一、前言
你好鋼筋砼結(jié)構(gòu)出現(xiàn)裂縫是不可避免的，在保證結(jié)構(gòu)安全和耐久性的前提下，裂縫是人們可接受的材料特征。近十多年來，隨著鋼筋砼結(jié)構(gòu)的長大化和復(fù)雜化，以及商品砼的大量推廣和砼強(qiáng)度等級的提高，結(jié)構(gòu)裂縫出現(xiàn)機(jī)率大大增加，有些已危及結(jié)構(gòu)的安全性和耐久性，有的地下工程裂滲已影響其使用功能。建設(shè)部對此十分重視，召開多次學(xué)術(shù)研討會，工程界各方專家提出許多技術(shù)措施，認(rèn)為控制裂縫是個(gè)系統(tǒng)工程。針對地下工程裂滲比較普遍的現(xiàn)象，我國研制許多新型防水材料，建設(shè)部提出今后主要開發(fā)應(yīng)用環(huán)保型的中、高檔防水材料，剛?cè)峤Y(jié)合，全面提高我國防水工程的質(zhì)量和耐久性。


本文根據(jù)長期的科學(xué)研究和大量工程實(shí)踐，提出鋼筋砼結(jié)構(gòu)裂縫控制和防水一些新技術(shù)，供工程界參考，不妥之處請指正。

二、結(jié)構(gòu)裂縫產(chǎn)生的原因
你好結(jié)構(gòu)裂縫產(chǎn)生的原因很復(fù)雜，根據(jù)國內(nèi)外的調(diào)查資料［1］，引起裂縫有兩大類原因，一種由外荷載（如靜、動荷載）的直接應(yīng)力和結(jié)構(gòu)次應(yīng)力引起的裂縫，其機(jī)率約20％；一種是結(jié)構(gòu)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。 
（一）材料缺陷
你好在變形裂縫中收縮裂縫占有80％的比例，從砼的性質(zhì)來說大概有：
1．干燥收縮
你好研究表明，水泥加水后變成水泥硬化體，其絕對體積減小。每100克水泥水化后的化學(xué)減縮值為7～9ml，如砼水泥用量為350kg/m3，則形成孔縫體積約25～30升/m3之巨。這是砼抗拉強(qiáng)度低和極限拉伸變形小的根本原因。研究表明，每100克水泥漿體可蒸發(fā)水約6ml，如砼水泥用量為350kg/m3，當(dāng)砼在干燥條件下，則蒸發(fā)水量達(dá)21升/m3。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。
2．溫差收縮
你好水泥水化是個(gè)放熱過程，其水化熱為165～250焦?fàn)?克，隨砼水泥用量提高，其絕熱溫升可達(dá)50～80℃。研究表明，當(dāng)砼內(nèi)外溫差10℃時(shí)，產(chǎn)生的冷縮值εc=△T／α=10/1×10-5=
0.01%，如溫差為20～30℃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)，則引起結(jié)構(gòu)開裂。
3．塑性收縮
你好砼初凝之前出現(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。在砼表面上，特別在抹壓不及時(shí)和養(yǎng)護(hù)不良的部位出現(xiàn)龜裂，寬度達(dá)1～2mm，屬表面裂縫。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，表面失水大等都能導(dǎo)致砼塑性收縮而發(fā)生表面開裂現(xiàn)象。
4．自生收縮
你好密封的砼內(nèi)部相對濕度隨水泥水化的進(jìn)展而降低，稱為自干燥。自干燥造成毛細(xì)孔中的水分不飽和而產(chǎn)生負(fù)壓，因而引起砼的自生收縮。高水灰比的普通砼（OPC）由于毛細(xì)孔隙中貯存大量水分，自干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（HPC）則不同，早期強(qiáng)度較高的發(fā)展率會使自由水消耗較快，以至使孔體系中的相對濕度低于80％。而HPC結(jié)構(gòu)致密，外界水很難滲入補(bǔ)充，在這種條件下開始產(chǎn)生自干收縮。研究表明［2］，齡期2個(gè)月水膠比為0.4的HPC，自干收縮率為0.01％，水膠比為0.3的HPC，自干收縮率為0.02％。HPC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，HPC的收縮性與OPC完全不同，OPC以干縮為主，而HPC以自干收縮為主。問題的要害是：HPC自收縮過程開始于水化速率處于高潮階段的頭幾天，濕度梯度首先引發(fā)表面裂縫，隨后引發(fā)內(nèi)部微裂縫，若砼變形受到約束，則進(jìn)一步產(chǎn)生收縮裂縫。這是高標(biāo)號砼容易開裂的主要原因之一。 
5．減水劑的影響
你好人們發(fā)現(xiàn)，自八十年代中期推廣商品（泵送）砼以來，結(jié)構(gòu)裂縫普遍增多，這是為什么呢？除了與砼的水泥用量和砂率提高有關(guān)外，人們忽視了減水劑引起的負(fù)面影響。例如過去干硬性及預(yù)制砼的收縮變形約為4～6×10-4，而現(xiàn)在泵送砼收縮變形約為6～8×10－4，使得砼裂縫控制的技術(shù)難度大大增加。研究表明，在砼配合比相同情況下，摻入減水劑的坍落度可增加100～150mm，但是它與基準(zhǔn)砼的收縮值相比，卻增加120～130％。（見圖1）。
所以，在《砼減水劑》規(guī)范GB138076-97中規(guī)定摻減水劑的砼與基準(zhǔn)砼的收縮比≤135％。研究表明，摻入不同類型的減水劑砼的收縮比是不相同的，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結(jié)構(gòu)開裂機(jī)率大與減水劑帶來負(fù)面影響有關(guān)。其機(jī)理尚不清楚。
6．砼后期膨脹出現(xiàn)裂縫


你主要是：
（1）水泥中游離CaO過高，Ca(OH)2體積膨脹所致；
（2）水泥中MgO過高，Mg(OH)2體積膨脹所致；
（3）水泥和外加劑堿含量過高，與集料中活性硅等發(fā)生堿-集料反應(yīng)所致；
（4）有害離子Cl-、 、Mg++等侵入砼內(nèi)部，導(dǎo)致鋼筋銹蝕或形成二次鈣礬石膨脹破壞所致。
7．徐變
你好結(jié)構(gòu)物在任意內(nèi)應(yīng)力作用下，除瞬間彈性變形外，其變形值隨時(shí)間的延長而增加的現(xiàn)象稱為徐變變形。砼拉徐變時(shí)對抗裂有利，一般可以提高鋼筋砼極限拉伸值50％左右。而砼壓徐變很小，一般把收縮變形與徐變變形的計(jì)算一并加以考慮。
8．砼收縮計(jì)算公式
你 砼收縮經(jīng)驗(yàn)公式很多，但是，實(shí)際工程所處條件變化較多。一般采用如下任意時(shí)間砼收縮計(jì)算公式
εy(t)=3.24×10-4(1-e-0.01t) M1.M2……Mn
你 式中M1.M2……Mn－為水泥品種、骨料，水灰比、溫度、養(yǎng)護(hù)和不同配筋率等修正系數(shù)。
你 其中不同配筋率的修正系數(shù)見表1。也即限制收縮與自由收縮之比，隨配筋率提高而減小。
表1
配筋率(%) 0.00 0.15 0.20 0.25 0.30 0.40 0.50 
修正系數(shù)M 1.00 0.68 0.61 0.55 0.50 0.43 0.40 

（二）設(shè)計(jì)問題
你好鋼筋砼結(jié)構(gòu)是由砼和鋼筋共同承擔(dān)極限狀態(tài)的承載力，結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)師根據(jù)地基情況，靜、動荷載、環(huán)境因素、結(jié)構(gòu)耐久性等控制荷載裂縫。這里不作討論。從國內(nèi)外有關(guān)規(guī)范可知，對結(jié)構(gòu)變形作用引起的裂縫問題，客觀上存在兩類學(xué)派［1］：
你好第一類，設(shè)計(jì)規(guī)范規(guī)定很靈活，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。基本上采取“裂了就堵、堵不住就排”的實(shí)際處理手法。
你好第二類，設(shè)計(jì)規(guī)范有明確規(guī)定，對于荷載裂縫有計(jì)算公式并有嚴(yán)格的允許寬度限制。對于變形裂縫沒有計(jì)算規(guī)定，只按規(guī)范留伸縮縫，即留縫就不裂的設(shè)計(jì)原則。
你好大量工程實(shí)踐證明，留縫與否，并不是決定結(jié)構(gòu)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)。我們認(rèn)為，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。我國結(jié)構(gòu)工程向長大化、復(fù)雜化發(fā)展，砼設(shè)計(jì)強(qiáng)度等級向C40～C60發(fā)展，設(shè)計(jì)師多注重結(jié)構(gòu)安全，而對變形裂縫控制考慮不周，這也是結(jié)構(gòu)裂縫發(fā)生增多的原因之一。

