建筑结构裂缝控制与防水新技术19p.docx

建筑结构裂缝控制与防水新技术目 录一、前言二、结构裂缝产生的原因三、有害裂缝与无害裂缝四、建筑结构的变形裂缝控制五、建筑防水技术的新发展六、结语建筑结构裂缝控制与防水新技术 论文摘要：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。 一、前言 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，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。 二、结构裂缝产生的原因 结构裂缝产生的原因很复杂，根据国内外的调查资料1，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。 （一）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100g水泥水化后的化学减缩值为7mL9mL，如砼水泥用量为350kg/m3，则形成孔缝体积约(2530)L/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100g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/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。 2温差收缩 水泥水化是个放热过程，其水化热为（165250）J/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。 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1mm2mm，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。 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，以至使孔体系中的相对湿度低于80%。而HPC结构致密，外界水很难渗入补充，在这种条件下开始产生自干收缩。研究表明2，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一。 5减水剂的影响人们发现，自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(46)10-4，而现在泵送砼收缩变形约为(68)104，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100mm150mm，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。图1 掺不掺减水剂的砼收缩比 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。 6砼后期膨胀出现裂缝，主要是： （1）水泥中游离CaO过高，Ca(OH)2体积膨胀所致； （2）水泥中MgO过高，Mg(OH)2体积膨胀所致； （3）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； （4）有害离子Cl-、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。7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。 y(t)=3.2410-4(1-e-0.01t) M1.M2Mn 式中M1.M2Mn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。 表1配筋率(%)0.000.150.200.250.300.400.50修正系数M1.000.680.610.550.500.430.40 （二）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1： 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。我们认为，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不周，这也是结构裂缝发生增多的原因之一。 （三）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（1d3d），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，容易引起早期表面裂缝，风速对水分蒸发速度的影响见表2。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。 表2风速(m/s)水分蒸发速度kg/m2.h)风速(m/s)水分蒸发速度kg/(m2.h)08160.0740.1860.3042432400.4170.5390.662 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。 （四）对维护缺乏认识 我们发现不少结构是在浇筑完36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。钢筋砼结构与其他物件一样都存在“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。 三、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0.1mm0.2mm裂缝，开始有些渗漏，水通过裂缝同水泥结合，形成氢氧化钙和C-S-H凝胶，经一般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：（1） 无侵蚀介质无防渗要求，0.3mm0.4mm。（2） 轻微侵蚀，无防渗要求，0.2mm0.3mm。（3） 严重侵蚀，有防渗要求，0.1mm0.2mm。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）。例如地下和水工工程，小于0.1mm0.2mm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0.3mm0.4mm，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5L/h，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。 工程实践表明，结构裂缝的发生的原因很复杂，也是不可避免的。如对建筑物抗裂要求过严，必将付出巨大的经济代价。科学的要求应是将其有害程度控制在允许范围内。这些关于裂缝的预测、预防和处理工作，统称之为“建筑物的裂缝控制”。我国科技界和工程界正在不断探索，有许多成功经验值得借鉴。 四、建筑结构的变形裂缝控制 荷载裂缝和地基变形裂缝（膨胀地基、湿陷地基、地基差异沉降等）的控制由结构设计师去解决，这里不作研讨。我们重点探索包括温度（砼水化热、气温）、湿度（自生收缩、失水干缩、塑性收缩等）引起的变形裂缝如何控制的问题，供各位专家参考。 （一）补偿收缩砼的开发应用 从上述分析可知，砼裂缝产生主要是由于砼干缩，冷缩和徐变引起的，这与砼的物理化学性质有关，所以，我们通过水泥化学的研究，改善砼的应变应力状态和孔结构分布状态是有可能使砼的裂缝控制在无害裂缝的允许范围内。 众所周知，砼自由收缩是不会产生裂缝的，当砼受到钢筋和邻位约束时，这种限制收缩才可能产生裂缝。因此，我们不仅要研究砼的变形（膨胀与收缩），还要研究对变形的限制、变形与限制这一对主要矛盾贯穿着收缩变形的全部过程。以自由膨胀补偿自由收缩的概念是错误的，正确的理论应是以砼的限制膨胀补偿限制收缩。补偿收缩砼是一种适度膨胀的砼,其原理是：当砼膨胀时,砼中的钢筋对它的膨胀产生限制作用，钢筋本身也因与砼一起膨胀而产生拉应力s，同时砼中就产生相应的压应力（c），即在钢筋Fs=As.Es2，在砼中Fc=Ac.c Fs=Fc As.E3.z=Ac.c设As/Ac则c =.Es.2式中 c膨胀砼产生的预应力（MPa） 砼的配筋率（） Es钢筋的弹性模量(MPa) 2砼限制膨胀率（） 图2 膨胀砼自应力产生示意图 按国内外补偿收缩砼的技术要求，砼在湿养期间，在配筋率0.8%试验条件下，它产生的限制膨胀率（2）应大于0.015%，一般为0.02%0.03%，在砼中建立的预压应力（c）为0.2MPa0.7MPa，这一予压应力能够抵消导致砼开裂的全部或大部分应力。