低和极限拉伸变形小的根本原因。　　温差收缩　　水泥水化是个放热过程，其水化热为165～250焦尔/克，随砼水泥用量提高，其绝热温升可达50

4、～80℃。研究表明，当砼内外温差10℃时，产生的冷缩值εc=△T/α=10/110-5=%，如温差为20～30℃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1%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1～2mm，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

5、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。　　减水剂的影响　　人们发现，自八十年代中期推广商品砼以来，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4～6×10-4，而现在泵送砼收缩变形约为6～8×10

6、-4，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100～150mm，但是它与基准砼的收缩值相比，却增加120～130%。所以，在《砼减水剂》规范GB138076-97中规定掺减水剂的砼与基准砼的收缩比≤135%。　　砼后期膨胀出现裂缝　　主要是：　　水泥中游离CaO过高，Ca2体积膨胀所致。　　水泥中MgO过高，Mg2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Cl-、SO42-、Mg2+等侵入砼内部，导致钢筋锈蚀或形成

7、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50%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。　　εy=……Mn　　式中……Mn-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1。也即限制收缩与自由收缩之比，随配筋率提高而减小。　　设计问

8、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，