（三）施工管理問題
你好砼配合比設(shè)計(jì)是否科學(xué)合理，水泥與外加劑是否相適應(yīng)，砂石級配及其含泥量是否符合規(guī)范要求，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。
你好砼澆筑震搗不均勻密實(shí)，施工縫和細(xì)部處理馬虎，會帶來結(jié)構(gòu)開裂的后患；過震則使浮漿過厚，抹壓又不及時(shí)，則砼表面出現(xiàn)塑性裂縫，十分難看。
你好邊墻拆摸板過早（1～3d），砼水化熱正處于高峰，內(nèi)外溫差最大；砼易“感冒”開裂。
你好砼養(yǎng)護(hù)十分重要，但許多施工單位忽視這一環(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，容易引起早期表面裂縫，風(fēng)速對水分蒸發(fā)速度的影響見表2。這也許是夏季比秋冬季，南方比北方出現(xiàn)結(jié)構(gòu)裂縫較多的原因。
表2
風(fēng)速 (m/s) 水分蒸發(fā)速度 [kg/[m2.h)] 風(fēng)速 (m/s) 水分蒸發(fā)速度 [kg/(m2.h)] 
0 8 16 0.074 0.186 0.304 24 32 40 0.417 0.539 0.662 

你好從已建工程調(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)不足有很大關(guān)系。
你好除上述技術(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結(jié)構(gòu)裂縫的人為因素。
（四）對維護(hù)缺乏認(rèn)識
你好我們發(fā)現(xiàn)不少結(jié)構(gòu)是在澆筑完3～6月，甚至在1～2年內(nèi)出現(xiàn)裂縫。除荷載問題外，主要是環(huán)境溫度和風(fēng)速引起的收縮變形所致。有些地下室不及時(shí)復(fù)土；上部結(jié)構(gòu)不及時(shí)做好封閉；出入口長期敞開，屋面防水層破壞不及時(shí)修補(bǔ)等。這些與施工和業(yè)主對結(jié)構(gòu)維護(hù)缺乏認(rèn)識有關(guān)。鋼筋砼結(jié)構(gòu)與其他物件一樣都存在“熱脹冷縮”的特征，尤其超長結(jié)構(gòu)更為明顯，所以，應(yīng)重視已澆結(jié)構(gòu)的保溫保濕維護(hù)工作。

三、有害裂縫與無害裂縫
你好裂縫按其形狀分為表面的、貫穿的、縱向的和橫向的等等。裂縫形狀與結(jié)構(gòu)受力狀態(tài)有直接關(guān)系。裂縫分為愈合、閉合、運(yùn)動 、穩(wěn)定的及不穩(wěn)定的等。例如寬度0.1～0.2mm裂縫，開始有些滲漏，水通過裂縫同水泥結(jié)合，形成氫氧化鈣和C-S-H凝膠，經(jīng)一般時(shí)間裂縫自愈不滲了。有的裂縫在壓應(yīng)力作用下閉合了。有的裂縫在周期性溫差和周期性反復(fù)荷載作用下產(chǎn)生周期性的擴(kuò)展和閉合，稱為裂縫的運(yùn)動，但這是穩(wěn)定的運(yùn)動。有些裂縫產(chǎn)生不穩(wěn)定的擴(kuò)展，視其擴(kuò)展部位，應(yīng)考慮加固措施。
根據(jù)國內(nèi)外設(shè)計(jì)規(guī)范及有關(guān)試驗(yàn)資料，砼最大裂縫寬度的控制標(biāo)準(zhǔn)大致如下：


無侵蝕介質(zhì)無防滲要求，0.3～0.4mm。
輕微侵蝕，無防滲要求，0.2～0.3mm。
嚴(yán)重侵蝕，有防滲要求，0.1～0.2mm。
判斷裂縫有害還是無害，首先視它是否有害結(jié)構(gòu)安全和耐久性，其次是否影響使用功能（如防水，防潮）。例如地下和水工工程，小于0.1～0.2mm裂縫視為無害裂縫，作簡單表面封閉即可，再作柔性防水層就更保險(xiǎn)了。樓面裂縫0.3～0.4mm，對結(jié)構(gòu)是安全，視為無害裂縫，可不作處理。對于受力的梁、柱，涉及結(jié)構(gòu)安全，裂縫要妥當(dāng)處理。
你好既然變形裂縫一般不影響承載力，但它防水問題就值得研究了，根據(jù)工程調(diào)查，由裂縫引起的各種不利后果中，滲漏水占60％。水分子的直徑約0.3×10-6mm，可穿過任何肉眼可見的裂縫，從理論上講防水結(jié)構(gòu)物是不允許裂縫的，但實(shí)際情況不是這樣，工程實(shí)踐表明，裂縫寬0.2mm，開始漏水量5L/h，一年后只有10mL/h，這說明裂縫逐漸自愈。當(dāng)然，對有滲水裂縫要及時(shí)處理，這并不是難題。
工程實(shí)踐表明，結(jié)構(gòu)裂縫的發(fā)生的原因很復(fù)雜，也是不可避免的。如對建筑物抗裂要求過嚴(yán)，必將付出巨大的經(jīng)濟(jì)代價(jià)。科學(xué)的要求應(yīng)是將其有害程度控制在允許范圍內(nèi)。這些關(guān)于裂縫的預(yù)測、預(yù)防和處理工作，統(tǒng)稱之為“建筑物的裂縫控制”。我國科技界和工程界正在不斷探索，有許多成功經(jīng)驗(yàn)值得借鑒。

四、建筑結(jié)構(gòu)的變形裂縫控制
你好荷載裂縫和地基變形裂縫（膨脹地基、濕陷地基、地基差異沉降等）的控制由結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)師去解決，這里不作研討。我們重點(diǎn)探索包括溫度（砼水化熱、氣溫）、濕度（自生收縮、失水干縮、塑性收縮等）引起的變形裂縫如何控制的問題，供各位專家參考。
（一）補(bǔ)償收縮砼的開發(fā)應(yīng)用
從上述分析可知，砼裂縫產(chǎn)生主要是由于砼干縮，冷縮和徐變引起的，這與砼的物理化學(xué)性質(zhì)有關(guān)，所以，我們通過水泥化學(xué)的研究，改善砼的應(yīng)變應(yīng)力狀態(tài)和孔結(jié)構(gòu)分布狀態(tài)是有可能使砼的裂縫控制在無害裂縫的允許范圍內(nèi)。
你好眾所周知，砼自由收縮是不會產(chǎn)生裂縫的，當(dāng)砼受到鋼筋和鄰位約束時(shí)，這種限制收縮才可能產(chǎn)生裂縫。因此，我們不僅要研究砼的變形（膨脹與收縮），還要研究對變形的限制、變形與限制這一對主要矛盾貫穿著收縮變形的全部過程。以自由膨脹補(bǔ)償自由收縮的概念是錯(cuò)誤的，正確的理論應(yīng)是以砼的限制膨脹補(bǔ)償限制收縮。
你好補(bǔ)償收縮砼是一種適度膨脹的砼,其原理是：當(dāng)砼膨脹時(shí),砼中的鋼筋對它的膨脹產(chǎn)生限制作用，鋼筋本身也因與砼一起膨脹而產(chǎn)生拉應(yīng)力σs，同時(shí)砼中就產(chǎn)生相應(yīng)的壓應(yīng)力（σc），
在鋼筋中：Fs=As.Esε2，
在砼中：Fc=Ac.σc 
∵Fs=Fc
∴As.E3.εz=Ac.σc
設(shè)：μ＝As/Ac
則：σc =μ.Es.ε2
式中 ：σc—膨脹砼產(chǎn)生的予應(yīng)力（MPa）
μ—砼的配筋率（％） 
Es-鋼筋的彈性模量(MPa) 


ε2—砼限制膨脹率（％） 圖2 膨脹砼自應(yīng)力產(chǎn)生示意圖

需要說明的是，按GBJ119規(guī)定，砼限制膨脹率ε2是指在配筋率0.78%時(shí)，膨脹砼水中養(yǎng)護(hù)14天齡期的膨脹率或鋼筋延伸率。
按GBJ119補(bǔ)償收縮砼的技術(shù)要求，砼在濕養(yǎng)期間，在配筋率μ＝0.8％試驗(yàn)條件下，它產(chǎn)生的限制膨脹率（ε2）應(yīng)大于0.015％，一般為0.02-0.03％，在砼中建立的予壓應(yīng)力（σc）為0.2～0.7MPa，這一予壓應(yīng)力能夠抵消導(dǎo)致砼開裂的全部或大部分應(yīng)力。與此同時(shí)，推遲了砼收縮的產(chǎn)生過程，抗拉強(qiáng)度在此間能獲得較大幅度的增長，當(dāng)砼收縮開始時(shí)，其抗拉力已經(jīng)增長到足以抵抗收縮應(yīng)力，從而防止和減少收縮裂縫的出現(xiàn)。這就是補(bǔ)償收縮砼的抗裂原理。而普通砼不具有膨脹作用，當(dāng)其收縮超過極限拉伸變形值εp時(shí)，變會開裂（見圖3）。

