钢筋砼构造裂缝与防水新技术

一、前言

钢筋砼构造呈现裂痕是不可防止的，在保证构造平安和耐久性的前提下，裂痕是人们可承受的资料特征。近十多年来，随着钢筋砼构造的长大化和复杂化，以及商品砼的大量推行和砼强度等级的进步，构造裂痕呈现机率大大增加，有些已危及构造的平安性和耐久性，有的公开工程裂渗已影响其运用功用。建立部对此非常注重，召开屡次学术研讨会，工程界各方专家提出许多技术措施，以为控制裂痕是个系统工程。针对公开工程裂渗比拟普遍的现象，我国研制许多新型防水资料，建立部提出今后主要开发应用环保型的中、高档防水资料，刚柔分离，全面进步我国防水工程的质量和耐久性。

二、构造裂痕产生的缘由

构造裂痕产生的缘由很复杂，依据国内外的调查材料，惹起裂痕有两大类缘由，一种由外荷载（如静、动荷载）的直接应力和构造次应力惹起的裂痕，其机率约20%；一种是构造因温度、收缩、收缩、徐变和不平均沉降等要素由变形变化惹起的裂痕，其机率约80%。裂痕发作与资料、设计、施工和维护有关，现作以下剖析。

（一）资料缺陷

在变形裂痕中收缩裂痕占有80%的比例，从砼的性质来说大约有：

1．枯燥收缩

研讨标明，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，则构成孔缝体积约25～30L/m3之巨。这是砼抗拉强度低和极限拉伸变形小的基本缘由。研讨标明，每100克水泥浆体可蒸发水约6ml，如砼水泥用量为350kg/m3，当砼在枯燥条件下，则蒸发水量达21L/m3。毛细孔缝中水逸出产生毛细压力，使砼产生“毛细收缩”。由此惹起水泥砂浆的干缩值为0.1～0.2%；砼的干缩值为0.04～0.06%。而砼的极限拉伸值只要0.01～0.02%，故易惹起干缩裂痕。

2．温差收缩

水泥水化是个放热过程，其水化热为165～250焦尔/克，随砼水泥用量进步，其绝热温升可达50～80℃。研讨标明，当砼内外温差10℃时，产生的冷缩值εc=△T/α=10/110-5=0.01%，如温差为20～30℃时，其冷缩值为0.02～0.03％，当其大于砼的极限拉伸值时，则惹起构造开裂。

3．塑性收缩

砼初凝之前呈现泌水和水份急剧蒸发，惹起失水收缩，此时骨料与水泥之间也产生不平均的沉缩变形，它发作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。在砼外表上，特别在抹压不及时和养护不良的部位呈现龟裂，宽度达1～2mm，属外表裂痕。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，外表失水大等都能招致砼塑性收缩而发作外表开裂现象。

4．自生收缩

密封的砼内部相对湿度随水泥水化的停顿而降低，称为自枯燥。自枯燥形成毛细孔中的水分不饱和而产生负压，因此惹起砼的自生收缩。高水灰比的普通砼（OPC）由于毛细孔隙中储存大量水分，自枯燥惹起的收缩压力较小，所以自生收缩值较低而不被留意。但是，低水灰比的高性能砼（HPC）则不同，早期强度较高会使自在水耗费较快，以致使孔体系中的相对湿度低于80%。而HPC构造致密，外界水泥很难渗入补充，在这种条件下开端产生自干收缩。研讨标明，龄期2个月水胶比为0.4的HPC，自干收缩率为0.01%，水胶比为0.3的HPC，自干收缩率为0.02%。HPC的总收缩中干缩和自收缩简直相等，水胶比越小自收缩所占比例越大。由此可知，HPC的收缩性与OPC完整不同，OPC以干缩为主，而HPC以自干收缩为主。问题的关键是：HPC自收缩过程开端于水化速率处于高潮阶段的头几天，湿度梯度首先引发外表裂痕，随后引发内部微裂痕，若砼变形遭到约束，则进一步产生收缩裂痕。这是高标号砼容易开裂的主要缘由之一。

