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摘  要：闡述了混凝土結(jié)構(gòu)（主要是裂縫）與工程耐久性的關(guān)系，指出確保混凝土結(jié)構(gòu)和防水工程質(zhì)量、避免結(jié)構(gòu)產(chǎn)生嚴(yán)重缺陷對(duì)延長(zhǎng)建筑物使用壽命具有重要作用。


關(guān)鍵詞：混凝土結(jié)構(gòu)；裂縫；耐久性；凍害；防水工程質(zhì)量

 

1 概述

進(jìn)入21世紀(jì)的今天，混凝土仍然是土木建筑工程中用途最廣泛的材料之一。由于防水工程一般都以混凝土結(jié)構(gòu)作為基層，且通過(guò)一定技術(shù)措施后，混凝土還可配制成具有一定抗?jié)B等級(jí)的防水混凝土，因此確保混凝土材料及其結(jié)構(gòu)的質(zhì)量至關(guān)重要。遺憾的是，十幾年來(lái)大量工程實(shí)踐表明，在各種自然和人為的災(zāi)害中，由混凝土結(jié)構(gòu)缺陷（主要是裂縫）引起的事故十分突出，造成的經(jīng)濟(jì)損失也很驚人。

由于土木建筑是一個(gè)系統(tǒng)工程，混凝土結(jié)構(gòu)產(chǎn)生的缺陷，必然會(huì)影響到防水工程的質(zhì)量。因此普及這方面的有關(guān)知識(shí)，對(duì)保證包括混凝土在內(nèi)的防水工程質(zhì)量將不無(wú)裨益。

2 混凝土裂縫與耐久性的關(guān)系

混凝土耐久性是指達(dá)到設(shè)計(jì)指標(biāo)的混凝土經(jīng)過(guò)長(zhǎng)年的使用不毀壞，能夠繼續(xù)服役于工程環(huán)境，且對(duì)浸蝕性介質(zhì)有一定的抵抗能力，并保持適應(yīng)性。

長(zhǎng)期以來(lái)，人們一直認(rèn)為強(qiáng)度與耐久性之間呈對(duì)應(yīng)關(guān)系，因而確定了符合耐久性要求的混凝土配合比設(shè)計(jì)方法。事實(shí)上，混凝土對(duì)化學(xué)介質(zhì)的耐腐蝕能力不一定與機(jī)械強(qiáng)度有關(guān)。因?yàn)閺?qiáng)度高的混凝土不一定有很高的耐腐蝕能力，而由耐化學(xué)浸蝕性較好的材料制備成的一般強(qiáng)度混凝土，卻有相當(dāng)高的耐久性能。

近年來(lái)研究認(rèn)為，混凝土裂縫、微裂縫對(duì)結(jié)構(gòu)耐久性影響最大。例如中國(guó)建材研究院通過(guò)長(zhǎng)期觀察認(rèn)為，室外自然暴露的φ12 mm鋼銹試件，混凝土發(fā)生開(kāi)裂的時(shí)間為7～10年，平均為8.5年，其裂縫寬度約小于0．1 mm，此時(shí)銹蝕失重率計(jì)算平均值為0．779％；而室內(nèi)自然條件下φ12 mm鋼銹試件有的鋼筋失重率已超過(guò)0．4％，如室內(nèi)相對(duì)濕度大于90％時(shí)，有的超過(guò)0．6％，但保護(hù)層沒(méi)有開(kāi)裂。混凝土結(jié)構(gòu)發(fā)生開(kāi)裂后，在干濕循環(huán)交替作用下會(huì)促進(jìn)鋼筋銹蝕，且影響到鋼筋與混凝土界面的粘結(jié)。而在凍融循環(huán)的作用下，也會(huì)破壞混凝土內(nèi)部結(jié)構(gòu)，降低混凝土抵抗鋼銹產(chǎn)生的膨脹壓力的能力。另外，由于鋼筋和混凝土的線(xiàn)膨脹系數(shù)不同，當(dāng)溫差變化較大時(shí)，如混凝土保護(hù)層失去足夠堿度且鋼筋銹蝕時(shí)，混凝土和鋼筋之間的界面就會(huì)受到破壞，從而影響結(jié)構(gòu)的承載能力。


