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摘要:对混凝土小型空心砌块墙体裂缝开裂的时间、部位及形态特征进行了研究, 分析了产生裂缝的原因, 提出了控制裂缝的相应措施。
关键词:混凝土小型空心砌块; 裂缝; 成因; 控制
1 前言
混凝土是一种由粗细骨料、水泥、水及其他外加材料混合而成的非均质脆性材料。由于混凝土施工、变形和约束等一系列问题, 使混凝土裂缝成了土木、水利、桥梁、隧道等工程中最常见的工程病害。微裂缝不会影响工程的质量, 但过宽的裂缝会引起混凝土中钢筋的锈蚀, 降低结构的耐久性, 损坏结构的外观, 影响正常使用, 嚴重的甚至会影响结构的安全。因此, 分析混凝土裂缝的成因, 并采取相应的控制和修补措施是很重要的。本文对砌块墙体开裂的时间、部位及形态特征进行了研究, 分析了产生裂缝的原因, 并提出了相应的防止开裂的措施。
2 裂缝特征
(1) 裂缝出现的时间及规律
墙体裂缝通常在工程竣工后1～2 年的4～6 月份出现, 一般3 年后基本稳定。当年竣工, 特别是出窑砌块就上墙的工程, 裂缝多而宽长; 主体完成后
第2 年再抹灰交付的墙体裂缝明显细少, 同时裂缝宽度随季节变动。裂缝宽度一般为0.1mm～2mm。裂缝规律是横墙比纵墙早且多、顶层多于底层、两端多于中间、南向多于北向、西向多于东向。
(2) 裂缝分布部位及形态特征
①在外纵墙顶层或最上两层两端1～2 个开间的窗角对角线方向, 沿着砌体灰缝产生呈阶梯形的斜裂缝, 上宽下窄、向外延伸纵墙的八字形裂缝。部份工程的顶层山墙和楼梯间墙有沿砌块周边灰缝的裂缝。
②在横墙靠外墙侧易产生斜向裂缝, 个别横墙有垂直裂缝, 这种裂缝也有的是45°斜向裂缝, 在向下延伸到内外墙交接处形成。横墙裂缝在顶层大多伸展到圈梁底及内外墙交接处终止, 呈中间宽两端窄。顶层内纵墙两端墙体易产生45°斜向裂缝。
③在平屋顶檐口下或顶层圈梁下与砌块交接处的灰缝位置, 呈水平方向断续的水平缝, 房屋两端比中间严重; 有的在屋顶挑梁根部下的横隔墙上呈向外下斜阶梯形裂缝。女儿墙底易产生水平缝。
④在门窗口部位, 以外纵墙尤为突出, 且洞口的斜裂缝有上角上斜, 也有下角下斜; 有些在底层窗台下产生垂直裂缝, 也有阶梯形的, 特别是在窗的宽度大、或靠窗间墙处设置承重梁承受较大集中荷载时, 窗间墙窗口的一边或两边开裂, 长短不一,一般上宽下窄; 还有的在门窗安装时打洞或拆除一
皮砖将木门窗走头埋入然后用砖填塞, 时间不久就会出现不规则的齿形裂缝。个别工程山墙, 在窗台标高处出现水平裂缝。
⑤框架结构的填充墙, 比较常见的是在梁和柱与砌体交接处出现水平和垂直的裂缝, 而在混合结构横隔承重墙上,个别会有呈正八字形上斜裂缝。
3 裂缝成因分析
(1) 原材料产生的裂缝
①从现行砌体结构设计规范可知, 砌块与烧结砖在块体强度和砂浆强度相同的情况下, 砌块砌体的抗压强度高, 而抗剪和抗拉强度低。与同强度等级的砖墙比较, 砌块墙体的抗压强度高1.48～1.85倍; 砌块砌体沿齿缝截面弯曲抗拉强度仅为砖砌体的30%, 沿通缝截面弯曲抗拉强度仅为砖砌体的47% 左右, 而抗剪强度仅为砖砌体的53%～57% 。砌块高度190㎜, 为普通砖的3 倍, 竖缝砂浆不易饱满; 另外, 由于砌块空心的存在, 砂浆接触面积仅为砖砌体的30%, 加上墙体减薄, 抗剪能力就更低。因此, 对产生裂缝的各种因素特别敏感。
②砌块是由骨料、水泥石、气体、水分等所组成的非均质材料胶结而成的, 骨料的热膨胀系数通常为0.7×10- 5/℃, 水泥石的热膨胀系数通常为1×10-5/℃, 在温度、湿度变化条件下的硬化过程中产生不均匀的体积变形, 水泥石收缩较大, 骨料收缩小。一般来说, 混凝土砌块成型养护28 天时的变形约完成60%, 砌块变形要完全稳定需长达3～5 年, 而在生产到施工过程中, 有时砌块龄期不到即已出厂,这也是造成墙体开裂的原因之一。
③混凝土中的自由水蒸发会引起混凝土的干缩, 胶凝物质在大气中CO2 的作用下, 会引起炭化收缩, 从而引起砌块自身开裂。
④在生产领域存在生产设备质量不过关、质量体系不健全等问题, 导致产出的砌块密实度达不到要求、几何尺寸差、缺棱掉角、含水率高、不进行防潮包装等以一系列问题。
⑤在生产和运输过程中, 因振动会产生细小的裂缝, 上墙后在外界因素的作用下就会产生墙体上的宏观裂缝。
(2) 温度变化产生的裂缝
①日温差引起的墙体裂缝
