地下結(jié)構(gòu)裂縫產(chǎn)生的原因之淺析

1、地下構(gòu)造裂縫產(chǎn)生的原因之淺析摘要：鋼筋砼構(gòu)造出現(xiàn)裂縫是不可防止的，在保證構(gòu)造平安和耐久性的前提下，裂縫是人們可承受的材料特征。近十多年來(lái)，隨著鋼筋砼構(gòu)造的長(zhǎng)大化和復(fù)雜化，以及商品砼的大量推廣和砼強(qiáng)度等級(jí)的進(jìn)步，構(gòu)造裂縫出現(xiàn)機(jī)率大大增加，有些已危及構(gòu)造的平安性和耐久性，有的地下工程裂滲已影響其使用功能?，F(xiàn)根據(jù)長(zhǎng)期的科學(xué)研究和大量工程理論，提出鋼筋砼構(gòu)造裂縫控制和防水一些新技術(shù)，供工程界參考，不妥之處請(qǐng)指正。關(guān)鍵詞：地下空間；構(gòu)造進(jìn)制；裂縫；產(chǎn)生原因構(gòu)造裂縫產(chǎn)生的原因很復(fù)雜，根據(jù)國(guó)內(nèi)外的調(diào)查資料，引起裂縫有兩大類原因，一種由外荷載如靜、動(dòng)荷載的直接應(yīng)力和構(gòu)造次應(yīng)力引起的裂縫，其機(jī)率約20%；一種是

2、構(gòu)造因溫度、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(jī)率約80%。裂縫發(fā)生與材料、設(shè)計(jì)、施工和維護(hù)有關(guān)，現(xiàn)作以下分析。1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(zhì)來(lái)說大概有：1.1枯燥收縮研究說明，水泥加水后變成水泥硬化體，其絕對(duì)體積減校每100克水泥水化后的化學(xué)減縮值為79l，如砼水泥用量為350kg/3，那么形成孔縫體積約2530L/3之巨。這是砼抗拉強(qiáng)度低和極限拉伸變形小的根本原因。研究說明，每100克水泥漿體可蒸發(fā)水約6l，如砼水泥用量為350kg/3，當(dāng)砼在枯燥條件下，那么蒸發(fā)水量達(dá)21L/3。毛細(xì)孔縫中水逸出產(chǎn)生毛細(xì)壓力，使砼產(chǎn)生“毛細(xì)收縮。由此引起

3、水泥砂漿的干縮值為0.1%0.2%；砼的干縮值為0.04%0.06%。而砼的極限拉伸值只有0.01%0.02%，故易引起干縮裂縫。1.2溫差收縮水泥水化是個(gè)放熱過程，其水化熱為165250J/g，隨砼水泥用量進(jìn)步，其絕熱溫升可達(dá)5080。研究說明，當(dāng)砼內(nèi)外溫差10時(shí)，產(chǎn)生的冷縮值=T/=10/110-5=0.01%，如溫差為2030時(shí)，其冷縮值為0.02%0.03，當(dāng)其大于砼的極限拉伸值時(shí)，那么引起構(gòu)造開裂。1.3塑性收縮砼初凝之前出現(xiàn)泌水和水份急劇蒸發(fā)，引起失水收縮，此時(shí)骨料與水泥之間也產(chǎn)生不均勻的沉縮變形，它發(fā)生在砼終凝之前的塑性階段，故稱為塑性收縮。其收縮量可達(dá)1左右。在砼外表上，特別在

4、抹壓不及時(shí)和養(yǎng)護(hù)不良的部位出現(xiàn)龜裂，寬度達(dá)12，屬外表裂縫。水灰比過大，水泥用量大，外加劑保水性差，粗骨料少，振搗不良，環(huán)境溫度高，外表失水大等都能導(dǎo)致砼塑性收縮而發(fā)生外表開裂現(xiàn)象。1.4自生收縮密封的砼內(nèi)部相對(duì)濕度隨水泥水化的進(jìn)展而降低，稱為自枯燥。自枯燥造成毛細(xì)孔中的水分不飽和而產(chǎn)生負(fù)壓，因此引起砼的自生收縮。高水灰比的普通砼P由于毛細(xì)孔隙中貯存大量水分，自枯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HP那么不同，早期強(qiáng)度較高的開展率會(huì)使自由水消耗較快，以致使孔體系中的相對(duì)濕度低于80%。而HP構(gòu)造致密，外界水泥很難滲入補(bǔ)充，在這種條件下開場(chǎng)產(chǎn)生自干收縮。

5、研究說明，齡期2個(gè)月水膠比為0.4的HP，自干收縮率為0.01%，水膠比為0.3的HP，自干收縮率為0.02%。HP的總收縮中干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，HP的收縮性與P完全不同，P以干縮為主，而HP以自干收縮為主。問題的要害是：HP自收縮過程開場(chǎng)于水化速率處于高潮階段的頭幾天，濕度梯度首先引發(fā)外表裂縫，隨后引發(fā)內(nèi)部微裂縫，假設(shè)砼變形受到約束，那么進(jìn)一步產(chǎn)生收縮裂縫。這是高標(biāo)號(hào)砼容易開裂的主要原因之一。1.5減水劑的影響人們發(fā)現(xiàn)，自二十世紀(jì)八十年代中期推廣商品泵送砼以來(lái)，構(gòu)造裂縫普遍增多，這是為什么呢？除了與砼的水泥用量和砂率進(jìn)步有關(guān)外，人們無(wú)視了減水劑引起的