与此同时，推迟了砼收缩的产生过程，抗拉强度在此间能获得较大幅度的增长，当砼收缩开始时，其抗拉力已经增长到足以抵抗收缩应力，从而防止和减少收缩裂缝的出现。这就是补偿收缩砼的抗裂原理。而普通砼不具有膨胀作用，当其收缩超过极限拉伸变形值p时，变会开裂（见图二）。图2 补偿收缩砼的胀缩变形曲线补偿收缩材料有两种：膨胀水泥和膨胀剂。膨胀水泥已有60年的研究历史。这些膨胀水泥主要应用于补偿收缩砼工程。由于水泥价格和运输保管的原因。膨胀水泥的开发应用受到限制。1980年后，在膨胀水泥研究基础上，我国研制成功明矾石膨胀剂（EA-L）、U型砼膨胀剂（UEA）、复合膨胀剂（CEA）和铝酸钙膨胀剂（AEA）等十多个品种。这些膨胀剂是以不同矿物组成的膨胀熟料与石膏等粉磨而成。见表3。 我国膨胀剂主要品种 表3膨胀剂名称膨胀源碱含量(%)标准掺量(%)单位掺量(kg/m3)UEA普通膨胀剂钙矾石0.500.701245UEA高效膨胀剂钙矾石0.30.50830AEA膨胀剂钙矾石0.500.701038CEA膨胀剂钙矾石,Ca(OH)20.400.601038 上述膨胀剂以8%12%掺入水泥中（等量取代水泥）均可拌制成补偿收缩砼。这些膨胀剂与水泥水化形成大量的膨胀结晶水化物-钙矾石（C3A3CaSO432H2O）。其反应大部分在水化14d完成。作者通过大量研究，提出了钙矾石形态和形成数量与水泥膨胀系数的关系，并首次提出凝胶状钙矾石的吸水膨胀与结晶状钙矾石产生膨胀压力的膨胀机理5，对膨胀水泥的制造工艺及其物化性能研究具有指导意义。 我国砼膨胀剂J476规定膨胀剂等量取代水泥，其水中7d膨胀率0.025%,干空21d收缩率0.02%，碱含量0.75%。2000年，我院研制成功低碱低掺量UEA-H膨胀剂，其补偿收缩性能比其他膨胀剂更优越。以我院为主的一批专家，经过二十多年的不懈研究，已掌握了膨胀剂的膨胀机理和可控制膨胀制造工艺，同时，掌握了补偿收缩砼的流变性质和物理力学性能，为大规模推广应用这一抗裂防渗砼打下了坚实的基础。1980年以前，我国补偿收缩砼主要以膨胀水泥作为胶凝材料。1980年以后，则以砼膨胀剂为主，其原因是膨胀剂使用灵活方便，价格较低，可调节膨胀剂的掺量获得不同膨胀系数的补偿收缩砼。然而，工程界对这种材料有个认识过程，据我们统计，在1980年1988年期间，膨胀剂的年销量约3000t5000t。1988年，以作者为首研制成功UEA膨胀剂，狠抓了UEA生产与应用技术的研究，带动了我国膨胀剂的开发应用，1989年销量突破万吨大关。1992年为5.5万t，1994年为18万t，1995年为25万t，1999年达30万t。20年来累计销量达180万吨，折合成补偿收缩砼达4000万m3，其中UEA膨胀剂占全国总销量的80。成功地应用于上千个大、中型抗裂防渗工程，可以说，我国膨胀剂年销量居世界第一，比首先开发膨胀剂的日本多10倍。 近年来，我国补偿收缩砼的应用之所以迅速发展，其主要原因是我院与各大设计，科研和施工单位的工程技术人员进行合作，大抓应用技术，敢于在工程中实践，进而总结推广。现简介这些应用技术成果。 1. 结构自防水技术 钢筋砼结构既能承重又能防水，称之为结构自防水。表4是我国结构自防水技术的发展过程。 表4年代自防水技术技术特征19501960集料连续级配防水砼集料级配获得最小空隙率19501960富砂浆普通防水砼提高水泥用量和砂率19701980外加剂防水砼掺入防水剂, 减少孔隙率1980补偿收缩砼掺入膨胀剂,抗裂防渗 在1980年以前，结构防水原理都是通过某种手段去减小砼的空隙和毛细孔缝，以提高砼的抗渗性能。然而，工程实践表明，这些防水技术往往得不到令人满意效果。这是由于人们忽视了水泥砼收缩的致命弱点。尽管砼很密实，但砼干缩和冷缩会使结构产生裂缝，从而破坏了结构的整体防水功能。 我院研制成功的UEA膨胀剂，以8%12%内掺（替代水泥率）水泥中可拌制成补偿收缩砼。通过大量试验表明，它具有良好的抗裂性，抗渗标号大于S30，对强度无影响，后期强度增长率高于不掺UEA的砼强度，对钢筋无锈蚀，对水质无影响。它是一种优质的抗裂防渗新材料。为结构自防水砼提供了较理想的特种外加剂5。 UEA补偿收缩砼首用于亚运工程的奥体中心田径场和曲棍球场看台、游泳馆、体博馆地下室、康乐宫戏水乐园获得大面积成功。随后在天津第一中心医院，大连港指挥中心，青岛王朝大酒店等高层建筑的地下室，取消防水卷材，靠砼自防水获得成功。现在，UEA砼已在数千个高层建筑地下室、水厂和电厂的水工结构、地铁和隧道等防水结构应用。