5．减水剂的影响

人们发现，自八十年代中期推行商品（泵送）砼以来，构造裂痕普遍增加，这是为什么呢？除了与砼的水泥用量和砂率进步有关外，人们无视了减水剂惹起的负面影响。例如过去干硬性及预制砼的收缩变形约为4～6×10-4，而如今泵送砼收缩变形约为6～8×10－4，使得砼裂痕控制的技术难度大大增加。研讨标明，在砼配合比相同状况下，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%（见图1）。所以，在《砼减水剂》标准GB138076-97中规则掺减水剂的砼与基准砼的收缩比≤135%。研讨标明，掺入不同类型的减水剂砼的收缩比是不相同的，普通是：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。这阐明商品砼浇筑的构造开裂机率大与减水剂带来负面影响有关。其机理尚不分明。

以上是从水泥砼物理化学特性剖析其各种收缩现象，早期塑性收缩会招致构造呈现外表裂痕，砼进入硬化阶段后，砼水化热使构造产生温差收缩和枯燥收缩（包括自干收缩），这是诱发裂痕的主要缘由。近十年大量运用商品砼开裂增加，除与双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要素。

6．砼后期收缩呈现裂痕，主要是：

（1）水泥中游离CaO过高，Ca(OH)2体积收缩所致；

（2）水泥中MgO过高，Mg(OH)2体积收缩所致；

（3）水泥和外加剂碱含量过高，与集料中活性硅等发作碱-集料反响所致；

（4）有害离子Cl-、SO4=、Mg++等侵入砼内部，招致钢筋锈蚀或构成二次钙矾石收缩毁坏所致。

7．构造物在恣意内应力作用下，除霎时弹性变形外，其变形值随时间的延长而增加的现象称为徐变变形。砼拉徐变时对立裂有利，普通能够进步钢筋砼极限拉伸值50％左右。而砼压徐变很小，普通把收缩变形与徐变变形的一并加以思索。砼收缩经历公式很多，但是，实践工程所处条件变化较多。普通采用如下恣意时间砼收缩计算公式。

εy(t)=3.2410-4(1-e-0.01t)M1.M2……Mn

式中M1.M2……Mn－为水泥种类、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。也即限制收缩与自在收缩之比，随配筋率进步而减小。

表１

配筋率（％） 0.000.150.200.250.300.400.50

修正系数Ｍ 1.000.680.610.550.500.430.40

（二）设计问题

钢筋砼构造是由砼和钢筋共同承当极限状态的承载力，构造设计师依据地基状况，静、动荷载、环境要素、构造耐久性等控制荷载裂痕。这里不作讨论。从国内外有关标准可知，对构造变形作用惹起的裂痕问题，客观上存在两类学派：

第一类，设计标准规则很灵敏，没有验算裂痕的明白规则，设计办法留给设计人员自在处置。根本上采取“裂了就堵、堵不住就排”的实践处置手法。

第二类，设计标准有明白规则，关于荷载裂痕有计算公式并有严厉的允许宽度限制。关于变形裂痕没有计算规则，只按标准留伸缩缝，即留缝就不裂的设计准绳。

大量工程理论证明，留缝与否，并不是决议构造变形开裂与否的独一条件，留缝不一定不裂，不留缝不一定裂，能否开裂与许多要素有关。我们以为，控制裂痕应该防患于已然，首先尽量预防有害裂痕，重点在防。我国构造工程向长大化、复杂化开展，砼设计强度等级向C40～C60开展，设计师多注重构造平安，而对变形裂痕控制思索不周，这也是构造裂痕发作增加的缘由之一。