圖3 補(bǔ)償收縮砼的脹縮變形曲線

補(bǔ)償收縮材料有兩種：膨脹水泥和膨脹劑。膨脹水泥已有60年的研究歷史。這些膨脹水泥主要應(yīng)用于補(bǔ)償收縮砼工程。由于水泥價(jià)格和運(yùn)輸保管的原因。膨脹水泥的開發(fā)應(yīng)用受到限制。1980年后，在膨脹水泥研究基礎(chǔ)上，我國研制成功明礬石膨脹劑（EA-L）、U型砼膨脹劑（UEA）、復(fù)合膨脹劑（CEA）和鋁酸鈣膨脹劑（AEA）、ZY高效膨脹劑等十多個(gè)品種。這些膨脹劑是以不同礦物組成的膨脹熟料與石膏等粉磨而成。見表3。
我國膨脹劑主要品種 表3
膨脹劑名稱 膨脹源 堿含量(%) 標(biāo)準(zhǔn)摻量(%) 單位摻量(kg/m3) 
UEA普通膨脹劑 鈣礬石 0.50-0.70 12 45 
ZY高效膨脹劑 鈣礬石 0.3-0.50 8 30 
AEA膨脹劑 鈣礬石 0.50-0.70 10 38 
CEA膨脹劑 鈣礬石,Ca(OH)2 0.40-0.60 10 38 
上述膨脹劑以8－12％摻入水泥中（等量取代水泥）均可拌制成補(bǔ)償收縮砼。這些膨脹劑與水泥水化形成大量的膨脹結(jié)晶水化物-鈣礬石（C3A·3CaSO4·32H2O）。其反應(yīng)大部分在水化14d完成。作者通過大量研究，提出了鈣礬石形態(tài)和形成數(shù)量與水泥膨脹系數(shù)的關(guān)系，并首次提出凝膠狀鈣礬石的吸水膨脹與結(jié)晶狀鈣礬石產(chǎn)生膨脹壓力的膨脹機(jī)理［5］，對膨脹水泥的制造工藝及其物化性能研究具有指導(dǎo)意義。
我國《砼膨脹劑》建材行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)J476-2001規(guī)定膨脹劑等量取代水泥，其水中7d膨脹率≥0.025%,干空21d收縮率≤0.02%，堿含量≤0.75％。2000年，我院研制成功高性能混凝土膨脹劑ZY，其補(bǔ)償收縮性能比其他膨脹劑更優(yōu)越。以我院為主的一批專家，經(jīng)過20多年的不懈研究，已掌握了膨脹劑的膨脹機(jī)理和可控制膨脹制造工藝，同時(shí)，掌握了補(bǔ)償收縮砼的流變性質(zhì)和物理力學(xué)性能，為大規(guī)模推廣應(yīng)用這一抗裂防滲砼打下了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。 
1980年以前，我國補(bǔ)償收縮砼主要以膨脹水泥作為膠凝材料。1980年以后，則以砼膨脹劑為主，其原因是膨脹劑使用靈活方便，價(jià)格較低，可調(diào)節(jié)膨脹劑的摻量獲得不同膨脹系數(shù)的補(bǔ)償收縮砼。然而，工程界對這種材料有個(gè)認(rèn)識過程，據(jù)我們統(tǒng)計(jì)，在1980－1988年期間，膨脹劑的年銷量約3000－5000T。1988年，以作者為首研制成功UEA膨脹劑，狠抓了UEA生產(chǎn)與應(yīng)用技術(shù)的研究，帶動了我國膨脹劑的開發(fā)應(yīng)用，1989年銷量突破萬噸大關(guān)。1992年為5.5萬噸，1994年為18萬噸，1995年為25萬噸，1999年達(dá)30萬噸，2001年達(dá)35—40萬噸。20年來累計(jì)銷量達(dá)300萬噸，折合成補(bǔ)償收縮砼達(dá)6500萬m3，其中ＵＥＡ膨脹劑占全國總銷量的80％。成功地應(yīng)用于上千個(gè)大、中型抗裂防滲工程，可以說，我國膨脹劑年銷量居世界第一，比首先開發(fā)膨脹劑的日本多10倍。
近年來，我國補(bǔ)償收縮砼的應(yīng)用之所以迅速發(fā)展，其主要原因是我院與各大設(shè)計(jì)，科研和施工單位的工程技術(shù)人員進(jìn)行合作，大抓應(yīng)用技術(shù)，敢于在工程中實(shí)踐，進(jìn)而總結(jié)推廣�，F(xiàn)簡介這些應(yīng)用技術(shù)成果。
1. 結(jié)構(gòu)自防水技術(shù)
《地下工程防水技術(shù)規(guī)范》GB50108-2001已實(shí)施，提出剛?cè)峤Y(jié)合，防排結(jié)合，因此制宜，綜合治理的設(shè)計(jì)和施工原則，并強(qiáng)調(diào)結(jié)構(gòu)防水是應(yīng)選的第一道防線，根據(jù)防水等級，輔以外包柔性防水。
鋼筋砼結(jié)構(gòu)既能承重又能防水，稱之為結(jié)構(gòu)自防水。表4是我國結(jié)構(gòu)自防水技術(shù)的發(fā)展過程。
表4
年代 自防水技術(shù) 技術(shù)特征 
1950-1960 集料連續(xù)級配防水砼 集料級配獲得最小空隙率 
1950-1960 富砂漿普通防水砼 提高水泥用量和砂率 
1970-1980 外加劑防水砼 摻入防水劑, 減少孔隙率 
1980-1999 UEA補(bǔ)償收縮砼 摻入10-12%UEA膨脹劑，抗裂、防滲 
2000- ZY補(bǔ)償收縮砼 摻入6-8%ZY膨脹劑，抗裂、防滲 
在1980年以前，結(jié)構(gòu)防水原理都是通過某種手段去減小砼的空隙和毛細(xì)孔縫，以提高砼的抗?jié)B性能。然而，工程實(shí)踐表明，這些防水技術(shù)往往得不到令人滿意效果。這是由于人們忽視了水泥砼收縮的致命弱點(diǎn)。盡管砼很密實(shí)，但砼干縮和冷縮會使結(jié)構(gòu)產(chǎn)生裂縫，從而破壞了結(jié)構(gòu)的整體防水功能，導(dǎo)致防水失敗。


我院研制成功的UEA膨脹劑，以10－12％內(nèi)摻（替代水泥率）水泥中可拌制成補(bǔ)償收縮砼。通過大量試驗(yàn)表明，它具有良好的抗裂性，抗?jié)B標(biāo)號大于S30，對強(qiáng)度無影響，后期強(qiáng)度增長率高于不摻UEA的砼強(qiáng)度，對鋼筋無銹蝕，對水質(zhì)無影響。它是一種優(yōu)質(zhì)的抗裂防滲新材料。為結(jié)構(gòu)自防水砼提供了較理想的特種外加劑［5］。
UEA補(bǔ)償收縮砼首用于亞運(yùn)工程的奧體中心田徑場和曲棍球場看臺、游泳館、體博館地下室、康樂宮戲水樂園獲得大面積成功。隨后在天津第一中心醫(yī)院，大連港指揮中心，青島王朝大酒店等高層建筑的地下室，取消防水卷材，靠砼自防水獲得成功�，F(xiàn)在，UEA砼已在數(shù)千個(gè)高層建筑地下室、水廠和電廠的水工結(jié)構(gòu)、地鐵和隧道等防水結(jié)構(gòu)應(yīng)用。大部分是結(jié)構(gòu)自防水，對于特別重要建筑物，如北京西客站和首都國際機(jī)場新航站樓則采取UEA砼與卷材兩道防水措施。起到雙保險(xiǎn)作用。我們認(rèn)為，不管何種情況，結(jié)構(gòu)自防水是根本，防裂比抗?jié)B更重要，要防裂就要補(bǔ)償砼的收縮，要補(bǔ)償砼收縮最好的途徑就是加入膨脹劑。經(jīng)過上千個(gè)防水工程實(shí)踐和專家考察論證，1992年建設(shè)部施工管理司把《UEA補(bǔ)償收縮砼防水工法》列入國家級工法（YJGF22-92）。這是我國結(jié)構(gòu)自防水技術(shù)的重大突破，已在全國推廣。
高性能混凝土膨脹劑（ZY）是中國建筑材料科學(xué)研究院于新世紀(jì)初研制成功的第五代膨脹劑新產(chǎn)品。該產(chǎn)品是用回轉(zhuǎn)窯生產(chǎn)的特制膨脹熟料、石膏和膨脹穩(wěn)定劑共同粉磨而成的第五代膨脹劑。而一般膨脹劑是用立窯生產(chǎn)。因此，ZY的膨脹效能更高、質(zhì)量更穩(wěn)定，是目前國內(nèi)摻量最低、最先進(jìn)的硫鋁酸鈣類混凝土膨脹劑。特點(diǎn)如下：
? 堿含量低。ZY堿含量R2O≤0.30%，? 混凝土不? 會因ZY的摻入而? 產(chǎn)生任何堿—骨料反應(yīng)。
? 摻量低。在混凝土中摻入6%左右ZY即可達(dá)到預(yù)期的膨脹效果，? 而? 一般膨脹劑摻量為12%左右。在同? 性能條件下，? ZY的摻量相對于一般膨脹劑可以減少40%左右，? 其可比價(jià)格有明顯優(yōu)勢。
? 施工性能好。ZY對混凝土坍落度沒有影響，? 凝結(jié)正常，? 可泵性優(yōu)于其它膨脹劑。
? 增強(qiáng)性能好。ZY對混凝土早期強(qiáng)度有增強(qiáng)作用，? 后期強(qiáng)度穩(wěn)定增長。而? 一般膨脹劑會降低混凝土早期強(qiáng)度。
? 大大提高混凝土抗?jié)B性，? 其抗?jié)B標(biāo)? 號達(dá)P20～P30，? 可提高結(jié)構(gòu)自防水功能。
? 膨脹效能高。可在混凝土中建立0.2～0.7Mpa的自應(yīng)力值，? 補(bǔ)償混凝土收縮，? 增強(qiáng)鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)的抗裂能力。
ZY主要工程應(yīng)用實(shí)例

