金碧花园A、B栋商住楼地下空间结构裂缝控制与原因分析

陈国荣

摘要：茂名市金碧花园A、B栋商住楼，地上8层地下1层，总建筑面积27069m²。本文分析商住楼地下空间结构裂缝产生的几种原因。提出从材料、设计施工和维护方面控制裂缝的技术措施。

关键词：商住楼结构裂缝控制

0引言

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，其机率约10-20％；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80-90％.裂缝发生与材料、设计、施工和维护有关，现对地下空间结构裂缝控制与原因作以下分析：

1材料缺陷

在变形裂缝中收缩裂缝占有80-90％的比例，从砼的性质来说大概有几种：

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7-9ml，如硷水泥用量为350kg／m²，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。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211m30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165-250焦尔／克，随砼水泥用量提高，其绝热温升可达50-80℃。研究表明，当砼内外温差10℃时，产生的冷缩值E C=AT／a=10／110-5=0.01％，如温差为20~30℃时，其冷缩值为0.02～0.03％，当其大干砼的极限拉伸值时，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，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，外加剂保水性羞，租骨料少，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。白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。但是。低水灰比的高性能砼则不同，早期强度较高的发展率会使自由水消耗较快，以至使孔体系中的相对湿度低于80％，而外界水泥很难渗入补充，在这种条件下开始产生自干收缩。问题的要害是：砼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一。

1.5减水剂的影响在《硷减水剂》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。

1.6砼后期膨胀出现裂缝。主要是：①水泥中游离caO过高。ca(OH)：体积膨胀所致；②水泥中Mg0过高，Mg coH)：体积膨胀所致i③水泥和外加剂碱含量过高，与集科中活性硅等发生碱一集料反应所致；④有害离子Cl-、S04=、Mg++等侵入砼内部，导致钢筋锈蚀或形成二次钙矾石膨胀破坏所致。

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。

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C40～C60发展，设计师多注重结构安全，而对变形裂缝控制考虑不周。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。

边墙拆摸板过早(1～3d)，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。

4有害裂缝与无害裂缝

裂缝按其形状分为表面的、贯穿的、纵向的和横向的等等。裂缝形状与结构受力状态有直接关系。裂缝分为愈合、闭合、运动、稳定的及不稳定的等。例如宽度0.1～0.2mm裂缝，开始有些渗漏，水通过裂缝同水泥结合。形成氨氧化钙和C-S-H凝胶，经一段时间裂缝自愈不渗了。有的裂缝在压应力作用下闭合了。有的裂缝在周期性温差和周期性反复荷载作用下产生周期性的扩展和闭合，称为裂缝的运动，但这是稳定的运动。有些裂缝产生不稳定的扩展，视其扩展部位，应考虑加固措施。

根据国内外设计规范及有关试验资料，砼最大裂缝宽度的控制标准大致如下：无侵蚀介质无防渗要求，0.3～0.4mm，轻微侵蚀，无防渗要求，0.2～0.3mm，严重侵蚀，有防渗要求，0.1～0.2mm。

判断裂缝有害还是无害，首先视它是否有害结构安全和耐久性，其次是否影响使用功能(如防水，防潮)。例如地下和水TT程，小于0.1～0.2mm裂缝视为无害裂缝，作简单表面封闭即可，再作柔性防水层就更保险了。楼面裂缝0.3～0.4mm，对结构是安全，视为无害裂缝。可不作处理。对于受力的梁、柱，涉及结构安全，裂缝要妥当处理。

既然变形裂缝一般不影响承载力，但它防水问题就值得研究了。根据工程调查，由裂缝引起的各种不利后果中。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缝，从理论上讲防水结构物是不允许裂缝的，但实际情况不是这样，工程实践表明，裂缝宽0.2mm，开始漏水量5Uh，一年后只有10mL／h，这说明裂缝逐渐自愈。当然，对有渗水裂缝要及时处理，这并不是难题。