对于平屋面建筑, 由于保温隔热层性能差, 或是屋面隔热层放到最后施工, 在太阳辐射热的作用下, 屋顶温度高(夏日可高达60℃以上), 而屋面下砌块墙体温度低, 上下温度差达20～30℃, 加上屋顶墙体轻、屋面与墙体形成较大的温差, 当温度高,混凝土屋面膨胀时, 温度低的墙体约束屋面变形,因而在屋面与墙体的接触面上引起水平剪应力。在该剪应力的作用下, 墙体中将产生主拉应力。由于砌块结构顶部墙体上的垂直应力很小, 故砌块墙体中的主拉应力可近似等于最大剪应力, 即
式中,Cx─墙体对屋面板变形的水平阻力系数, 对于砌块墙与混凝土屋面板。
Cx=0.3～0.6N/mm3,对于混凝土圈梁与混凝土屋面板Cx=1.0 N/mm3
αT─屋面板与砌块墙体自由变形差
αT=α2T2- α1T1
α1、T1、α2、T2—分别为墙和混凝土屋面板的线膨胀系数和最高平均温度。
t─砌块墙厚
b─1 面砌块墙负担的楼板宽度
h─顶板厚度
Ec─混凝土的弹性模量
L─建筑物的全长
若砌块墙体水平灰缝抗剪强度较高,在门窗口的四角会出现应力集中现象, 所以在产生较大的屋面温度变形推力作用下, 剪应力、推拉力超过墙体抗剪或抗拉强度时, 就会在建筑物内约束力小的部位如接近房屋顶端1～2 个开间的屋檐下墙面或在窗口角出现斜裂缝或八字形裂缝。若墙体水平灰缝抗剪强度很差, 则在水平剪应力的作用下, 使墙体出现水平裂缝或水平包角裂缝。同时, 从( 1) 式可以看出, 剪应力主要与温差、水平阻力系数和几何尺寸等有关, 因此, 用伸缩缝不能控制这种裂缝的出现和展开。另外, 对公式( 1) 进行更进一步分析(分
析过程略), 可以发现, 屋面的长度对剪应力的影响极微, 可忽略不计, 这一点在我们的调查中也得到验证。确实存在这种几乎与建筑物长度无关的裂缝, 这种裂缝不仅在纵墙上, 而且在横向隔墙( 包括山墙) 上出现。
②季节性温差引起墙体裂缝
因季节性温差和砌体干缩在墙体中引起的温度应力, 也可以按图1 所示计算简图, 假定房屋的砌块墙体支承在弹性地基上, 且按材料为各向同性均质弹性连续体。通过建立数学模型分析得到, 在负温差(冷缩)和砌体干缩的共同作用下, 墙体垂直截面上水平(法向)拉应力、墙体与地基界面上的剪应力以及墙体内主拉应力迹线如图2 所示。
从图中分析可以看到,墙体中部的主拉应力最大, 将引起自上而下的贯通的竖向裂缝。当砌块墙体很长时, 有可能产生多条竖向裂缝。由于季节性温差引起的温度应力除负温差及水平阻力系数外,主要与房屋墙体的长度有关, 因此, 为防止这种裂缝的出现, 通常按规定的间距设置温度伸缩缝。
(3) 湿胀干缩产生的裂缝
砌块在硬化过程中因逐渐失水而干缩, 其干缩率与砌块的生产方式、养护条件、骨料类型、水灰比和采用外加剂等因素有关, 并且随着强度的增长和时间的推移而逐步减缓。普通砌块的收缩率在0.03% ～0.05% , 28d 自然养护后, 仅完成收缩的50%～60%, 半年左右才基本趋于稳定。砌成墙体后, 在正常使用条件下, 含水率继续下降到10% 左右, 其干缩率为0.02%～0.03% 。当砌块砌成墙体后, 膨胀和收缩受到相邻构件的约束, 不可能产生自由变形, 砌体就会逐渐产生应力。当应力超过砌块与砂浆间的粘结力或灰缝的抗剪强度或砌块的抗拉强度时, 墙体就会产生裂缝。
对于干缩已经趋于稳定的砌块砌体, 如再次被水浸湿后, 会再次发生干缩, 不过比第1 循环时间要短, 收缩率约为第1 循环的80%左右。因砌块是半封底, 反砌后顶面有孔, 且顶面仅用砂浆抹平后,有沿灰缝和孔洞边缘的开裂, 也有砂浆掉入孔洞使表面形成孔隙和裂缝, 雨水沿这些部位向墙内流淌, 所以窗台、女儿墙、山墙封檐、阳台和阳台顶板是湿度变形最剧烈的部位。
砌块的含水量也是影响干缩、出现干缩裂缝的主要因素, 所以国外对砌块含水量有较严格的规定。日本要求各种砌块的相对含水率不超过40%;美国、加拿大则根据使用地区的湿度环境和砌块本身的干缩率提出不同的相对含水率要求。砌块含水率的控制要求贯穿于砌块的生产、储存、运输的全过程, 上墙砌块及砌成墙体后都必须保持干燥, 所以国外和国内外资砌块厂都对出厂砌块用塑料薄膜包装是有其道理的。
干缩裂缝一般发生在砌块四周的灰缝间和砌
图1 屋面板与墙体温差应力计算简图
图2 墙体中温度应力分布及竖向裂缝示意