深圳華為科研中心該工程由沉降縫分為五塊，其中1# 117×114ｍ，2# 117×132ｍ，3# 117×168ｍ，4# 126×168ｍ，5# 126×276ｍ，底板厚度200，500，800，1000ｍｍ不等,圍墻總長度1500m，厚度350～600ｍｍ不等，混凝土設(shè)計(jì)標(biāo)號為C30/P8。采用摻ZY的補(bǔ)償收縮混凝土進(jìn)行裂縫控制及結(jié)構(gòu)自防水，以膨脹加強(qiáng)帶取代多條后澆帶。該工程使用摻ZY的補(bǔ)償收縮混凝土15萬方，效果良好。


廣州白云國際機(jī)場西一指廊部分二、三層結(jié)構(gòu)平面尺寸為340.5×24m，沿長度方向設(shè)三條永久伸縮縫將結(jié)構(gòu)分為4段，其長度分別為: 84m、94.5m、94.5m、63m，均為超長鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，另外，本工程主梁高度為1000mm,寬度分別為2000mm、2500mm、3000mm不等，屬大體積混凝土，而混凝土設(shè)計(jì)標(biāo)號達(dá)C40。航站樓、指廊、連廊梁板全部采用摻ZY的補(bǔ)償收縮混凝土進(jìn)行裂縫控制。 
2. UEA無縫設(shè)計(jì)施工新技術(shù)
考慮砼收縮變形，設(shè)計(jì)規(guī)范規(guī)定每30-40m設(shè)一道后澆縫，60d后再用膨脹砼填縫。這樣施工麻煩，延長工期，且易留下滲水隱患。設(shè)計(jì)院提出能否把后澆縫取消？我們通過理論計(jì)算和工程實(shí)踐，提出以UEA膨脹加強(qiáng)帶取代后澆縫（沉降縫除外），實(shí)現(xiàn)砼連續(xù)澆筑超長結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)施工新方法，見圖4。


2000 鐵絲網(wǎng)

UEA10-12％ UEA10-12%
（或ZY6-8%） （或ZY6-8%） 


膨脹加強(qiáng)帶，UEA14-15％（或ZY9-10%）
圖4 UEA砼取消后澆縫示意圖
該方法的原理是在結(jié)構(gòu)收縮應(yīng)力最大的地方給予較大的膨脹應(yīng)力。具體作法：加強(qiáng)帶一般設(shè)在后澆縫處。帶寬2M，帶的兩側(cè)分別架設(shè)密孔鐵絲網(wǎng)，目的是防止不同配比的砼流入加強(qiáng)帶內(nèi)。施工時(shí)，先澆帶外小膨脹砼（摻入10－12％UEA），澆到加強(qiáng)帶時(shí)，改用大膨脹砼（摻入14－15％UEA），該處砼強(qiáng)度等級比兩側(cè)砼高0.5個(gè)等級。如此連續(xù)澆筑下去，實(shí)現(xiàn)無縫施工。見圖4。
根據(jù)我院的《超長鋼筋砼結(jié)構(gòu)無縫設(shè)計(jì)與施工方法》（專利號93117132.6），已應(yīng)用于北京十三陵水庫九龍游樂宮（Φ49×12m）、北京當(dāng)代商城（90m×90m），北京西客站（主樓336m×102m），東西樓（187m×103m），廣州天匯大廈（90m×55m），釣魚臺國賓館酒店（100m×50m）福州長樂機(jī)場航站樓（348×36m）珠海拱北口岸廣場（245×190m，地下三層），武漢國際會展中心（243×153m，地下二層）等100多座超長地下建筑，以及超長樓面,獲得圓滿成功。補(bǔ)償收縮砼這一新的應(yīng)用技術(shù)為世界獨(dú)創(chuàng)，該方法已引起我國設(shè)計(jì)施工界的巨大關(guān)注，正在全國推廣。
3. 大體積結(jié)構(gòu)裂縫控制新方法
大體積砼工程因散熱降溫引起的冷縮比干縮更容易引起開裂，常規(guī)的溫控措施往往既復(fù)雜又費(fèi)錢。吳中偉院士提出［2］：采用水化熱低，又有一定膨脹性能的補(bǔ)償收縮砼，同時(shí)加以適當(dāng)?shù)臏囟瓤刂疲�就有可能做到既�?jīng)濟(jì)合理，又能有效地解決大體積砼的開裂問題。他提出的砼冷縮和干縮的聯(lián)合補(bǔ)償式見圖5。首先根據(jù)砼最大溫降值（℃）和砼的線膨脹系數(shù)α（通常取1×10－5/℃）計(jì)算最大冷縮值ST，同時(shí)考慮干縮值S2，最后選定適宜的限制膨脹率ε2和濕養(yǎng)膨脹時(shí)間t，對兩種收縮進(jìn)行補(bǔ)償，當(dāng)（ε2－S2+εr）－ST=0或不超過極限拉伸εp，就能達(dá)到控制裂縫的目的。在這一理論指導(dǎo)下，我院以UEA膨脹劑，緩凝高效減水劑和粉煤灰或礦渣粉的“三摻”技術(shù)，在降低水泥熱的同時(shí)，通過UEA產(chǎn)生的前期膨脹以補(bǔ)償砼的冷縮，后期（14－60d）微膨脹以補(bǔ)償干縮，這種“抗”的方法較好地解決了大體積砼的裂縫控制問題。例如北京東方廣場底板（厚1.2-2.2m，局部5.1m，C40，S12），廣州天匯大廈底板（厚1.5-2.0m，C40，S10），青島中銀大廈底板（厚1.3-1.8m，C50，S12），上海世界貿(mào)易商城板（183×10l×1m，C40，S12），秦山核電站二期工程和西部衛(wèi)星發(fā)射井等大體積特種結(jié)構(gòu)，采用補(bǔ)償收縮砼獲得成功。


