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1、工程建筑论文-地下结构裂缝产生的原因之浅析 摘 要：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。现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。关键词：地下空间；结构进制；裂缝；产生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，
2、其机率约 20%；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 80%。裂缝发生与材料、设计、施工和维护有关，现作以下分析。1 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：1.1 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 79ml，如砼水泥用量为 350kg/m3，则形成孔缝体积约 2530L/m3 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 100 克水泥浆体可蒸发水约 6ml，如砼水泥用量为 350kg/m3，当砼在干燥条件下，则蒸发水量达 21L/
3、m3。毛细孔缝中水逸出产生毛细压力，使砼产生“毛细收缩”。由此引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有 0.01%0.02%，故易引起干缩裂缝。1.2 温差收缩水泥水化是个放热过程，其水化热为 165250J/g，随砼水泥用量提高，其绝热温升可达 5080。研究表明，当砼内外温差 10时，产生的冷缩值 c=T/=10/110-5=0.01%，如温差为 2030时，其冷缩值为0.02%0.03，当其大于砼的极限拉伸值时，则引起结构开裂。1.3 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，
4、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 12mm，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。1.4 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（OPC）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（HPC）则不同，早期强度较高的发展率会使自由水消耗较快
5、，以至使孔体系中的相对湿度低于80%。而 HPC 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 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几乎相等，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 完全不同，OPC 以干缩为主，而 HPC 以自干收缩为主。问题的要害是：HPC 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
6、一。1.5 减水剂的影响人们发现，自二十世纪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4610-4，而现在泵送砼收缩变形约为 68104，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 100150mm，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%。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
7、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。2 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
8、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。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 C40C60 发展，设计师多注重结构安全，而对变形裂缝控制考虑
9、不周，这也是结构裂缝发生增多的原因之一。3 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。边墙拆模板过早（13d），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
10、起早期表面裂缝。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 80，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。4 对维护缺乏认识我们发现不少结构是在浇筑完 36 个月，甚至在 12 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。钢筋砼结构与其它对象一样都存在“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。