体与钢筋混凝土梁、柱的交接处, 呈发丝状。这种裂缝不仅出现在顶层、端开间, 在其它开间也同样存在。干缩裂缝也有沿砌块外形发展的阶梯形裂缝,这种裂缝一般都很细, 宽度在0.3mm 生右, 且较均匀。另外, 砌块被雨水淋湿后, 立即砌筑, 由于上下2 层砌块含水率相差较大, 干缩程度不同, 也会导致结合面上产生水平裂缝。
(4) 施工产生的裂缝
①砌块墙体是由人工砌筑的, 砌筑工人之间技术水平的差别造成砌筑质量不稳定, 砌块块体较高和孔洞的存在, 使竖缝砂浆不易饱满, 水平缝接触面积小, 不便铺砌, 导致水平及竖向缝砂浆饱满度达不到要求, 从而减弱了墙体抗剪、抗拉和抗变形能力, 引起墙体开裂。
②施工过程中仍沿用传统的砌砖工艺, 使用传统的砌筑砂浆, 砌块表面浮灰等污物未处理干净,砌筑时铺灰过大, 漏放构造钢筋, 内外墙不同时砌筑又不留踏步式接槎, 或不放拉结钢筋, 砌块排列不合理, 上下二皮砌块竖缝搭砌小于砌块高的1/3或150mm, 随意使用残缺的砌块, 留洞或留槽不当。导致砌块之间粘结不牢, 墙体抗拉、抗剪强度降低, 从而引起墙体开裂。
③施工现场对砌块的堆放场地、遮雨措施等未能按规程的要求落实等, 受潮后仍上墙, 引起二次干缩, 造成墙体缝的产生。
(5) 忽略构造措施产生的裂缝, 通常出现的情况有:
①屋面檐口部分不设架空隔热层, 致使顶层横墙易产生阶梯状裂缝;
②屋面保温材料的品种、厚度仅凭经验确定,无“量”的计算;
③变形缝宽度不合理, 不能控制建筑物中发生的有害应力, 不能阻断、吸收因结构热膨胀、冷收缩等产生的应力;
④建筑物结构整体性差, 如楼梯间墙体的钢筋混凝土不闭合交圈;
⑤不同结构混合使用, 又无适当措施, 如在钢筋混凝土梁上筑墙, 因梁受力产生挠度而引起裂缝;
⑥局部薄弱环节未采取加强措施, 如大窗户两侧的墙体结构不当等。
4 裂缝控制的措施
(1) 原材料的控制措施
①在条件许可的情况下, 尽量选用生产设备先进的产品, 以保证砌块生产质量。另外, 多次干湿循环能明显降低砌块的收缩值, 生产厂商应利用此项
性能, 探讨在养护期采取措施以改善砌块的收缩性能, 这是减少砌块建筑裂缝的一项治本措施。
②选用级配合理、干净的骨料; 严格控制水泥、粉煤灰与水的用量; 火山渣等多孔材料作骨料时,要延长砌块成型震动时间, 增加混凝土的密实度。不同品种水泥不得混用。
③把好产品出厂关, 砌块的龄期自养周期不少于28d; 蒸汽养护不少于25d 后方可出厂。
④砌块的规格、强度等级、含水率等应经严格检验。符合要求方可进入施工现场使用。
⑤砌块出厂要进行防潮包装。据介绍, 国外在出厂砌块垛的上下面均衬有聚乙烯薄膜, 以保持砌块的干燥。砌块的运输和堆放要注意防止雨淋, 保持堆放场地干净整洁, 不积水, 严禁随意倾倒卸料。
(2) 构造方面的控制措施
①为了防止或减轻房屋在正常使用条件下, 由温差和砌体干缩引起的墙体竖向裂缝, 应在墙体中设置伸缩缝。伸缩缝应设在因温度和收缩变形可能引起应力集中、砌体产生裂缝可能性最大的地方。
②控制顶层墙体裂缝的关键是减少屋面与墙体之间的温度差。较理想的是采用坡屋顶, 若必须采用平屋顶时, 应同时设置保温层和隔热层, 在檐口处的保温层厚度必须满足允许温差的要求。同时, 隔热层应满铺, 不得在檐口处出现空档。在屋盖适当部位应设置分隔缝。在各层窗台处均设置钢筋混凝土窗台梁, 提高底层窗台下砌筑砂浆的强度等级, 以减少由于压力差引起的裂缝。在顶层圈梁上面, 设置混凝土遮阳板, 以免圈梁因日光照射膨胀而将顶层墙体拉裂。
③提高顶层墙体的小砌块和砌筑砂浆的强度等级, 应不低于7.5 级。墙体砂浆饱满度水平灰缝必须达到90% ; 竖缝必须达到80% , 灰缝厚度控制在8～12mm。
④做好砌块建筑的防水设计。对伸出墙外的雨蓬, 开敞的阳台, 室外空调搁格、窗套及水平线脚等部位, 都应采取有效的防水措施。室外散水坡顶面以上及室内地面以下的砌块, 均应设置防潮层。窗台顶面要用实心砌块或配筋带封顶。
⑤砌块建筑除按有关规范条款设置圈梁和构造柱外, 应在裂缝多发部位增设抗裂柱和抗裂墙,以提高墙体抗拉、抗剪能力。主要措施有:①顶层房屋面两端第1～2 开间内纵墙及内墙长度大于3m时, 在墙体内要加设抗裂芯柱和设置横向水平钢筋网片。②在房屋的门窗洞口两侧应设置抗裂芯柱,钢筋直径不小于12mm。当楼层高度不小于4 层时, 顶层和底层的端开向外纵墙门窗洞口两侧应设置2 孔抗裂芯柱。③在窗台标高处, 外纵墙应设置水平现浇钢筋混凝土配筋带(或称系梁), 配筋带高度不小于100mm, 纵向钢筋不小于2￠l2mm, 并应设￠6@200 分布筋。配筋带在房屋的顶层及底层,应沿外纵墙通长设置, 并应锚入与纵墙相交的横墙中, 锚入长度不小于1m。在顶部横墙内设置钢筋网片, 顶层全长设置、次顶层不少于墙宽的1 /2。网片应伸入内外墙交接处的构造柱内。④房屋山墙中