6、負(fù)面影響。例如過去干硬性及預(yù)制砼的收縮變形約為4610-4，而如今泵送砼收縮變形約為68104，使得砼裂縫控制的技術(shù)難度大大增加。研究說明，在砼配合比一樣情況下，摻入減水劑的坍落度可增加100150，但是它與基準(zhǔn)砼的收縮值相比，卻增加120%130%。所以，在?砼減水劑?標(biāo)準(zhǔn)GB138076-97中規(guī)定摻減水劑的砼與基準(zhǔn)砼的收縮比135%。研究說明，摻入不同類型的減水劑砼的收縮比是不一樣的，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。這說明商品砼澆筑的構(gòu)造開裂機(jī)率大與減水劑帶來(lái)負(fù)面影響有關(guān)。其機(jī)理尚不清楚。以上是從水泥砼物理化學(xué)特性分析其各種收縮現(xiàn)象，早期塑性收

7、縮會(huì)導(dǎo)致構(gòu)造出現(xiàn)外表裂縫，砼進(jìn)入硬化階段后，砼水化熱使構(gòu)造產(chǎn)生溫差收縮和枯燥收縮包括自干收縮，這是誘發(fā)裂縫的主要原因。近十年大量使用商品砼開裂增加，除與單方砼水泥和摻合料用量增加外，減水劑增加砼收縮值變形的負(fù)面影響也是一個(gè)重要因素。2設(shè)計(jì)問題鋼筋砼構(gòu)造是由砼和鋼筋共同承當(dāng)極限狀態(tài)的承載力，構(gòu)造設(shè)計(jì)師根據(jù)地基情況，靜、動(dòng)荷載、環(huán)境因素、構(gòu)造耐久性等控制荷載裂縫。這里不作討論。從國(guó)內(nèi)外有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)可知，對(duì)構(gòu)造變形作用引起的裂縫問題，客觀上存在兩類學(xué)派：第一類，設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定很靈敏，沒有驗(yàn)算裂縫的明確規(guī)定，設(shè)計(jì)方法留給設(shè)計(jì)人員自由處理。根本上采勸裂了就堵、堵不住就排的實(shí)際處理手法。第二類，設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)有明確規(guī)

8、定，對(duì)于荷載裂縫有計(jì)算公式并有嚴(yán)格的允許寬度限制。對(duì)于變形裂縫沒有計(jì)算規(guī)定，只按標(biāo)準(zhǔn)留伸縮縫，即留縫就不裂的設(shè)計(jì)原那么。大量工程理論證明，留縫與否，并不是決定構(gòu)造變形開裂與否的唯一條件，留縫不一定不裂，不留縫不一定裂，是否開裂與許多因素有關(guān)。控制裂縫應(yīng)該防患于未然，首先盡量預(yù)防有害裂縫，重點(diǎn)在防。我國(guó)構(gòu)造工程向長(zhǎng)大化、復(fù)雜化開展，砼設(shè)計(jì)強(qiáng)度等級(jí)向4060開展，設(shè)計(jì)師多注重構(gòu)造平安，而對(duì)變形裂縫控制考慮不周，這也是構(gòu)造裂縫發(fā)生增多的原因之一。3施工管理問題砼配合比設(shè)計(jì)是否科學(xué)合理，水泥與外加劑是否相適應(yīng)，砂石級(jí)配及其含泥量是否符合標(biāo)準(zhǔn)要求，砼坍落度控制是否合理，這些都影響到砼的質(zhì)量及其收縮變形。

9、砼澆筑震搗不均勻密實(shí)，施工縫和細(xì)部處理馬虎，會(huì)帶來(lái)構(gòu)造開裂的后患；過震那么使浮漿過厚，抹壓又不及時(shí)，那么砼外表出現(xiàn)塑性裂縫，非常難看。邊墻拆模板過早13d，砼水化熱正處于頂峰，內(nèi)外溫差最大；砼易“感冒開裂。砼養(yǎng)護(hù)非常重要，但許多施工單位無(wú)視這一環(huán)節(jié)，尤其是墻體和柱梁的保溫保濕養(yǎng)護(hù)不到位，容易產(chǎn)生收縮裂縫。某些露天構(gòu)筑物盡管當(dāng)?shù)貪穸群艽?，但由于吹風(fēng)影響，加速了砼水分蒸發(fā)速度，亦即增加干縮速度，容易引起早期外表裂縫。這也許是夏季比秋冬季，南方比北方出現(xiàn)構(gòu)造裂縫較多的原因。從已建工程調(diào)查中發(fā)現(xiàn)，底板養(yǎng)護(hù)較好，出現(xiàn)裂縫概率較低，而底板上外墻裂縫概率很高約占80，這與保溫保濕養(yǎng)護(hù)缺乏有很大關(guān)系。除上述技術(shù)因素外，施工管理不嚴(yán)，趕進(jìn)度，偷工減料，工人素質(zhì)差，施工馬虎等也是造成構(gòu)造裂縫的人為因素。4對(duì)維護(hù)缺乏認(rèn)識(shí)我們發(fā)現(xiàn)不少構(gòu)造是在澆筑完36個(gè)月，甚至在12年內(nèi)出現(xiàn)裂縫。除