大部分是结构自防水，对于特别重要建筑物，如北京西客站和首都国际机场新航站楼则采取UEA砼与卷材两道防水措施。起到双保险作用。我们认为，不管何种情况，结构自防水是根本，防裂比抗渗更重要，要防裂就要补偿砼的收缩，要补偿砼收缩最好的途径就是加入膨胀剂。经过上千个防水工程实践和专家考察论证，1992年建设部施工管理司把UEA补偿收缩砼防水工法列入国家级工法（YJGF22-92）。这是我国结构自防水技术的重大突破，已在全国推广。 2. UEA无缝设计施工新技术考虑砼收缩变形，设计规范规定每30m40m设一道后浇缝，60d后再用膨胀砼填缝。这样施工麻烦，延长工期，且易留下渗水隐患。设计院提出能否把后浇缝取消？我们通过理论计算和工程实践，提出以UEA膨胀加强带取代后浇缝（沉降缝除外），实现砼连续浇筑超长结构的设计施工新方法，见图4。 2000 铁丝网 UEA10-12 UEA10-12% 膨胀加强带，UEA14-15图4 UEA砼取消后浇缝示意图 该方法的原理是在结构收缩应力最大的地方给予较大的膨胀应力。具体作法：加强带一般设在后浇缝处。带宽2m，带的两侧分别架设密孔铁丝网，目的是防止不同配比的砼流入加强带内。施工时，先浇带外小膨胀砼（掺入10%12%UEA），浇到加强带时，改用大膨胀砼（掺入14%15%UEA），该处砼强度等级比两侧砼高0.5个等级。如此连续浇筑下去，实现无缝施工。 根据我院的超长钢筋砼结构无缝设计与施工方法（专利号93117132.6），已应用于北京十三陵水库九龙游乐宫（49m12m）、北京当代商城（90m90m），北京西客站（主楼336m102m），东西楼（187m103m），广州天汇大厦（90m55m），钓鱼台国宾馆酒店（100m50m）福州长乐机场航站楼（348m36m）珠海拱北口岸广场（245m190m，地下三层），武汉国际会展中心（243m153m，地下二层）等100多座超长地下建筑，以及超长楼面,获得圆满成功。补偿收缩砼这一新的应用技术为世界独创，该方法已引起我国设计施工界的巨大关注，正在全国推广。 3. 大体积结构裂缝控制新方法 大体积砼工程因散热降温引起的冷缩比干缩更容易引起开裂，常规的温控措施往往既复杂又费钱。吴中伟院士提出2：采用水化热低，又有一定膨胀性能的补偿收缩砼，同时加以适当的温度控制，就有可能做到既经济合理，又能有效地解决大体积砼的开裂问题。他提出的砼冷缩和干缩的联合补偿式见图5。首先根据砼最大温降值（）和砼的线膨胀系数（通常取1105/）计算最大冷缩值ST，同时考虑干缩值S2，最后选定适宜的限制膨胀率2和湿养膨胀时间t，对两种收缩进行补偿，当（2S2+r）ST=0或不超过极限拉伸p，就能达到控制裂缝的目的。在这一理论指导下，我院以UEA膨胀剂，缓凝高效减水剂和粉煤灰或矿渣粉的“三掺”技术，在降低水泥热的同时，通过UEA产生的前期膨胀以补偿砼的冷缩，后期（14d60d）微膨胀以补偿干缩，这种“抗”的方法较好地解决了大体积砼的裂缝控制问题。例如北京东方广场底板（厚1.2m2.2m，局部5.1m，C40，S12），广州天汇大厦底板（厚1.5m2.0m，C40，S10），青岛中银大厦底板（厚1.3m1.8m，C50，S12），上海世界贸易商城板（183m10lm1m，C40，S12），秦山核电站二期工程和西部卫星发射井等大体积特种结构，采用补偿收缩砼获得成功。 1砼散热冷缩变形和 气温变化引起的冷缩曲线 2符合冷缩和干缩补偿的最终变形曲线 ST最大冷缩 D 最终变形 图5 冷缩和干缩的联合补偿砼收缩变形是砼的固有特性，试验研究和大量工程实践表明，从材料角度来看，只有采用膨胀水泥或掺膨胀剂的补偿收缩砼，才能比较有效地解决砼硬化过程中的收缩裂缝难题。 (二) 结构设计措施 王铁梦在“工程结构裂缝控制”1一书中，他从结构力学方面提出许多结构设计措施，这里不详述。我们根据大量工程实践，提出补偿收缩砼结构设计措施，供设计界参考。 1.掺膨胀剂的补偿收缩混凝土大多应用于控制有害裂缝的钢筋混凝土结构工程。混凝土的膨胀只有在限制条件下才能产生予压应力。所以，构造（温度）钢筋的设计对该混凝土有效膨胀能的利用和分散收缩应力集中起到重要作用，结构设计者必须根据不同的结构部位，采取相应的合理配筋和分缝。以往绝大多数设计图纸只写混凝土掺入膨胀剂，强度等级，抗渗标号。对混凝土的限制膨胀率没有提出具体要求，造成膨胀剂少掺或误掺，达不到补偿收缩而出现有害裂缝。根据GBJ119规范要求，掺膨胀剂的补偿收缩混凝土水中养护14d的限制膨胀率0.015%，相当在结构中建立的予压应力大于0.2MPa。