可设置水平钢筋网片, 或在山墙增设抗裂芯柱或构造柱。设置水平钢筋网片间距可在400～600mm。山墙内增加芯柱或构造柱, 柱间距不宜大于3m。用来增强顶层墙体的抗拉、抗剪强度。
⑥平顶刚性屋面砌块房屋不宜设置女儿墙(因屋面防水不好处理)。若必须设置女儿墙时, 应有插筋抗裂芯柱(间距不大于0.6m)或构造柱(间距不大于4m 或每开间设置)。插筋应伸入至女儿墙顶, 并与现浇混凝土压顶浇于一体。
(3) 施工方面的控制措施
①严格控制砌塊自养周期不少于28d; 蒸汽养护不少于25d 后方可使用。严禁养护龄期不足的砌块上墙; 严格限制上墙砌块的含水率; 现场砌块应保持干燥, 砌筑前严禁对砌块浇水、抹灰前墙面也不要喷水, 严禁雨后砌筑墙体。
②砌筑工人应持证上岗。上岗前应做好技术交底, 要求每一层的同部位墙体应由同一人施工。在施工前一定要做好砌块的排序方案, 绝不允许出现通缝, 更不允许用碎砖、砂浆填塞。砌块砌筑时水平灰缝用座浆法铺浆, 竖缝先将小砌块端面朝上铺满砂浆, 然后上墙挤紧, 并用泥刀在竖缝中插捣密实,做到随砌随勾缝。砌一步架高后要及时用1:3 水泥砂浆勾缝。
③混凝土砌块应采用砌块专用砂浆砌筑, 砌筑砂浆须采用和易性好、粘结力强、稠度控制在50mm 以下的混合砂浆, 严禁用普通的水泥砂浆。
④墙体水平灰缝和竖缝必须饱满, 水平缝灰浆饱满度达到90% , 竖缝灰浆饱满度应达到80% ,严禁砌体出现瞎缝和透明缝; 为了避免新砌体压缩变形过大, 严格控制日砌高度, 外墙日砌高度控制在2m 左右为宜。
⑤顶层内粉应在屋面保温层、隔热层施工完毕后进行, 以减少温差效应的影响。外粉刷坚持屋面封顶半个月后, 并在墙体干缩基本稳定后进行, 宜采用从次顶层开始往下, 最后抹顶层, 避免日后粉刷开裂, 使墙体有一个干缩稳定的过程。
⑥面层尽量避免使用面砖, 建议采用涂料, 面层涂料施工时宜采用抗裂柔性耐水腻子, 底层用呼吸性良好的高分子乳液弹性涂料, 柔性耐水腻子与弹性底层涂料两者的配套使用, 不仅满足面层的变形的要求, 而且还具有良好的防水、透气、耐冻融、装饰作用。
⑦墙体与构造柱连接处应砌成马牙槎。从多层柱脚开始, 先退后进, 形成100mm 宽、200mm 高的凹凸花口。柱墙间应用2￠6 拉结筋拉结, 间距400mm, 每边伸入墙内1000mm 或伸至洞口。浇灌构造柱混凝土前, 应清除落地灰等杂物并将模板浇水湿润, 然后先注入50mm 厚水泥浆, 再分段浇灌、振捣混凝土。构造柱模板必须紧贴墙面, 支撑牢靠, 严禁板缝漏浆。混凝土坍落度以50mm～70mm为宜。
⑧抗裂芯柱施工。(a)每根芯柱脚均应采用双孔E 形或单孔L 形砌块并留设清扫口。芯柱插筋采用带肋钢筋, 通过清扫口与圈梁伸出的插筋搭接长度为45d, 用模板封闭清扫口。(b)在浇筑混凝土前先清扫芯柱孔洞内壁和孔洞的杂物; 浇筑与芯柱混凝土相同的水泥砂浆层, 再浇筑混凝土。(c)混凝土应定量浇筑, 若达不到定量则认为浇筑不密实; (d)芯柱混凝土应连续浇筑, 采用微型振捣器或插入式振动捧振捣, 并按400mm～500mm 的厚度捣实至芯柱最上一皮砌块顶面5mm 止, 不留施工缝。
⑨构造柱施工。(a)按绑扎钢筋→砌筑砌块墙
体→支模板→浇灌混凝土的顺序进行。(b) 构造柱混凝土的坍落度为50～70㎜, 保护层厚20mm, 不应小于15mm。(c) 构造柱混凝土浇灌前应清扫落地灰浆等杂物, 并将模板浇水湿润。先浇筑与混凝土配合比相同的水泥砂浆(厚50㎜), 再分层浇筑混凝土并振捣。
⑩设计规定或施工需要的孔洞、管道、沟槽和预埋件等, 必须在砌筑墙体时预埋或预留, 不得在已砌筑墙体上打洞或凿槽。顶层供热水平串管在山墙处不能用卡子固定, 保证其能自由伸缩活动; 外墙内侧设有暗管暗线时, 应使用同种材料带纵槽或横槽的异型辅助砌块, 施工时要密切和水电施工人员配合, 禁止在外墙砌好后凿槽、凿孔等。另外外墙砌体不宜吊挂重物, 设计上应考虑用跳板、阳台等安放空调设备。
5 结语
控制砌块裂缝应综合考虑引起裂缝成因的各方面因素, 强调设计与施工间的密切合作。根據上述分析, 笔者认为, 从把好原材料入手, 加强施工过程的质量控制, 采用在顶层墙体变形较大部位墙体内设置插芯柱和构造柱或敷设钢筋网的方法, 在控制温度裂缝方面是切实可行的。