值得指出的是．當(dāng)前由于普遍使用早強(qiáng)、高強(qiáng)商品混凝土，混凝土結(jié)構(gòu)的開(kāi)裂問(wèn)題越來(lái)越嚴(yán)重。這個(gè)問(wèn)題不是我國(guó)獨(dú)有的，而是世界性的。從近幾年工程建設(shè)單位反饋的信息來(lái)看，我國(guó)的房屋建筑中現(xiàn)澆鋼筋混凝土樓板和地下工程連續(xù)墻的開(kāi)裂現(xiàn)象十分嚴(yán)重，其后果不容忽視。另外，當(dāng)前城市污染日甚，大氣、雨水中均會(huì)有浸蝕性介質(zhì)。這些有害介質(zhì)的浸入，均會(huì)加速鋼筋的銹蝕，破壞混凝土內(nèi)部結(jié)構(gòu)，使混凝土開(kāi)裂時(shí)間提早，如不采取有效防范措施，勢(shì)必影響結(jié)構(gòu)的耐久性。因此混凝土結(jié)構(gòu)裂縫常常是控制建筑物使用壽命的主要因素。

通過(guò)大量工程實(shí)踐和理論分析，鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)（含采用各種新型膨脹劑、防水劑和復(fù)合型的補(bǔ)償收縮混凝土）出現(xiàn)寬度在0．2～0．3 mm以下的裂縫（一般認(rèn)為是無(wú)害的）是不可避免的，并應(yīng)視為可以接受的。但由此引起的鋼筋銹蝕、混凝土剝落、降低結(jié)構(gòu)承載能力和耐久性等問(wèn)題不可低估。有關(guān)文獻(xiàn)指出，由混凝土裂縫引起的各種不利后果中，滲漏水占60％。從物理概念上說(shuō)，水分子的直徑約0．3 gm，可穿過(guò)任何肉眼可見(jiàn)的裂縫田。所以從理論上講，任何混凝土結(jié)構(gòu)產(chǎn)生的裂縫都應(yīng)進(jìn)行防治，這是防水工程的基本要求。

3 混凝土凍害問(wèn)題日益嚴(yán)重

水工混凝土的凍融破壞在三北地區(qū)（即東北、西北、華北）的工程中占100％，這些大型混凝土工程一般運(yùn)營(yíng)也就30年左右，有的甚至不到20年。特別是接觸海水的工程，其受凍破壞的現(xiàn)象更為嚴(yán)重。

地處寒冷地區(qū)的水電站、工業(yè)廠房、鐵道橋涵、交通部門(mén)的混凝土路面、橋梁及市政工程等混凝土，接觸雨水、蒸氣的部分以及排水系統(tǒng)等，都會(huì)受到凍融破壞的影響。如通遼發(fā)電廠的冷卻塔簡(jiǎn)壁，由于滲水致使混凝土遭受凍結(jié)而發(fā)生表皮脫落、空鼓等現(xiàn)象。

隨著工程建設(shè)規(guī)模不斷擴(kuò)大，工業(yè)與民用建筑中混凝土凍害問(wèn)題也日益嚴(yán)重。因?yàn)槎�期大體積混凝土施工時(shí)，基底的結(jié)冰層無(wú)法徹底清除，而在負(fù)溫環(huán)境下作業(yè)，新澆筑的混凝土與基底凍土層之間產(chǎn)生的溫度應(yīng)力不可小視。隨著混凝土澆筑的數(shù)量不斷增大，以及混凝土內(nèi)部溫度逐漸升高，此時(shí)巨大的溫差會(huì)使尚未硬化的混凝土（含齡期較短的混凝土）產(chǎn)生裂縫的機(jī)會(huì)增大，并成為滲漏水的隱患。我們驗(yàn)證過(guò)不少冬期施工大體積混凝土的測(cè)溫資料，說(shuō)明與正常條件下施工的混凝土溫度曲線(xiàn)差異很大。換言之，冬期施工的大體積混凝土開(kāi)裂危險(xiǎn)性更大。因此在這種情況下，僅以混凝土試塊的強(qiáng)度與抗?jié)B等級(jí)來(lái)評(píng)定冬期混凝土施工質(zhì)量是片面的。

