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摘  要：闡述了混凝土結構（主要是裂縫）與工程耐久性的關系，指出確保混凝土結構和防水工程質量、避免結構產生嚴重缺陷對延長建筑物使用壽命具有重要作用。


關鍵詞：混凝土結構；裂縫；耐久性；凍害；防水工程質量

 

1 概述

進入21世紀的今天，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構作為基層，且通過一定技術措施后，混凝土還可配制成具有一定抗滲等級的防水混凝土，因此確保混凝土材料及其結構的質量至關重要。遺憾的是，十幾年來大量工程實踐表明，在各種自然和人為的災害中，由混凝土結構缺陷（主要是裂縫）引起的事故十分突出，造成的經濟損失也很驚人。

由于土木建筑是一個系統工程，混凝土結構產生的缺陷，必然會影響到防水工程的質量。因此普及這方面的有關知識，對保證包括混凝土在內的防水工程質量將不無裨益。

2 混凝土裂縫與耐久性的關系

混凝土耐久性是指達到設計指標的混凝土經過長年的使用不毀壞，能夠繼續服役于工程環境，且對浸蝕性介質有一定的抵抗能力，并保持適應性。

長期以來，人們一直認為強度與耐久性之間呈對應關系，因而確定了符合耐久性要求的混凝土配合比設計方法。事實上，混凝土對化學介質的耐腐蝕能力不一定與機械強度有關。因為強度高的混凝土不一定有很高的耐腐蝕能力，而由耐化學浸蝕性較好的材料制備成的一般強度混凝土，卻有相當高的耐久性能。

近年來研究認為，混凝土裂縫、微裂縫對結構耐久性影響最大。例如中國建材研究院通過長期觀察認為，室外自然暴露的φ12 mm鋼銹試件，混凝土發生開裂的時間為7～10年，平均為8.5年，其裂縫寬度約小于0．1 mm，此時銹蝕失重率計算平均值為0．779％；而室內自然條件下φ12 mm鋼銹試件有的鋼筋失重率已超過0．4％，如室內相對濕度大于90％時，有的超過0．6％，但保護層沒有開裂。混凝土結構發生開裂后，在干濕循環交替作用下會促進鋼筋銹蝕，且影響到鋼筋與混凝土界面的粘結。而在凍融循環的作用下，也會破壞混凝土內部結構，降低混凝土抵抗鋼銹產生的膨脹壓力的能力。另外，由于鋼筋和混凝土的線膨脹系數不同，當溫差變化較大時，如混凝土保護層失去足夠堿度且鋼筋銹蝕時，混凝土和鋼筋之間的界面就會受到破壞，從而影響結構的承載能力。


值得指出的是．當前由于普遍使用早強、高強商品混凝土，混凝土結構的開裂問題越來越嚴重。這個問題不是我國獨有的，而是世界性的。從近幾年工程建設單位反饋的信息來看，我國的房屋建筑中現澆鋼筋混凝土樓板和地下工程連續墻的開裂現象十分嚴重，其后果不容忽視。另外，當前城市污染日甚，大氣、雨水中均會有浸蝕性介質。這些有害介質的浸入，均會加速鋼筋的銹蝕，破壞混凝土內部結構，使混凝土開裂時間提早，如不采取有效防范措施，勢必影響結構的耐久性。因此混凝土結構裂縫常常是控制建筑物使用壽命的主要因素。

通過大量工程實踐和理論分析，鋼筋混凝土結構（含采用各種新型膨脹劑、防水劑和復合型的補償收縮混凝土）出現寬度在0．2～0．3 mm以下的裂縫（一般認為是無害的）是不可避免的，并應視為可以接受的。但由此引起的鋼筋銹蝕、混凝土剝落、降低結構承載能力和耐久性等問題不可低估。有關文獻指出，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，水分子的直徑約0．3 gm，可穿過任何肉眼可見的裂縫田。所以從理論上講，任何混凝土結構產生的裂縫都應進行防治，這是防水工程的基本要求。

3 混凝土凍害問題日益嚴重

水工混凝土的凍融破壞在三北地區（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營也就30年左右，有的甚至不到20年。特別是接觸海水的工程，其受凍破壞的現象更為嚴重。

地處寒冷地區的水電站、工業廠房、鐵道橋涵、交通部門的混凝土路面、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等，都會受到凍融破壞的影響。如通遼發電廠的冷卻塔簡壁，由于滲水致使混凝土遭受凍結而發生表皮脫落、空鼓等現象。

隨著工程建設規模不斷擴大，工業與民用建筑中混凝土凍害問題也日益嚴重。因為冬期大體積混凝土施工時，基底的結冰層無法徹底清除，而在負溫環境下作業，新澆筑的混凝土與基底凍土層之間產生的溫度應力不可小視。隨著混凝土澆筑的數量不斷增大，以及混凝土內部溫度逐漸升高，此時巨大的溫差會使尚未硬化的混凝土（含齡期較短的混凝土）產生裂縫的機會增大，并成為滲漏水的隱患。我們驗證過不少冬期施工大體積混凝土的測溫資料，說明與正常條件下施工的混凝土溫度曲線差異很大。換言之，冬期施工的大體積混凝土開裂危險性更大。因此在這種情況下，僅以混凝土試塊的強度與抗滲等級來評定冬期混凝土施工質量是片面的。