注：文章内的图表及公式请以PDF格式查看
关键词:混凝土小型空心砌块; 裂缝; 成因; 控制
1 前言
混凝土是一种由粗细骨料、水泥、水及其他外加材料混合而成的非均质脆性材料。由于混凝土施工、变形和约束等一系列问题, 使混凝土裂缝成了土木、水利、桥梁、隧道等工程中最常见的工程病害。微裂缝不会影响工程的质量, 但过宽的裂缝会引起混凝土中钢筋的锈蚀, 降低结构的耐久性, 损坏结构的外观, 影响正常使用, 嚴重的甚至会影响结构的安全。因此, 分析混凝土裂缝的成因, 并采取相应的控制和修补措施是很重要的。本文对砌块墙体开裂的时间、部位及形态特征进行了研究, 分析了产生裂缝的原因, 并提出了相应的防止开裂的措施。
2 裂缝特征
(1) 裂缝出现的时间及规律
墙体裂缝通常在工程竣工后1～2 年的4～6 月份出现, 一般3 年后基本稳定。当年竣工, 特别是出窑砌块就上墙的工程, 裂缝多而宽长; 主体完成后
第2 年再抹灰交付的墙体裂缝明显细少, 同时裂缝宽度随季节变动。裂缝宽度一般为0.1mm～2mm。裂缝规律是横墙比纵墙早且多、顶层多于底层、两端多于中间、南向多于北向、西向多于东向。
(2) 裂缝分布部位及形态特征
①在外纵墙顶层或最上两层两端1～2 个开间的窗角对角线方向, 沿着砌体灰缝产生呈阶梯形的斜裂缝, 上宽下窄、向外延伸纵墙的八字形裂缝。部份工程的顶层山墙和楼梯间墙有沿砌块周边灰缝的裂缝。
②在横墙靠外墙侧易产生斜向裂缝, 个别横墙有垂直裂缝, 这种裂缝也有的是45°斜向裂缝, 在向下延伸到内外墙交接处形成。横墙裂缝在顶层大多伸展到圈梁底及内外墙交接处终止, 呈中间宽两端窄。顶层内纵墙两端墙体易产生45°斜向裂缝。
③在平屋顶檐口下或顶层圈梁下与砌块交接处的灰缝位置, 呈水平方向断续的水平缝, 房屋两端比中间严重; 有的在屋顶挑梁根部下的横隔墙上呈向外下斜阶梯形裂缝。女儿墙底易产生水平缝。
④在门窗口部位, 以外纵墙尤为突出, 且洞口的斜裂缝有上角上斜, 也有下角下斜; 有些在底层窗台下产生垂直裂缝, 也有阶梯形的, 特别是在窗的宽度大、或靠窗间墙处设置承重梁承受较大集中荷载时, 窗间墙窗口的一边或两边开裂, 长短不一,一般上宽下窄; 还有的在门窗安装时打洞或拆除一
皮砖将木门窗走头埋入然后用砖填塞, 时间不久就会出现不规则的齿形裂缝。个别工程山墙, 在窗台标高处出现水平裂缝。
⑤框架结构的填充墙, 比较常见的是在梁和柱与砌体交接处出现水平和垂直的裂缝, 而在混合结构横隔承重墙上,个别会有呈正八字形上斜裂缝。
3 裂缝成因分析
(1) 原材料产生的裂缝
①从现行砌体结构设计规范可知, 砌块与烧结砖在块体强度和砂浆强度相同的情况下, 砌块砌体的抗压强度高, 而抗剪和抗拉强度低。与同强度等级的砖墙比较, 砌块墙体的抗压强度高1.48～1.85倍; 砌块砌体沿齿缝截面弯曲抗拉强度仅为砖砌体的30%, 沿通缝截面弯曲抗拉强度仅为砖砌体的47% 左右, 而抗剪强度仅为砖砌体的53%～57% 。砌块高度190㎜, 为普通砖的3 倍, 竖缝砂浆不易饱满; 另外, 由于砌块空心的存在, 砂浆接触面积仅为砖砌体的30%, 加上墙体减薄, 抗剪能力就更低。因此, 对产生裂缝的各种因素特别敏感。
②砌块是由骨料、水泥石、气体、水分等所组成的非均质材料胶结而成的, 骨料的热膨胀系数通常为0.7×10- 5/℃, 水泥石的热膨胀系数通常为1×10-5/℃, 在温度、湿度变化条件下的硬化过程中产生不均匀的体积变形, 水泥石收缩较大, 骨料收缩小。一般来说, 混凝土砌块成型养护28 天时的变形约完成60%, 砌块变形要完全稳定需长达3～5 年, 而在生产到施工过程中, 有时砌块龄期不到即已出厂,这也是造成墙体开裂的原因之一。
③混凝土中的自由水蒸发会引起混凝土的干缩, 胶凝物质在大气中CO2 的作用下, 会引起炭化收缩, 从而引起砌块自身开裂。
④在生产领域存在生产设备质量不过关、质量体系不健全等问题, 导致产出的砌块密实度达不到要求、几何尺寸差、缺棱掉角、含水率高、不进行防潮包装等以一系列问题。
⑤在生产和运输过程中, 因振动会产生细小的裂缝, 上墙后在外界因素的作用下就会产生墙体上的宏观裂缝。
(2) 温度变化产生的裂缝
①日温差引起的墙体裂缝