（三）施工管理问题

砼配合比设计能否科学合理，水泥与外加剂能否相顺应，砂石级配及其含泥量能否契合标准请求，砼坍落度控制能否合理，这些都影响到砼的质量及其收缩变形。

砼浇筑震捣不平均密实，施工缝和细部处置马虎，会带来构造开裂的后患；过震则使浮浆过厚，抹压又不及时，则砼外表呈现塑性裂痕，非常难看。

边墙拆摸板过早（1～3d），砼水化热正处于顶峰，内外温差最大；砼易“感冒”开裂。

砼养护非常重要，但许多施工单位无视这一环节，特别是墙体和柱梁的保温保湿养护不到位，容易产生收缩裂痕。某些露天构筑物虽然当地湿度很大，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，容易惹起早期外表裂痕，风速对水分蒸发速度的影响见表2。这或许是夏季比秋冬季，南方比北方呈现构造裂痕较多的缘由。

从已建工程调查中发现，底板养护较好，呈现裂痕概率较低，而底板上外墙裂痕概率很高约占80％，这与保温保湿养护缺乏有很大关系。

除上述技术要素外，施工管理不严，赶进度，偷工减料，工人素质差，施工马虎等也是形成构造裂痕的人为要素。

（四）对维护缺乏认识

我们发现不少构造是在浇筑完3～6个月，以至在1～2年内呈现裂痕。除荷载问题外，主要是环境温度微风速惹起的收缩变形所致。有些公开室不及时复土；上部构造不及时做好封锁；出入口长期敞开，屋面防水层毁坏不及时修补等。这些与施工和业主对构造维护缺乏认识有关。钢筋砼构造与其他物件一样都存在“热胀冷缩”的特征，特别超长构造更为明显，所以，应注重已浇构造的保温保湿维护工作。

三、有害裂痕与无害裂痕

裂痕按其外形分为外表的、贯串的、纵向的和横向的等等。裂痕外形与构造受力状态有直接关系。裂痕分为愈合、闭合、运动、稳定的及不稳定的等。例如宽度0.1～0.2mm裂痕，开端有些渗漏，水经过裂痕同水泥分离，构成氢氧化钙和C-S-H凝胶，经一段时间裂痕自愈不渗了。有的裂痕在压应力作用下闭合了。有的裂痕在周期性温差和周期性重复荷载作用下产生周期性的扩展和闭合，称为裂痕的运动，但这是稳定的运动。有些裂痕产生不稳定的扩展，视其扩展部位，应思索加固措施。

依据国内外设计标准及有关实验材料，砼最大裂痕宽度的控制规范大致如下：

无腐蚀介质无防渗请求，0.3～0.4mm。

细微腐蚀，无防渗请求，0.2～0.3mm。

严重腐蚀，有防渗请求，0.1～0.2mm。

判别裂痕有害还是无害，首先视它能否有害构造平安和耐久性，其次能否影响运用功用（如防水，防潮）。例如公开和水工工程，小于0.1～0.2mm裂痕视为无害裂痕，作简单外表封锁即可，再作柔性防水层就更保险了。楼面裂痕0.3～0.4mm，对构造是平安，视为无害裂痕，可不作处置。关于受力的梁、柱，触及构造平安，裂痕要妥当处置。

既然变形裂痕普通不影响承载力，但它防水问题就值得研讨了，依据工程调查，由裂痕惹起的各种不利结果中，渗漏水占60％。水分子的直径约0.310-6mm，可穿过任何肉眼可见的裂痕，从理论上讲防水构造物是不允许裂痕的，但实践状况不是这样，工程理论标明，裂痕宽0.2mm，开端漏水量5L/h，一年后只要10mL/h，这阐明裂痕逐步自愈。当然，对有渗水裂痕要及时处置，这并不是难题。

工程理论标明，构造裂痕的发作的缘由很复杂，也是不可防止的。如对建筑物抗裂请求过严，必将付出宏大的的请求应是将其有害水平控制在允许范围内。这些关于裂痕的预测、预防和处置工作，统称之为“建筑物的裂痕控制”。我国科技界和工程界正在不时探究，有许多胜利经历值得自创。