另外，在冬期澆筑混凝土?xí)r防止初期遭受凍結(jié)固然重要，但由于在這方面我們已積累了豐富經(jīng)驗(yàn)，且在現(xiàn)行技術(shù)規(guī)范中都有明確規(guī)定，因此只要嚴(yán)格遵守，一般不存在多大問(wèn)題。相反，對(duì)于跨年度已經(jīng)完成的混凝土結(jié)構(gòu)，如長(zhǎng)期裸露且未采取越冬保護(hù)措施，因而引起不良后果的嚴(yán)重性卻認(rèn)識(shí)不足。筆者曾對(duì)北方某一高層地下3層建筑（埋深約15 m）進(jìn)行長(zhǎng)達(dá)15個(gè)月（跨越2個(gè)冬季）的觀察，結(jié)果發(fā)現(xiàn)，該地下3層混凝土底板（厚度為1．4 m）于當(dāng)年冬期施工，在1年多的時(shí)間內(nèi)未出現(xiàn)滲漏水。而在跨越第2個(gè)冬季時(shí)，因窩于混凝土結(jié)構(gòu)內(nèi)部的水分（施工中長(zhǎng)期積存的水分），在結(jié)冰膨脹過(guò)程中釋放出來(lái)的應(yīng)力不僅使混凝土結(jié)構(gòu)出現(xiàn)新生的貫穿性裂縫，而且于施工初期出現(xiàn)的一些表面裂縫、深進(jìn)裂縫也被不斷擴(kuò)張貫通，形成滲漏水通道，從而造成該地下室滲漏水。值得一提的是，我們?cè)谠摰叵率覂?nèi)還觀察到，在底板出現(xiàn)滲漏水的同時(shí)，由于地下水的壓力并通過(guò)毛細(xì)管作用，于底板與剪力墻的水平施工縫、剪力墻的垂直裂縫（一般間距約3～4 m）處均出現(xiàn)大小與長(zhǎng)短不一的冰棱。因此如何防止施工用水、雨雪水等浸入混凝土內(nèi)部結(jié)構(gòu)而引起凍害的問(wèn)題，有待深入研究。筆者在過(guò)去的讀書(shū)筆記中也查到，歐洲的CEB技術(shù)規(guī)范在關(guān)于混凝土的抗凍安全性規(guī)定中有“消除積存水的構(gòu)造”這一要求，可見(jiàn)國(guó)內(nèi)外在這個(gè)問(wèn)題上的認(rèn)識(shí)是相似的。

4 結(jié)論與建議

從以上提到的幾種混凝土結(jié)構(gòu)缺陷來(lái)看，主要是混凝土的裂縫問(wèn)題，其他如凍害等也都與裂縫相關(guān)。混凝土結(jié)構(gòu)出現(xiàn)裂縫后應(yīng)認(rèn)真分析，屬于影響結(jié)構(gòu)安全的有害裂縫，應(yīng)采取加固補(bǔ)強(qiáng)措施．而其他一般性裂縫也應(yīng)進(jìn)行封閉或堵漏，以免引起滲漏水。有了裂縫而久不治愈，就會(huì)引起鋼筋銹蝕和混凝土剝落等現(xiàn)象，并影響到結(jié)構(gòu)強(qiáng)度、剛度與穩(wěn)定性。為了減少自然資源的消耗，實(shí)現(xiàn)人類(lèi)文明的可持續(xù)發(fā)展，特提出如下建議：