对于平屋面建筑, 由于保温隔热层性能差, 或是屋面隔热层放到最后施工, 在太阳辐射热的作用下, 屋顶温度高(夏日可高达60℃以上), 而屋面下砌块墙体温度低, 上下温度差达20～30℃, 加上屋顶墙体轻、屋面与墙体形成较大的温差, 当温度高,混凝土屋面膨胀时, 温度低的墙体约束屋面变形,因而在屋面与墙体的接触面上引起水平剪应力。在该剪应力的作用下, 墙体中将产生主拉应力。由于砌块结构顶部墙体上的垂直应力很小, 故砌块墙体中的主拉应力可近似等于最大剪应力, 即
式中,Cx─墙体对屋面板变形的水平阻力系数, 对于砌块墙与混凝土屋面板。
Cx=0.3～0.6N/mm3,对于混凝土圈梁与混凝土屋面板Cx=1.0 N/mm3
αT─屋面板与砌块墙体自由变形差
αT=α2T2- α1T1
α1、T1、α2、T2—分别为墙和混凝土屋面板的线膨胀系数和最高平均温度。
t─砌块墙厚
b─1 面砌块墙负担的楼板宽度
h─顶板厚度
Ec─混凝土的弹性模量
L─建筑物的全长
若砌块墙体水平灰缝抗剪强度较高,在门窗口的四角会出现应力集中现象, 所以在产生较大的屋面温度变形推力作用下, 剪应力、推拉力超过墙体抗剪或抗拉强度时, 就会在建筑物内约束力小的部位如接近房屋顶端1～2 个开间的屋檐下墙面或在窗口角出现斜裂缝或八字形裂缝。若墙体水平灰缝抗剪强度很差, 则在水平剪应力的作用下, 使墙体出现水平裂缝或水平包角裂缝。同时, 从( 1) 式可以看出, 剪应力主要与温差、水平阻力系数和几何尺寸等有关, 因此, 用伸缩缝不能控制这种裂缝的出现和展开。另外, 对公式( 1) 进行更进一步分析(分
析过程略), 可以发现, 屋面的长度对剪应力的影响极微, 可忽略不计, 这一点在我们的调查中也得到验证。确实存在这种几乎与建筑物长度无关的裂缝, 这种裂缝不仅在纵墙上, 而且在横向隔墙( 包括山墙) 上出现。
②季节性温差引起墙体裂缝
因季节性温差和砌体干缩在墙体中引起的温度应力, 也可以按图1 所示计算简图, 假定房屋的砌块墙体支承在弹性地基上, 且按材料为各向同性均质弹性连续体。通过建立数学模型分析得到, 在负温差(冷缩)和砌体干缩的共同作用下, 墙体垂直截面上水平(法向)拉应力、墙体与地基界面上的剪应力以及墙体内主拉应力迹线如图2 所示。
从图中分析可以看到,墙体中部的主拉应力最大, 将引起自上而下的贯通的竖向裂缝。当砌块墙体很长时, 有可能产生多条竖向裂缝。由于季节性温差引起的温度应力除负温差及水平阻力系数外,主要与房屋墙体的长度有关, 因此, 为防止这种裂缝的出现, 通常按规定的间距设置温度伸缩缝。
(3) 湿胀干缩产生的裂缝
砌块在硬化过程中因逐渐失水而干缩, 其干缩率与砌块的生产方式、养护条件、骨料类型、水灰比和采用外加剂等因素有关, 并且随着强度的增长和时间的推移而逐步减缓。普通砌块的收缩率在0.03% ～0.05% , 28d 自然养护后, 仅完成收缩的50%～60%, 半年左右才基本趋于稳定。砌成墙体后, 在正常使用条件下, 含水率继续下降到10% 左右, 其干缩率为0.02%～0.03% 。当砌块砌成墙体后, 膨胀和收缩受到相邻构件的约束, 不可能产生自由变形, 砌体就会逐渐产生应力。当应力超过砌块与砂浆间的粘结力或灰缝的抗剪强度或砌块的抗拉强度时, 墙体就会产生裂缝。
对于干缩已经趋于稳定的砌块砌体, 如再次被水浸湿后, 会再次发生干缩, 不过比第1 循环时间要短, 收缩率约为第1 循环的80%左右。因砌块是半封底, 反砌后顶面有孔, 且顶面仅用砂浆抹平后,有沿灰缝和孔洞边缘的开裂, 也有砂浆掉入孔洞使表面形成孔隙和裂缝, 雨水沿这些部位向墙内流淌, 所以窗台、女儿墙、山墙封檐、阳台和阳台顶板是湿度变形最剧烈的部位。
砌块的含水量也是影响干缩、出现干缩裂缝的主要因素, 所以国外对砌块含水量有较严格的规定。日本要求各种砌块的相对含水率不超过40%;美国、加拿大则根据使用地区的湿度环境和砌块本身的干缩率提出不同的相对含水率要求。砌块含水率的控制要求贯穿于砌块的生产、储存、运输的全过程, 上墙砌块及砌成墙体后都必须保持干燥, 所以国外和国内外资砌块厂都对出厂砌块用塑料薄膜包装是有其道理的。
干缩裂缝一般发生在砌块四周的灰缝间和砌
图1 屋面板与墙体温差应力计算简图
图2 墙体中温度应力分布及竖向裂缝示意
体与钢筋混凝土梁、柱的交接处, 呈发丝状。这种裂缝不仅出现在顶层、端开间, 在其它开间也同样存在。干缩裂缝也有沿砌块外形发展的阶梯形裂缝,这种裂缝一般都很细, 宽度在0.3mm 生右, 且较均匀。另外, 砌块被雨水淋湿后, 立即砌筑, 由于上下2 层砌块含水率相差较大, 干缩程度不同, 也会导致结合面上产生水平裂缝。