实际上，混凝土的膨胀率最好控制在0.02%0.03%，填充用膨胀混凝土的膨胀率应在0.035%0.045%。施工单位或混凝土搅拌站应根据设计的要求，确定膨胀剂的最佳掺量，在满足混凝土强度和抗渗要求下，同时要达到补偿收缩混凝土的限制膨胀率。只有这样，才能获得控制结构有害裂缝的效果。所以，当采用膨胀剂时，请结构设计者在设计图纸上注明：“采用掺膨胀剂的补偿收缩混凝土，强度等级，抗渗标号，水中养护14d的混凝土限制膨胀率0.015%（或更高些）”。 2由于墙体受施工和环境温湿度等因素影响较大，容易出现纵向收缩裂缝，混凝土强度等级越高，开裂机率越多。工程实践表明，墙体的水平构造（温度）钢筋的配筋率宜在0.40.6%，水平筋的间距应小于150mm，采取细而密的配筋原则。由于墙体受底板或楼板的约束较大，混凝土胀缩不一致，宜在墙体中部或端部设一道间距为100mm、高1m的“水平暗梁”，水平构造筋宜放在竖向受力筋的外侧，这样，有利于控制墙体有害裂缝的出现。 3对于墙体与柱子相连的结构，由于墙与柱的配筋率相差较大，混凝土胀缩变形与限制条件有关，由于应力集中原因，在离柱子1m2m的墙体上易出现纵向收缩裂缝。工程实践表明，应在墙柱连接处设水平附加筋，附加筋的长度为1500mm2000mm，插入柱子中200mm300mm，插入墙体中1200mm1600mm，该处配筋率提高10%15%。这样，有利于分散墙柱间的应力集中，避免纵向裂缝的出现。 4结构开口部和突出部位因收缩应力集中易于开裂，与室外相连的出入口受温差影响大也易开裂，这些部位应适当增加附加筋，以增强其抗裂能力。 5对于超长结构楼板，鉴于泵送混凝土的收缩值比现浇混凝土大20%30%，为减少有害裂缝（规范规定裂缝宽度0.3mm），可采用补偿收缩混凝土浇筑，但设计上要求采用细而密的双向配筋，构造筋间距150mm，配筋率在0.6左右，对于现浇混凝土防水屋面，应配双层钢筋网，钢筋间距150mm，配筋率在0.5%左右。楼面和屋面受大气温差影响较大，其后浇缝最大间距不宜超过50m。 6由于地下室和水工构筑物长期处于潮湿状态，温差变化不大，最宜用补偿收缩混凝土作结构自防水。大量工程实践表明，与桩基结合的底板和大体积混凝土底板，用补偿收缩混凝土可不作外防水。但边墙宜作附加防水层。底板和边墙后浇缝最大间距可延长至60m，后浇缝回填时间可缩短至28d。当采用我院的无缝设计方法时，以膨胀加强带替代后浇缝，可连续（或间歇）连续浇筑底板或楼板120m不留缝，但边墙仍需以加强带间距留后浇缝，28d后以大膨胀砼回填。 （三）施工措施 1应用于结构工程的膨胀剂应符合混凝土膨胀剂JC476的规定。必须指出，近年我国膨胀剂的牌号较多，标准掺量也不一，还有假冒伪劣的膨胀剂也流入市场，用户难以识别，有些工程用了膨胀剂达不到预期效果。所以，加强对膨胀剂质量的检测非常必要，为防范造假，GBJ119规定：“用户须对现场膨胀剂抽检，品质合格后方可使用，否则退货”。也即确定用某家的膨胀剂后，用户应从仓库中抽取20个不同部位的膨胀剂，混合后送当地检测单位或本公司试验室，按厂家规定的标准掺量以JC476方法检测到现场的膨胀剂品质是否合格，合格者才能用，不合格者则退货。 由于膨胀剂的品种和掺量不同，它与水泥、化学外加剂和掺合料存在适应性问题。因此，要通过混凝土试配，确定各种原材料的选用，这些原材料必需符合国家有关标准的要求。 2掺膨胀剂的混凝土配合比设计参照普通混凝土配合比设计规程。鉴于我国混凝土大多掺入粉煤灰、矿渣粉或沸石粉等掺合料，而膨胀剂可视为特殊掺合料，因此，规定膨胀混凝土（砂浆）的最低胶凝材料用量（水泥、膨胀剂和掺合料的总量），这与高性能混凝土配合比设计相适应。水灰比改为水胶比更合理，其水胶比不宜大于0.5。 3我国膨胀剂品种有十多个，按JC476标准规定，膨胀剂最大掺量（替代水泥率）不得超过12%。近年我国已研制生产低碱低掺量膨胀剂，其标准掺量为8。因此，对于补偿收缩混凝土，膨胀剂推荐掺量为8%12%，单位膨胀剂掺量30kg/m3。对于填充用膨胀混凝土，膨胀剂推荐掺量为10%15%，单位膨胀剂掺量40kg/m3。当掺入粉煤灰等掺合料时，膨胀剂要分别取代水泥和掺合料。考虑到抗渗混凝土在满足强度要求下，还应达到设定的抗渗等级，这要有足够的水泥砂浆包裹集料，所以，其水泥用量应比同等级的非抗渗的混凝土的水泥用量高7%左右，从抗渗耐久性要求，这样比较科学合理。