1－砼散熱冷縮變形和
氣溫變化引起的冷縮曲線
2－符合冷縮和干縮補(bǔ)償?shù)淖罱K變形曲線
ST－最大冷縮
D -最終變形

圖5 冷縮和干縮的聯(lián)合補(bǔ)償

砼收縮變形是砼的固有特性，試驗(yàn)研究和大量工程實(shí)踐表明，從材料角度來看，只有采用膨脹水泥或摻膨脹劑的補(bǔ)償收縮砼，才能比較有效地解決砼硬化過程中的收縮裂縫難題。
(二) 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)措施
王鐵夢在“工程結(jié)構(gòu)裂縫控制”[1]一書中，從結(jié)構(gòu)力學(xué)方面提出許多結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)措施，這里不詳述。我們根據(jù)大量工程實(shí)踐，提出補(bǔ)償收縮砼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)措施，供設(shè)計(jì)界參考。
1.摻膨脹劑的補(bǔ)償收縮混凝土大多應(yīng)用于控制有害裂縫的鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)工程。混凝土的膨脹只有在限制條件下才能產(chǎn)生予壓應(yīng)力。所以，構(gòu)造（溫度）鋼筋的設(shè)計(jì)對該混凝土有效膨脹能的利用和分散收縮應(yīng)力集中起到重要作用，結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)者必須根據(jù)不同的結(jié)構(gòu)部位，采取相應(yīng)的合理配筋和分縫。以往絕大多數(shù)設(shè)計(jì)圖紙只寫混凝土摻入膨脹劑，強(qiáng)度等級，抗?jié)B標(biāo)號。對混凝土的限制膨脹率沒有提出具體要求，造成膨脹劑少摻或誤摻，達(dá)不到補(bǔ)償收縮而出現(xiàn)有害裂縫。根據(jù)GBJ119規(guī)范要求，摻膨脹劑的補(bǔ)償收縮混凝土水中養(yǎng)護(hù)14d的限制膨脹率≥0.015%，相當(dāng)在結(jié)構(gòu)中建立的予壓應(yīng)力大于0.2MPa。實(shí)際上，混凝土的膨脹率最好控制在0.02～0.03%，填充用膨脹混凝土的膨脹率應(yīng)在0.035～0.045%。施工單位或混凝土攪拌站應(yīng)根據(jù)設(shè)計(jì)的要求，確定膨脹劑的最佳摻量，在滿足混凝土強(qiáng)度和抗?jié)B要求下，同時(shí)要達(dá)到補(bǔ)償收縮混凝土的限制膨脹率。只有這樣，才能獲得控制結(jié)構(gòu)有害裂縫的效果。所以，當(dāng)采用膨脹劑時(shí)，請結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)者在設(shè)計(jì)圖紙上注明：“采用摻膨脹劑的補(bǔ)償收縮混凝土，強(qiáng)度等級，抗?jié)B標(biāo)號，水中養(yǎng)護(hù)14d的混凝土限制膨脹率≥0.015%（或更高些）”。
2．由于墻體受施工和環(huán)境溫濕度等因素影響較大，容易出現(xiàn)縱向收縮裂縫，混凝土強(qiáng)度等級越高，開裂機(jī)率越多。工程實(shí)踐表明，墻體的水平構(gòu)造（溫度）鋼筋的配筋率宜在0.4～0.6%，水平筋的間距應(yīng)小于150mm，采取細(xì)而密的配筋原則。由于墻體受底板或樓板的約束較大，混凝土脹縮不一致，宜在墻體中部或端部設(shè)一道間距為100mm、高1m的“水平暗梁”，水平構(gòu)造筋宜放在豎向受力筋的外側(cè)，這樣，有利于控制墻體有害裂縫的出現(xiàn)。
3．對于墻體與柱子相連的結(jié)構(gòu)，由于墻與柱的配筋率相差較大，混凝土脹縮變形與限制條件有關(guān)，由于應(yīng)力集中原因，在離柱子1～2m的墻體上易出現(xiàn)縱向收縮裂縫。工程實(shí)踐表明，應(yīng)在墻柱連接處設(shè)水平附加筋，附加筋的長度為1500～2000mm，插入柱子中200～300mm，插入墻體中1200～1600mm，該處配筋率提高10～15％。這樣，有利于分散墻柱間的應(yīng)力集中，避免縱向裂縫的出現(xiàn)。
4．結(jié)構(gòu)開口部和突出部位因收縮應(yīng)力集中易于開裂，與室外相連的出入口受溫差影響大也易開裂，這些部位應(yīng)適當(dāng)增加附加筋，以增強(qiáng)其抗裂能力。
5．對于超長結(jié)構(gòu)樓板，鑒于泵送混凝土的收縮值比現(xiàn)澆混凝土大20～30％，為減少有害裂縫（規(guī)范規(guī)定裂縫寬度小于0.3mm），可采用補(bǔ)償收縮混凝土澆筑，但設(shè)計(jì)上要求采用細(xì)而密的雙向配筋，構(gòu)造筋間距小于150mm，配筋率在0.6％左右，對于現(xiàn)澆混凝土防水屋面，應(yīng)配雙層鋼筋網(wǎng)，鋼筋間距小于150mm，配筋率在0.5%左右。樓面和屋面受大氣溫差影響較大，其后澆縫最大間距不宜超過50m。
6．由于地下室和水工構(gòu)筑物長期處于潮濕狀態(tài)，溫差變化不大，最宜用補(bǔ)償收縮混凝土作結(jié)構(gòu)自防水。大量工程實(shí)踐表明，與樁基結(jié)合的底板和大體積混凝土底板，用補(bǔ)償收縮混凝土可不作外防水。但邊墻宜作附加防水層。底板和邊墻后澆縫最大間距可延長至60m，后澆縫回填時(shí)間可縮短至28d。當(dāng)采用我院的無縫設(shè)計(jì)方法時(shí)，以膨脹加強(qiáng)帶替代后澆縫，可連續(xù)（或間歇）連續(xù)澆筑底板或樓板120m不留縫，但邊墻仍需以加強(qiáng)帶間距留后澆縫，28d后以大膨脹砼回填。
7．在設(shè)計(jì)推薦中，應(yīng)選用符合《砼膨脹劑》建材行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)JC476-2001的砼膨脹劑，杜絕使用假冒偽劣的膨脹劑。
（三）施工技術(shù)措施
1．應(yīng)用于結(jié)構(gòu)工程的膨脹劑應(yīng)符合JC476-2001《混凝土膨脹劑》標(biāo)準(zhǔn)的規(guī)定。必須指出，近年我國膨脹劑的牌號較多，標(biāo)準(zhǔn)摻量也不一，還有假冒偽劣的膨脹劑也流入市場，用戶難以識別，有些工程用了膨脹劑達(dá)不到預(yù)期效果。所以，加強(qiáng)對膨脹劑質(zhì)量的檢測非常必要，為防范造假，GBJ119-2001規(guī)范規(guī)定：“用戶須對現(xiàn)場膨脹劑抽檢，品質(zhì)合格后方可使用，否則退貨”。也即確定用某家的膨脹劑后，用戶應(yīng)從倉庫中抽取20個(gè)不同部位的膨脹劑，混合后送當(dāng)?shù)貦z測單位或本公司試驗(yàn)室，按廠家規(guī)定的標(biāo)準(zhǔn)摻量以JC476方法檢測到現(xiàn)場的膨脹劑品質(zhì)是否合格，合格者才能用，不合格者則退貨。
由于膨脹劑的品種和摻量不同，它與水泥、化學(xué)外加劑和摻合料存在適應(yīng)性問題。因此，要通過混凝土試配，確定各種原材料的選用，這些原材料必需符合國家有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)的要求。
2．摻膨脹劑的混凝土配合比設(shè)計(jì)參照《普通混凝土配合比設(shè)計(jì)規(guī)程》。鑒于我國混凝土大多摻入粉煤灰、礦渣粉或沸石粉等摻合料，而膨脹劑可視為特殊摻合料，因此，規(guī)定膨脹混凝土（砂漿）的最低膠凝材料用量（水泥、膨脹劑和摻合料的總量），這與高性能混凝土配合比設(shè)計(jì)相適應(yīng)。水灰比改為水膠比更合理，其水膠比不宜大于0.5。