1）開(kāi)展地下工程結(jié)構(gòu)癥害的研究。應(yīng)組織有關(guān)部門(mén)從結(jié)構(gòu)裂縫、鋼筋腐蝕、地下混凝土的物理化學(xué)性能、地下工程結(jié)構(gòu)維護(hù)與安全等方面進(jìn)行深人研究，這其中應(yīng)包括本文提到的混凝土凍害及三北地區(qū)地下室越冬保護(hù)等內(nèi)容。

2）在重大工程中不宜單獨(dú)采用混凝土結(jié)構(gòu)自防水作法。目前大多數(shù)單一采用混凝土結(jié)構(gòu)自防水的地下工程都存在不同程度的滲漏水問(wèn)題，導(dǎo)致地下室室內(nèi)長(zhǎng)期潮濕，不僅影響使用功能，且有害人體健康。另外，混凝土結(jié)構(gòu)如長(zhǎng)期遭受地下水及各種腐蝕介質(zhì)的浸入，會(huì)減少建筑物的使用年限。因此，從環(huán)境保護(hù)和改善使用功能出發(fā)，再次呼吁在重要地下防水工程中不宜單獨(dú)采用結(jié)構(gòu)自防水作法

3）新產(chǎn)品的推廣離不開(kāi)中間試驗(yàn)和施工工藝的配合。隨著建設(shè)節(jié)約型社會(huì)的開(kāi)展，集保溫、隔熱、防水、節(jié)能等多功能的屋面、墻體、地下工程用新型材料開(kāi)始得到應(yīng)用，但在施工技術(shù)方面卻甚少試驗(yàn)研究，不少工程施工后的質(zhì)量問(wèn)題已經(jīng)顯現(xiàn)，值得關(guān)注。長(zhǎng)期以來(lái)我國(guó)防水行業(yè)發(fā)展誤區(qū)之一是重產(chǎn)品開(kāi)發(fā)、輕應(yīng)用技術(shù)和施工工藝的配套研究（包括機(jī)具和零配件）。其結(jié)果是，雖然各種先進(jìn)的防水產(chǎn)品使用比例在不斷擴(kuò)大，但卻難改當(dāng)今工程嚴(yán)重滲漏的現(xiàn)實(shí)。另外，由于建筑功能呈多樣化的趨勢(shì)，土建與防水之間的施工技術(shù)配合也至關(guān)重要。例如，在一個(gè)外墻外保溫系統(tǒng)工程中，要解決保溫板與墻體之間的固定、抹灰層與保溫板以及防水涂料與抹灰層之間的粘結(jié)和防止開(kāi)裂等問(wèn)題、都需要多單位、多方面科技人員進(jìn)行試驗(yàn)研究，同時(shí)還要對(duì)一批示范工程進(jìn)行長(zhǎng)期跟蹤觀察，然后才能得出科學(xué)的結(jié)論，由此制訂的施工工法才具有可信度和可操作性。歷史證明，新產(chǎn)品的推廣離不開(kāi)中間試驗(yàn)和施工工藝的配合，若舍棄這一過(guò)程，或不顧條件地蠻干，由此造成的損失將難以預(yù)料。

4）總包方項(xiàng)目經(jīng)理應(yīng)抓防水質(zhì)量。施工條件、施工程序及成品保護(hù)被公認(rèn)為影響防水工程質(zhì)量的三大要素，在實(shí)踐中如何做到措施落實(shí)、崗位到位、獎(jiǎng)罰分明，是一個(gè)需要不斷深化、不斷改進(jìn)的過(guò)程。由于這項(xiàng)工作涉及到與防水工程相關(guān)的多單位、多工種的相互配合，因此必須由施工總包方的項(xiàng)目經(jīng)理親自組織實(shí)施。如果做不到這一點(diǎn)，那么一切正確的設(shè)計(jì)與施工方案，再好的質(zhì)量保證措施，都會(huì)在實(shí)際工作中受到冷落與漠視，保證防水功能與工程質(zhì)量就會(huì)變成一句空話(huà)。