(4) 施工产生的裂缝
①砌块墙体是由人工砌筑的, 砌筑工人之间技术水平的差别造成砌筑质量不稳定, 砌块块体较高和孔洞的存在, 使竖缝砂浆不易饱满, 水平缝接触面积小, 不便铺砌, 导致水平及竖向缝砂浆饱满度达不到要求, 从而减弱了墙体抗剪、抗拉和抗变形能力, 引起墙体开裂。
②施工过程中仍沿用传统的砌砖工艺, 使用传统的砌筑砂浆, 砌块表面浮灰等污物未处理干净,砌筑时铺灰过大, 漏放构造钢筋, 内外墙不同时砌筑又不留踏步式接槎, 或不放拉结钢筋, 砌块排列不合理, 上下二皮砌块竖缝搭砌小于砌块高的1/3或150mm, 随意使用残缺的砌块, 留洞或留槽不当。导致砌块之间粘结不牢, 墙体抗拉、抗剪强度降低, 从而引起墙体开裂。
③施工现场对砌块的堆放场地、遮雨措施等未能按规程的要求落实等, 受潮后仍上墙, 引起二次干缩, 造成墙体缝的产生。
(5) 忽略构造措施产生的裂缝, 通常出现的情况有:
①屋面檐口部分不设架空隔热层, 致使顶层横墙易产生阶梯状裂缝;
②屋面保温材料的品种、厚度仅凭经验确定,无“量”的计算;
③变形缝宽度不合理, 不能控制建筑物中发生的有害应力, 不能阻断、吸收因结构热膨胀、冷收缩等产生的应力;
④建筑物结构整体性差, 如楼梯间墙体的钢筋混凝土不闭合交圈;
⑤不同结构混合使用, 又无适当措施, 如在钢筋混凝土梁上筑墙, 因梁受力产生挠度而引起裂缝;
⑥局部薄弱环节未采取加强措施, 如大窗户两侧的墙体结构不当等。
4 裂缝控制的措施
(1) 原材料的控制措施
①在条件许可的情况下, 尽量选用生产设备先进的产品, 以保证砌块生产质量。另外, 多次干湿循环能明显降低砌块的收缩值, 生产厂商应利用此项
性能, 探讨在养护期采取措施以改善砌块的收缩性能, 这是减少砌块建筑裂缝的一项治本措施。
②选用级配合理、干净的骨料; 严格控制水泥、粉煤灰与水的用量; 火山渣等多孔材料作骨料时,要延长砌块成型震动时间, 增加混凝土的密实度。不同品种水泥不得混用。
③把好产品出厂关, 砌块的龄期自养周期不少于28d; 蒸汽养护不少于25d 后方可出厂。
④砌块的规格、强度等级、含水率等应经严格检验。符合要求方可进入施工现场使用。
⑤砌块出厂要进行防潮包装。据介绍, 国外在出厂砌块垛的上下面均衬有聚乙烯薄膜, 以保持砌块的干燥。砌块的运输和堆放要注意防止雨淋, 保持堆放场地干净整洁, 不积水, 严禁随意倾倒卸料。
(2) 构造方面的控制措施
①为了防止或减轻房屋在正常使用条件下, 由温差和砌体干缩引起的墙体竖向裂缝, 应在墙体中设置伸缩缝。伸缩缝应设在因温度和收缩变形可能引起应力集中、砌体产生裂缝可能性最大的地方。
②控制顶层墙体裂缝的关键是减少屋面与墙体之间的温度差。较理想的是采用坡屋顶, 若必须采用平屋顶时, 应同时设置保温层和隔热层, 在檐口处的保温层厚度必须满足允许温差的要求。同时, 隔热层应满铺, 不得在檐口处出现空档。在屋盖适当部位应设置分隔缝。在各层窗台处均设置钢筋混凝土窗台梁, 提高底层窗台下砌筑砂浆的强度等级, 以减少由于压力差引起的裂缝。在顶层圈梁上面, 设置混凝土遮阳板, 以免圈梁因日光照射膨胀而将顶层墙体拉裂。
③提高顶层墙体的小砌块和砌筑砂浆的强度等级, 应不低于7.5 级。墙体砂浆饱满度水平灰缝必须达到90% ; 竖缝必须达到80% , 灰缝厚度控制在8～12mm。
④做好砌块建筑的防水设计。对伸出墙外的雨蓬, 开敞的阳台, 室外空调搁格、窗套及水平线脚等部位, 都应采取有效的防水措施。室外散水坡顶面以上及室内地面以下的砌块, 均应设置防潮层。窗台顶面要用实心砌块或配筋带封顶。
⑤砌块建筑除按有关规范条款设置圈梁和构造柱外, 应在裂缝多发部位增设抗裂柱和抗裂墙,以提高墙体抗拉、抗剪能力。主要措施有:①顶层房屋面两端第1～2 开间内纵墙及内墙长度大于3m时, 在墙体内要加设抗裂芯柱和设置横向水平钢筋网片。②在房屋的门窗洞口两侧应设置抗裂芯柱,钢筋直径不小于12mm。当楼层高度不小于4 层时, 顶层和底层的端开向外纵墙门窗洞口两侧应设置2 孔抗裂芯柱。③在窗台标高处, 外纵墙应设置水平现浇钢筋混凝土配筋带(或称系梁), 配筋带高度不小于100mm, 纵向钢筋不小于2￠l2mm, 并应设￠6@200 分布筋。配筋带在房屋的顶层及底层,应沿外纵墙通长设置, 并应锚入与纵墙相交的横墙中, 锚入长度不小于1m。在顶部横墙内设置钢筋网片, 顶层全长设置、次顶层不少于墙宽的1 /2。网片应伸入内外墙交接处的构造柱内。④房屋山墙中