另外，在冬期澆筑混凝土時防止初期遭受凍結固然重要，但由于在這方面我們已積累了豐富經驗，且在現行技術規范中都有明確規定，因此只要嚴格遵守，一般不存在多大問題。相反，對于跨年度已經完成的混凝土結構，如長期裸露且未采取越冬保護措施，因而引起不良后果的嚴重性卻認識不足。筆者曾對北方某一高層地下3層建筑（埋深約15 m）進行長達15個月（跨越2個冬季）的觀察，結果發現，該地下3層混凝土底板（厚度為1．4 m）于當年冬期施工，在1年多的時間內未出現滲漏水。而在跨越第2個冬季時，因窩于混凝土結構內部的水分（施工中長期積存的水分），在結冰膨脹過程中釋放出來的應力不僅使混凝土結構出現新生的貫穿性裂縫，而且于施工初期出現的一些表面裂縫、深進裂縫也被不斷擴張貫通，形成滲漏水通道，從而造成該地下室滲漏水。值得一提的是，我們在該地下室內還觀察到，在底板出現滲漏水的同時，由于地下水的壓力并通過毛細管作用，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）處均出現大小與長短不一的冰棱。因此如何防止施工用水、雨雪水等浸入混凝土內部結構而引起凍害的問題，有待深入研究。筆者在過去的讀書筆記中也查到，歐洲的CEB技術規范在關于混凝土的抗凍安全性規定中有“消除積存水的構造”這一要求，可見國內外在這個問題上的認識是相似的。

4 結論與建議

從以上提到的幾種混凝土結構缺陷來看，主要是混凝土的裂縫問題，其他如凍害等也都與裂縫相關。混凝土結構出現裂縫后應認真分析，屬于影響結構安全的有害裂縫，應采取加固補強措施．而其他一般性裂縫也應進行封閉或堵漏，以免引起滲漏水。有了裂縫而久不治愈，就會引起鋼筋銹蝕和混凝土剝落等現象，并影響到結構強度、剛度與穩定性。為了減少自然資源的消耗，實現人類文明的可持續發展，特提出如下建議：


1）開展地下工程結構癥害的研究。應組織有關部門從結構裂縫、鋼筋腐蝕、地下混凝土的物理化學性能、地下工程結構維護與安全等方面進行深人研究，這其中應包括本文提到的混凝土凍害及三北地區地下室越冬保護等內容。

2）在重大工程中不宜單獨采用混凝土結構自防水作法。目前大多數單一采用混凝土結構自防水的地下工程都存在不同程度的滲漏水問題，導致地下室室內長期潮濕，不僅影響使用功能，且有害人體健康。另外，混凝土結構如長期遭受地下水及各種腐蝕介質的浸入，會減少建筑物的使用年限。因此，從環境保護和改善使用功能出發，再次呼吁在重要地下防水工程中不宜單獨采用結構自防水作法

3）新產品的推廣離不開中間試驗和施工工藝的配合。隨著建設節約型社會的開展，集保溫、隔熱、防水、節能等多功能的屋面、墻體、地下工程用新型材料開始得到應用，但在施工技術方面卻甚少試驗研究，不少工程施工后的質量問題已經顯現，值得關注。長期以來我國防水行業發展誤區之一是重產品開發、輕應用技術和施工工藝的配套研究（包括機具和零配件）。其結果是，雖然各種先進的防水產品使用比例在不斷擴大，但卻難改當今工程嚴重滲漏的現實。另外，由于建筑功能呈多樣化的趨勢，土建與防水之間的施工技術配合也至關重要。例如，在一個外墻外保溫系統工程中，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和防止開裂等問題、都需要多單位、多方面科技人員進行試驗研究，同時還要對一批示范工程進行長期跟蹤觀察，然后才能得出科學的結論，由此制訂的施工工法才具有可信度和可操作性。歷史證明，新產品的推廣離不開中間試驗和施工工藝的配合，若舍棄這一過程，或不顧條件地蠻干，由此造成的損失將難以預料。

4）總包方項目經理應抓防水質量。施工條件、施工程序及成品保護被公認為影響防水工程質量的三大要素，在實踐中如何做到措施落實、崗位到位、獎罰分明，是一個需要不斷深化、不斷改進的過程。由于這項工作涉及到與防水工程相關的多單位、多工種的相互配合，因此必須由施工總包方的項目經理親自組織實施。如果做不到這一點，那么一切正確的設計與施工方案，再好的質量保證措施，都會在實際工作中受到冷落與漠視，保證防水功能與工程質量就會變成一句空話。