3．我國膨脹劑品種有10多個(gè)，按JC476標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定，膨脹劑最大摻量（替代水泥率）不得超過12％。近年我國已研制生產(chǎn)低堿低摻量膨脹劑，其標(biāo)準(zhǔn)摻量為8％。因此，對于補(bǔ)償收縮混凝土，膨脹劑推薦摻量為8～12％，單位膨脹劑摻量≥30kg/m3。對于填充用膨脹混凝土，膨脹劑推薦摻量為10～15％，單位膨脹劑摻量≥40kg/m3。當(dāng)摻入粉煤灰等摻合料時(shí)，膨脹劑要分別取代水泥和摻合料。
考慮到抗?jié)B混凝土在滿足強(qiáng)度要求下，還應(yīng)達(dá)到設(shè)定的抗?jié)B等級，這要有足夠的水泥砂漿包裹集料，所以，其水泥用量應(yīng)比同等級的非抗?jié)B的混凝土的水泥用量高7％左右，從抗?jié)B耐久性要求，這樣比較科學(xué)合理。根據(jù)我國《地下工程防水技術(shù)規(guī)范》，防水混凝土水泥用量不得低于320kg/m3（含膨脹劑），當(dāng)摻入摻合料時(shí)，水泥用量不應(yīng)低于280kg/m3。
由于我國水泥、砂、石摻合料和減水劑品質(zhì)各異，不管廠家提供的膨脹劑的標(biāo)準(zhǔn)摻量如何，用戶都應(yīng)按JC476標(biāo)準(zhǔn)檢驗(yàn)進(jìn)入工地的膨脹劑品質(zhì)是否合格，然后設(shè)計(jì)膨脹混凝土的配合比，按規(guī)范要求，砼水中14d的限制膨脹率≥0.015％，干空28d限制收縮率≤0.03％。。這就要求各混凝土攪拌站和建筑公司試驗(yàn)室添置測定膨脹劑水泥砂漿和膨脹混凝土的限制膨脹率的儀器設(shè)備，以及有專門的檢驗(yàn) 員，這樣才能檢測入庫膨脹劑品質(zhì)是否合格，配制的膨脹混凝土是否達(dá)到本規(guī)范的膨脹率要求。這是保證摻膨脹劑混凝土質(zhì)量的關(guān)鍵。
4．粉狀膨脹劑應(yīng)與混凝土其他原材料有序投入攪拌機(jī)中，膨脹劑重量應(yīng)按施工配合比投料，重量誤差小于±2％，不得少摻或多摻。考慮混凝土的勻質(zhì)性，其拌制時(shí)間比普通混凝土延長30s。
5．摻膨脹劑的混凝土澆筑方法和技術(shù)要求與普通混凝土基本相同，考慮結(jié)構(gòu)要達(dá)到抗裂防滲要求，要避免出現(xiàn)冷縫�；炷�土的震搗必須密實(shí)，不得漏震、欠震和過震。在混凝土終凝以前，要用人工或機(jī)械多次抹壓，防止表面沉縮裂縫的產(chǎn)生，以免影響外觀質(zhì)量。后澆縫中雜物必須清除干凈，充分予濕，然后以填充用膨脹混凝土灌縫。 
6．摻膨脹劑的混凝土要特別加強(qiáng)養(yǎng)護(hù)，膨脹結(jié)晶體鈣礬石（C3A?3CaSO4·32H2O）形成需要水，補(bǔ)償收縮混凝土澆筑后1－7d內(nèi)是膨脹變形的主要階段，應(yīng)特別加強(qiáng)澆水養(yǎng)護(hù)，7－14d仍需濕養(yǎng)護(hù)，才能發(fā)揮混凝土的膨脹效應(yīng)。如不養(yǎng)護(hù)或養(yǎng)護(hù)馬虎，就難以發(fā)揮膨脹劑的補(bǔ)償收縮作用。底板或樓板較易養(yǎng)護(hù)，能蓄水養(yǎng)護(hù)最好，一般用麻包袋或草席復(fù)蓋，定期澆水養(yǎng)護(hù)。墻體等立面結(jié)構(gòu)，受外界溫度、濕度和風(fēng)速影響較大，容易發(fā)生縱向裂縫。工程實(shí)踐表明，因混凝土澆筑完3～4d內(nèi)水化熱溫升最高，而抗拉強(qiáng)度很低，如果早拆模板，墻體內(nèi)外溫差較大而易于開裂。因此，墻體模板拆除時(shí)間宜不少于5d。墻體澆筑完后，應(yīng)從頂部設(shè)水管噴淋，模板拆除后繼續(xù)養(yǎng)護(hù)至14d。冬季施工不能澆水養(yǎng)護(hù)時(shí)，底板用塑料薄膜和保溫材料進(jìn)行保溫保濕養(yǎng)護(hù)，而墻體帶模養(yǎng)護(hù)不少于7d，并進(jìn)行保溫養(yǎng)護(hù)。
（四）維護(hù)措施
砼結(jié)構(gòu)澆筑完后，地下室應(yīng)盡早作柔性防水層和保護(hù)層，然后用三七灰土回填。對于地上結(jié)構(gòu)，尤其在北方進(jìn)入冬季前，應(yīng)作好外墻維護(hù)結(jié)構(gòu)。對于層面工程，應(yīng)及時(shí)做好防水層和保溫層。出入口和通風(fēng)廊道在臺風(fēng)或氣溫驟降之前要臨時(shí)關(guān)閉或掛簾，這些都是防止環(huán)境溫差和風(fēng)速對結(jié)構(gòu)產(chǎn)生變形裂縫的有效措施。應(yīng)引起施工和業(yè)主的重視。

五、建筑防水技術(shù)的新發(fā)展
防水工程是建筑中的一個(gè)重要組成部分，它又是一個(gè)相對獨(dú)立的系統(tǒng)。上面介紹了以控制裂縫為主的結(jié)構(gòu)自防水技術(shù)，下面則介紹結(jié)構(gòu)外圍的建筑防水一些新技術(shù)。
防水工程質(zhì)量的影響程度概括為：設(shè)計(jì)是前提，材料是基礎(chǔ)，施工是關(guān)鍵。作者根據(jù)實(shí)施的《地下工程防水技術(shù)規(guī)范》GB50108-2001和《屋面工程技術(shù)規(guī)范》（GB50207-94），作簡要介紹。
（一）設(shè)計(jì)質(zhì)量保證措施
設(shè)計(jì)質(zhì)量對防水工程質(zhì)量起著決定作用。保證設(shè)計(jì)質(zhì)量的要素有以下幾個(gè)環(huán)節(jié)（圖6所示）。
防水工程設(shè)計(jì)質(zhì)量保證要素 圖6


戶市 范制 合 精 提 現(xiàn)施 工參
調(diào)場 標(biāo)修 理 心 資供 場工 程與
研及 準(zhǔn)訂 選 設(shè) 料設(shè) 分過 驗(yàn)防
用 規(guī) 材 計(jì) 計(jì) 析程 收水
圖6所示幾大要素中，精心設(shè)計(jì)是直接要素。恰恰在這一環(huán)節(jié)上，目前尚存在問題，調(diào)查表明，由于設(shè)計(jì)選材不合理，設(shè)計(jì)內(nèi)容不具體造成建筑物滲漏的占滲漏工程的26％。提高設(shè)計(jì)質(zhì)量有以下技術(shù)措施。
1．遵循防水設(shè)計(jì)原則
地下防水工程：遵循“防排結(jié)合，剛?cè)峤Y(jié)合，因地制宜，綜合治理”的原則進(jìn)行設(shè)計(jì)。地下工程防水耐久性在50－100年，應(yīng)以補(bǔ)償收縮砼結(jié)構(gòu)自防水為主，柔性防水層可采用防水卷材、防水涂料。
屋面工程：遵循“以防為主，防排結(jié)合，多道設(shè)防，整體密封”的設(shè)計(jì)原則。屋頂結(jié)構(gòu)層宜用補(bǔ)償收縮砼澆筑，防水層可用防水卷材或涂料。
廚房、衛(wèi)生間等屋內(nèi)防水：應(yīng)以防為主，防排結(jié)合，防水層宜用防水涂料。
2．正確劃分防水等級，堅(jiān)持多道設(shè)防。
在防水設(shè)計(jì)之前應(yīng)根據(jù)建筑物的功能、用途、建造標(biāo)準(zhǔn)、重要程度等實(shí)際情況，合理確定防水等級，依據(jù)等級按規(guī)范進(jìn)行防水設(shè)計(jì)。
我國已經(jīng)頒布的《屋面工程技術(shù)規(guī)范》（GB5020-94）和即將頒布的《地下工程防水技術(shù)規(guī)范》，把建筑劃分四個(gè)防水等級，對不同等級建筑的防水設(shè)防都有明確要求，見表5、表6。不同防水等級的適用范圍見表7。地下工程防水設(shè)防見表8和表9。
一般情況下，防水設(shè)計(jì)應(yīng)按規(guī)范設(shè)防。地下工程是百年大計(jì)，不管何種防水等級，規(guī)范規(guī)定都以結(jié)構(gòu)自防水砼為第一防線，輔以柔性防水層。對于大體積砼底板，或樁板結(jié)構(gòu)的底板，可用摻膨脹劑的補(bǔ)償收縮砼澆筑而成，鑒于底板受溫差影響小，且養(yǎng)護(hù)條件好，該砼的抗裂防滲功能有保證，所以可不作外防水，但是，地下室邊墻受溫差影響大，易出現(xiàn)裂縫缺陷，宜用防水涂料作防水附加層。 
屋面防水等級和設(shè)防要求 表5
項(xiàng)目 屋面防水等級 
Ⅰ Ⅱ Ⅲ Ⅳ 
建筑物類別 特別重要的民用建筑和防水有特殊要求的工業(yè)建筑 重要的工業(yè)與民用建筑、高層建筑 一般的工業(yè)與民用建筑 非永久性建筑 
防水層 耐用年限 25年 15年 10年 5年 
防水層 選用材料 宜選用合成高分子防水卷材、高聚物改性瀝青防水卷材、合成高分子防水涂料、細(xì)石防水混凝土等材料 宜選用高聚物改性瀝青防水卷材、合成高分子防水卷材、合成高分子防水涂料、高聚物改性瀝青防水涂料、細(xì)石防水混凝土、平瓦等材料 應(yīng)選用三氈四油瀝青防水卷材、高聚物改性瀝青防水卷材、合成高分子防水卷材、高聚物改性瀝青防水涂料、合成高分子防水涂料、瀝青基防水涂料、剛性防水層、平瓦、油氈瓦等材料 可選用二氈三油瀝青防水卷材、高聚物改性瀝青防水涂料、瀝青基防水涂料、波形瓦等 
設(shè)防要求 三道或三道以上防水設(shè)防，其中應(yīng)有一道合成高分子防水卷材，且只能有一道厚度不小于2mm的合成高分子防水涂膜 二道防水設(shè)防，其中宜有一道卷材。也可采用壓型鋼板進(jìn)行一道設(shè)防 一道防水設(shè)防，或兩種防水材料復(fù)合使用 一道防水設(shè)防 