根据我国地下工程防水技术规范，防水混凝土水泥用量不得低于320kg/m3，当掺入掺合料时，水泥用量不应低于280kg/m3。由于我国水泥、砂、石掺合料和减水剂品质各异，不管厂家提供的膨胀剂的标准掺量如何，用户都应按JC476标准检验进入工地的膨胀剂品质是否合格，然后设计膨胀混凝土的配合比，按规范要求，砼水中14d的限制膨胀率0.015，干空28d限制收缩率0.03。这就要求各混凝土搅拌站和建筑公司试验室添置测定膨胀剂水泥砂浆和膨胀混凝土的限制膨胀率的仪器设备，以及有专门的检验员，这样才能检测入库膨胀剂品质是否合格，配制的膨胀混凝土是否达到本规范的膨胀率要求。这是保证掺膨胀剂混凝土质量的关键。 4粉状膨胀剂应与混凝土其他原材料有序投入搅拌机中，膨胀剂重量应按施工配合比投料，重量误差小于2%，不得少掺或多掺。考虑混凝土的匀质性，其拌制时间比普通混凝土延长30s。 5掺膨胀剂的混凝土浇筑方法和技术要求与普通混凝土基本相同，考虑结构要达到抗裂防渗要求，要避免出现冷缝。混凝土的震捣必须密实，不得漏震、欠震和过震。在混凝土终凝以前，要用人工或机械多次抹压，防止表面沉缩裂缝的产生，以免影响外观质量。后浇缝中杂物必须清除干净，充分予湿，然后以填充用膨胀混凝土灌缝。6掺膨胀剂的混凝土要特别加强养护，膨胀结晶体钙矾石（C3A3CaSO432H2O）形成需要水，补偿收缩混凝土浇筑后1d7d内是膨胀变形的主要阶段，应特别加强浇水养护，7d14d仍需湿养护，才能发挥混凝土的膨胀效应。如不养护或养护马虎，就难以发挥膨胀剂的补偿收缩作用。底板或楼板较易养护，能蓄水养护最好，一般用麻包袋或草席复盖，定期浇水养护。墙体等立面结构，受外界温度、湿度和风速影响较大，容易发生纵向裂缝。工程实践表明，因混凝土浇筑完3d4d内水化热温升最高，而抗拉强度很低，如果早拆模板，墙体内外温差较大而易于开裂。因此，墙体模板拆除时间宜不少于5d。墙体浇筑完后，应从顶部设水管喷淋，模板拆除后继续养护至14d。冬季施工不能浇水养护时，底板用塑料薄膜和保温材料进行保温保湿养护，而墙体带模养护不少于7d，并进行保温养护。 （四）维护措施 砼结构浇筑完后，地下室应尽早作柔性防水层和保护层，然后用三七灰土回填。对于地上结构，尤其在北方进入冬季前，应作好外墙维护结构。对于层面工程，应及时做好防水层和保温层。出入口和通风廊道在台风或气温骤降之前要临时关闭或挂帘，这些都是防止环境温差和风速对结构产生变形裂缝的有效措施。应引起施工和业主的重视。 五、建筑防水技术的新发展 防水工程是建筑中的一个重要组成部分，它又是一个相对独立的系统。上面介绍了以控制裂缝为主的结构自防水技术，下面则介绍结构外围的建筑防水一些新技术。 防水工程质量的影响程度概括为：设计是前提，材料是基础，施工是关键。作者根据即将实施的地下工程防水技术规范（修订）和屋面工程技术规范（GB50207-94），作简要介绍。 （一）设计质量保证措施 设计质量对防水工程质量起着决定作用。保证设计质量的要素有以下几个环节（图6所示）。防水工程设计质量保证要素 图6户市 范制 合 精 提 现施 工参调场 标修 理 心 资供 场工 程与研及 准订 选 设 料设 分过 验防 用 规 材 计 计 析程 收水 图6所示几大要素中，精心设计是直接要素。恰恰在这一环节上，目前尚存在问题，调查表明，由于设计选材不合理，设计内容不具体造成建筑物渗漏的占渗漏工程的26%。提高设计质量有以下技术措施。 1遵循防水设计原则 地下防水工程：遵循“防排结合，刚柔结合，因地制宜，综合治理”的原则进行设计。地下工程防水耐久性在50100年，应以补偿收缩砼结构自防水为主，柔性防水层可采用防水卷材、防水涂料。屋面工程：遵循“以防为主，防排结合，多道设防，整体密封”的设计原则。屋顶结构层宜用补偿收缩砼浇筑，防水层可用防水卷材或涂料。 厨房、卫生间等屋内防水：应以防为主，防排结合，防水层宜用防水涂料。 2正确划分防水等级，坚持多道设防。 在防水设计之前应根据建筑物的功能、用途、建造标准、重要程度等实际情况，合理确定防水等级，依据等级按规范进行防水设计。 我国已经颁布的屋面工程技术规范（GB5020-94）和即将颁布的地下工程防水技术规范，把建筑划分四个防水等级，对不同等级建筑的防水设防都有明确要求，见表5、表6。不同防水等级的适用范围见表7。地下工程防水设防见表8和表9。一般情况下，防水设计应按规范设防。地下工程是百年大计，不管何种防水等级，规范规定都以结构自防水砼为第一防线，辅以柔性防水层