可设置水平钢筋网片, 或在山墙增设抗裂芯柱或构造柱。设置水平钢筋网片间距可在400～600mm。山墙内增加芯柱或构造柱, 柱间距不宜大于3m。用来增强顶层墙体的抗拉、抗剪强度。
⑥平顶刚性屋面砌块房屋不宜设置女儿墙(因屋面防水不好处理)。若必须设置女儿墙时, 应有插筋抗裂芯柱(间距不大于0.6m)或构造柱(间距不大于4m 或每开间设置)。插筋应伸入至女儿墙顶, 并与现浇混凝土压顶浇于一体。
(3) 施工方面的控制措施
①严格控制砌塊自养周期不少于28d; 蒸汽养护不少于25d 后方可使用。严禁养护龄期不足的砌块上墙; 严格限制上墙砌块的含水率; 现场砌块应保持干燥, 砌筑前严禁对砌块浇水、抹灰前墙面也不要喷水, 严禁雨后砌筑墙体。
②砌筑工人应持证上岗。上岗前应做好技术交底, 要求每一层的同部位墙体应由同一人施工。在施工前一定要做好砌块的排序方案, 绝不允许出现通缝, 更不允许用碎砖、砂浆填塞。砌块砌筑时水平灰缝用座浆法铺浆, 竖缝先将小砌块端面朝上铺满砂浆, 然后上墙挤紧, 并用泥刀在竖缝中插捣密实,做到随砌随勾缝。砌一步架高后要及时用1:3 水泥砂浆勾缝。
③混凝土砌块应采用砌块专用砂浆砌筑, 砌筑砂浆须采用和易性好、粘结力强、稠度控制在50mm 以下的混合砂浆, 严禁用普通的水泥砂浆。
④墙体水平灰缝和竖缝必须饱满, 水平缝灰浆饱满度达到90% , 竖缝灰浆饱满度应达到80% ,严禁砌体出现瞎缝和透明缝; 为了避免新砌体压缩变形过大, 严格控制日砌高度, 外墙日砌高度控制在2m 左右为宜。
⑤顶层内粉应在屋面保温层、隔热层施工完毕后进行, 以减少温差效应的影响。外粉刷坚持屋面封顶半个月后, 并在墙体干缩基本稳定后进行, 宜采用从次顶层开始往下, 最后抹顶层, 避免日后粉刷开裂, 使墙体有一个干缩稳定的过程。
⑥面层尽量避免使用面砖, 建议采用涂料, 面层涂料施工时宜采用抗裂柔性耐水腻子, 底层用呼吸性良好的高分子乳液弹性涂料, 柔性耐水腻子与弹性底层涂料两者的配套使用, 不仅满足面层的变形的要求, 而且还具有良好的防水、透气、耐冻融、装饰作用。
⑦墙体与构造柱连接处应砌成马牙槎。从多层柱脚开始, 先退后进, 形成100mm 宽、200mm 高的凹凸花口。柱墙间应用2￠6 拉结筋拉结, 间距400mm, 每边伸入墙内1000mm 或伸至洞口。浇灌构造柱混凝土前, 应清除落地灰等杂物并将模板浇水湿润, 然后先注入50mm 厚水泥浆, 再分段浇灌、振捣混凝土。构造柱模板必须紧贴墙面, 支撑牢靠, 严禁板缝漏浆。混凝土坍落度以50mm～70mm为宜。
⑧抗裂芯柱施工。(a)每根芯柱脚均应采用双孔E 形或单孔L 形砌块并留设清扫口。芯柱插筋采用带肋钢筋, 通过清扫口与圈梁伸出的插筋搭接长度为45d, 用模板封闭清扫口。(b)在浇筑混凝土前先清扫芯柱孔洞内壁和孔洞的杂物; 浇筑与芯柱混凝土相同的水泥砂浆层, 再浇筑混凝土。(c)混凝土应定量浇筑, 若达不到定量则认为浇筑不密实; (d)芯柱混凝土应连续浇筑, 采用微型振捣器或插入式振动捧振捣, 并按400mm～500mm 的厚度捣实至芯柱最上一皮砌块顶面5mm 止, 不留施工缝。
⑨构造柱施工。(a)按绑扎钢筋→砌筑砌块墙
体→支模板→浇灌混凝土的顺序进行。(b) 构造柱混凝土的坍落度为50～70㎜, 保护层厚20mm, 不应小于15mm。(c) 构造柱混凝土浇灌前应清扫落地灰浆等杂物, 并将模板浇水湿润。先浇筑与混凝土配合比相同的水泥砂浆(厚50㎜), 再分层浇筑混凝土并振捣。
⑩设计规定或施工需要的孔洞、管道、沟槽和预埋件等, 必须在砌筑墙体时预埋或预留, 不得在已砌筑墙体上打洞或凿槽。顶层供热水平串管在山墙处不能用卡子固定, 保证其能自由伸缩活动; 外墙内侧设有暗管暗线时, 应使用同种材料带纵槽或横槽的异型辅助砌块, 施工时要密切和水电施工人员配合, 禁止在外墙砌好后凿槽、凿孔等。另外外墙砌体不宜吊挂重物, 设计上应考虑用跳板、阳台等安放空调设备。
5 结语
控制砌块裂缝应综合考虑引起裂缝成因的各方面因素, 强调设计与施工间的密切合作。根據上述分析, 笔者认为, 从把好原材料入手, 加强施工过程的质量控制, 采用在顶层墙体变形较大部位墙体内设置插芯柱和构造柱或敷设钢筋网的方法, 在控制温度裂缝方面是切实可行的。
注：文章内的图表及公式请以PDF格式查看