地下工程防水等級 表6
防水等級 標(biāo) 準(zhǔn) 
一級 不允許滲水，結(jié)構(gòu)表面無濕漬。 
二級 不允許漏水，圍護(hù)結(jié)構(gòu)和內(nèi)襯結(jié)構(gòu)表面可有少量、偶見濕漬。工業(yè)與民用建筑總濕漬面積不應(yīng)大于總防水面積（包括頂板、墻面地面）的1/1000，100m2防水面積的濕漬不超過1處，單個(gè)濕漬的最大面積不大于0.1m2。 其它工程：總濕漬面積不應(yīng)大于總防水面積的6/1000；任意100m2防水面積上的濕漬不超過4處，單個(gè)濕漬的最大面積不大于0.2m2。 
三級 有少量漏水點(diǎn)，不得有線流和漏泥沙。 任意100m2防水面積上的漏水點(diǎn)數(shù)不超過8處，單個(gè)漏水點(diǎn)的最大漏水量不大于0.25L/m2·d，單個(gè)濕漬的最大面積不大于0.3m2。 
四級 有漏水點(diǎn)，不得有線流和漏泥沙。 整個(gè)工程平均漏水量不大于2L/m2·d；任意100m2防水面積的平均漏水量不大于4L/m2·d。 


地下工程不同防水等級的適用范圍 表7
防水等級 適 用 范 圍 工 程 舉 例 
一級 人員長期停留的場所；因有少量、偶見濕漬會使物品變質(zhì)、失效的貯物場所及嚴(yán)重影響設(shè)備正常運(yùn)轉(zhuǎn)和危及工程安全運(yùn)營的部位；極重要的戰(zhàn)備工程。 住宅、文物庫、電站控制室、指揮工程、軍事地下庫等。 


二級 人員經(jīng)常活動的場所；在有少量、偶見濕漬的情況下不會使物品變質(zhì)、失效的貯物場所及基本不影響設(shè)備正常運(yùn)轉(zhuǎn)和工程安全運(yùn)營的部位；重要的戰(zhàn)備工程。 一般生產(chǎn)車間、一般公路隧道拱部、人員掩蔽工程等。 
三級 人員臨時(shí)活動的場所；一般戰(zhàn)備工程。 非電氣化鐵路隧道、一般公路隧道側(cè)墻等。 
四級 對滲漏水無嚴(yán)格要求的工程。 自流污水排放隧道、涵洞等。 


明挖法地下工程防水設(shè)防 表8
工程部位 主 體 施 工 縫 后 澆 帶 變形縫、誘導(dǎo)縫 
防 水 措 施 防 水 混 凝 土 防 水 砂 漿 防 水 卷 材 防 水 涂 層 金 屬 板 防 水 板 平 縫 遇水 膨脹 止水條 中 埋 式 止 水 帶 外 貼 式 止 水 帶外 抹 防 水 砂 漿外 涂 防 水 涂 層膨 脹 混 凝 土 平 縫 或 企 口 縫外 貼 式 止 水 帶防 水 嵌 縫 材 料中 埋 式 止 水 帶外 貼 式 止 水 帶可 卸 式 止 水 帶防 水 嵌 縫 材 料防 水 卷 材 外 涂 防 水 涂 層防 水 等 級一級應(yīng)選應(yīng)選二至三種應(yīng)選應(yīng)選二至三種應(yīng)選應(yīng)選二至三種應(yīng)選應(yīng)選二至三處
二級 應(yīng)選 應(yīng)選二種 應(yīng)選 應(yīng)選一至二種 應(yīng)選 應(yīng)選一至二種 應(yīng)選 應(yīng)選一至二種 
三級 應(yīng)選 宜選一種 應(yīng)選 宜選一至二種 應(yīng)選 宜選一至二種 應(yīng)選 宜選一種 
四級 應(yīng)選 - 應(yīng)選 宜選一種 應(yīng)選 宜選一種 應(yīng)選 宜選一種 

暗挖法地下工程防水設(shè)防 表9
工程部位 主 體 內(nèi) 襯 砌 施 工 縫 內(nèi)襯砌的變形縫、誘導(dǎo)縫 
防 水 措 施 復(fù) 合 式 襯 砌 離壁 式襯 砌、 襯套 貼 壁 混 凝 土 噴 射 混 凝 土 外貼 式止 水帶 遇水 膨脹 止水 條 防 水 嵌 縫 材 料 中 埋 式 止 水 帶 外 涂 防 水 涂 層 中埋 式止 水帶 外貼 式止 水帶 可卸 式止 水帶 防 水 嵌 縫 材 料 
防 水 等 級 一級 應(yīng)選一種 — 應(yīng)選二種 必選 應(yīng)選二至三種 
二級 應(yīng)選一種 應(yīng)選一至二種 必選 應(yīng)選一至二種 
三級 — 應(yīng)選一種 宜選一至二種 應(yīng)選 宜選一種 
四級 應(yīng)選一種 宜選一種 應(yīng)選 宜選一種 
原規(guī)范砼抗?jié)B標(biāo)號選用表是參照水工砼的有關(guān)規(guī)定制定的，是按最大作用水頭（Ｈ）對建筑物最小壁厚（h）之比來確定，見表10。通過長期工程實(shí)踐表明，以H/h比值設(shè)計(jì)抗?jié)B等級與實(shí)際有很大差距，往往選用的抗?jié)B標(biāo)號等級偏高，這不但造成工程成本加大，而且砼的水泥用量提高而增加了水化熱，對抗裂不利。因此，新標(biāo)準(zhǔn)改為以工程埋置深度作為設(shè)計(jì)選用抗?jié)B等級，見表11。
原規(guī)范抗?jié)B標(biāo)號選用表 表10
水力梯度（H/h） 設(shè)計(jì)抗?jié)B標(biāo)號 
10－15 Ｓ8 
15－20 Ｓ12 
25035 Ｓ16 
>35 Ｓ20 
修改后規(guī)范抗?jié)B等級選用表 表11
工程埋置深度（m） 設(shè)計(jì)抗?jié)B等級 
<10 S6 
10-20 S8 
20-30 S12 
30-40 S14 
屋面不宜做剛性防水，成功率低。柔性防水層大多做在保溫層上。近年來，倒置式屋面是防水層做在保溫層之下，見圖6、圖7。這種節(jié)能型保溫防水屋面已列入規(guī)范中。
另一種為斜堆屋面，造型美觀、多樣化。斜坡屋面結(jié)構(gòu)防水砼為斜面澆筑，其上涂抹聚合物水泥基防水涂料（不宜用防水卷材），然后作掛瓦條，最后掛琉璃瓦或波形瓦。
（二）合理選用防水材料
調(diào)查表明，由于材料質(zhì)量問題造成滲漏比例占22％，說明把好防水材料質(zhì)量關(guān)是十分重要的，要從設(shè)計(jì)生產(chǎn)和施工三個(gè)環(huán)節(jié)把關(guān)。 
設(shè)計(jì)者應(yīng)根據(jù)不同結(jié)構(gòu)部位選用不同的防水材料；生產(chǎn)單位要按標(biāo)準(zhǔn)生產(chǎn)防水材料；施工和質(zhì)檢部門要在現(xiàn)場抽檢，防止使用假冒偽劣產(chǎn)品。
圖7 圖8
近年來，我國研制許多新型建筑防水材料，建設(shè)部提出21世紀(jì)主要發(fā)展環(huán)保型的無毒無害的防水材料，淘汰如石油瀝青紙?zhí)ビ蜌�。限制使用PVC煤焦油柔性油氈，塑料煤焦油油膏，建筑防水粉（如憎水粉、拒水粉），氰凝，雙組分煤焦油聚胺酯防水涂料等有害人身和污染環(huán)境的落后產(chǎn)品。1998年建設(shè)部發(fā)出10號公告推薦13種防水材料：聚脂胎的SBS、APP改性瀝青卷材、三元乙丙、氯化聚乙烯橡塑共混、PVC防水卷材；聚合物水泥基復(fù)合防水涂料、石油瀝青聚胺脂涂料、丙烯酸涂料、硅橡膠涂料、硅酮密封膠、聚胺酯密封膠、水性丙烯酸密封膠、遇水膨脹橡膠止水帶等。我國建筑防水材料使用情況見表12，由此可見，目前我國大多使用低檔次的紙?zhí)�瀝青油氈和煤焦油瀝青聚胺脂涂料（851涂料），由于它們使用壽命短和污染環(huán)境，將逐步淘汰。今后主要推廣高分子片材和聚合物水泥基防水涂料（JS涂料），JS防水涂料與聚胺酯涂料相比，主要優(yōu)點(diǎn)在于無毒無味和可濕作業(yè)，在歐洲、北美、日本已大量使用，這種環(huán)保型涂料我國在近五年起步，方興未艾。 我國建筑防水材料使用情況 表12
種類 1994年 1995年 1996年 1999年 
實(shí)際 比例 
紙?zhí)ビ蜌?nbsp;84000萬m2 82 
改性油氈 2500萬m2 7.37 3000萬m2 3500萬m2 4500萬m2 
高分子片材 1600萬m2 4.71 2000萬m2 2000萬m2 3000萬m2 
防水涂料 13萬噸 5.47 15萬噸 16萬噸 18萬噸 


我國南方建筑外墻漏水問題相當(dāng)嚴(yán)重，廣東省DDJ15-97《建筑防水工程技術(shù)規(guī)范》中首次規(guī)定外墻需要專門設(shè)計(jì)防水層。防水層宜用摻具有補(bǔ)償收縮的抗裂防水劑水泥砂漿或聚合物水泥砂漿，飾面膠結(jié)層宜用聚合物水泥基防水涂料或聚合物水泥砂漿。一個(gè)兩全其美的方法。就是只要打底層很平整，防水層不用單獨(dú)做，用聚合物水泥基（1：2）防水涂料直接粘貼飾面層，把粘結(jié)層與防水層合二為一，粘結(jié)效果好，防水效果也不降。
填滿窗（框）與外墻之間的空腔，目前最有效的方法有兩種：用聚合物水泥基（1：3）密封材料和發(fā)泡硬質(zhì)聚胺酯灌漿嵌縫。
對于外墻飾面層，國外已逐漸棄用飾面磚，在平直光滑的砼外墻上，直接做彩色防水涂料，主要用丙烯酸涂料。我國已有該類化學(xué)建材，今后要大力發(fā)展。
（三）保證防水工程施工質(zhì)量的技術(shù)措施
即使設(shè)計(jì)合理，材料也是高質(zhì)量的，但施工不當(dāng)也是無濟(jì)于事。調(diào)查表明，由于施工不當(dāng)造成滲漏占46％。所以，施工是保證防水工程質(zhì)量的關(guān)鍵。
從圖8可以看出，防水工程質(zhì)量是涉及諸多方面。在設(shè)計(jì)合理和材質(zhì)保證的前提下，施工的技術(shù)準(zhǔn)備和施工過程的正確操作，以及掌握一定技巧是必須的。每種防水材料都應(yīng)按相應(yīng)工法進(jìn)行精心施工，例如，改性瀝青防水卷材熱熔工法、合成高分子防水卷材冷粘工法、防水涂料施工工法、UEA補(bǔ)償收縮砼防水工法（YJGF22-92）等。特別要精心處理好細(xì)部節(jié)點(diǎn)。這里不一一介紹。


防水工程施工質(zhì)量保證體系



施工隊(duì)伍 施工機(jī)具 原材料控制 施工過程 工程指揮部驗(yàn)收 總體驗(yàn)收 


個(gè) 個(gè) 防 制 施 施 正 按 施 根 嚴(yán) 施 標(biāo) 驗(yàn) 標(biāo) 驗(yàn)
人 人 水 定 工 工 確 設(shè) 工 據(jù) 格 工 準(zhǔn) 收 準(zhǔn) 收
培 持 施 施 機(jī) 機(jī) 使 計(jì) 前 標(biāo) 按 過 及 及
訓(xùn) 證 工 工 具 具 用 要 制 準(zhǔn) 施 程 方 方
上 隊(duì) 工 研 制 求 定 檢 工 質(zhì) 法 法
崗 伍 法 究 作 購 材 驗(yàn) 規(guī) 量
資 材 料 范 管
質(zhì) 檢 設(shè) 理
等 驗(yàn) 計(jì)
級 辦 要 
證 法 求 
書 



（四）重視防水工程的維護(hù)
工程驗(yàn)收后交業(yè)主使用，但有些業(yè)主不重視建筑防水的維護(hù)，例如在屋面上亂堆雜物，排水不暢，鑿孔做廣告牌，廁浴間亂翻新等。有機(jī)防水材料存在老化破裂問題，不能一勞永逸，業(yè)主要定期檢查，要進(jìn)行翻修，以免滲漏。以往大多大揭蓋、清除十分麻煩�，F(xiàn)在推出的聚合物水泥基防水涂料可直接在失效的防水層涂膜，粘結(jié)牢靠，防水耐用期10－15年，施工簡便、滲漏的浴廁間，地下室也可用這種涂料修補(bǔ)完好。
六、結(jié)語
隨著我國建筑工程規(guī)模的快速發(fā)展，鋼筋砼結(jié)構(gòu)裂縫出現(xiàn)機(jī)率增多，已引起政府和工程界的關(guān)注。其原因是多方面的，結(jié)構(gòu)裂縫控制是門邊緣科學(xué)，也是一個(gè)系統(tǒng)工程，必須從材料、設(shè)計(jì)、施工和維護(hù)四個(gè)方面綜合解決。本文著重從水泥砼收縮開裂的原因分析，提出摻膨脹劑的補(bǔ)償收縮砼是減免結(jié)構(gòu)有害裂縫一個(gè)重要措施，并提出相關(guān)的設(shè)計(jì)和施工方面的措施，可供工程界參考。至于荷載裂縫的控制，請結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)師從結(jié)構(gòu)力學(xué)方面多多考慮。
地下工程防水應(yīng)以結(jié)構(gòu)自防水為主，剛?cè)峤Y(jié)合，防排結(jié)合。近年我國建筑防水材料發(fā)展較快，品種繁多，落后產(chǎn)品應(yīng)淘汰，應(yīng)多采用環(huán)保型防水材料，從耐久性出發(fā)，高分子防水卷材和聚合物水泥基復(fù)合防水涂料的應(yīng)用是個(gè)方向。合理的設(shè)計(jì)和精心施工，以及執(zhí)行防水工程質(zhì)量保證期制度，是徹底解決建筑物滲漏的重要手段。我們相信，認(rèn)真貫徹我國制定的地下工程和屋面工程技術(shù)規(guī)范，堅(jiān)決執(zhí)行有關(guān)法規(guī)制度，大力推廣新材料和新技術(shù)，一定能全面提高我國建筑結(jié)構(gòu)和防水工程質(zhì)量。
本文不妥之處請專家們批評指正。

參考文獻(xiàn)：
（1）王鐵夢，《工程結(jié)構(gòu)裂縫控制》，中國建筑出版社，1997。
（2）吳中偉，《膨脹混凝土》中國鐵道出版社，1991。
（3）游寶坤，《建筑結(jié)構(gòu)裂滲控制新技術(shù)》中國建材出版社，1998。
防水工程設(shè)計(jì)與施工，全國防水技術(shù)專業(yè)委員會六屆學(xué)術(shù)年會論文集，2000年，天津。

作者簡介： 
游寶坤：
中國建筑材料科學(xué)研究院教授級高級工程師。國務(wù)院特津?qū)＜�，中土學(xué)會砼外加劑專委員會副主任委員，中國建筑學(xué)會防水技術(shù)委員會委員。北京中巖特種工程材料公司總工，UEA、ZY膨脹劑主要發(fā)明人，《混凝土膨脹劑》標(biāo)準(zhǔn)JC476-2001，《混凝土外加劑應(yīng)用技術(shù)規(guī)范》GBJ119-2001主要負(fù)責(zé)人員。

李光明：
中國建筑材料科學(xué)研究院高級工程師，北京中巖特種工程材料公司副總工，UEA-H、ZY膨脹劑主要發(fā)明人，《混凝土膨脹劑》標(biāo)準(zhǔn)JC476-2001，《混凝土外加劑應(yīng)用技術(shù)規(guī)范》GBJ119-2001參加人員。

黃春江：
中國建筑材料科學(xué)研究院高級工程師，北京中巖特種工程材料公司總經(jīng)理， ZY膨脹劑主要發(fā)明人，《混凝土膨脹劑》標(biāo)準(zhǔn)JC476-2001，《混凝土外加劑應(yīng)用技術(shù)規(guī)范》GBJ119-2001參加人員。