空心砌塊房屋建筑變形裂縫的成因與防治措施

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摘要：針對我省所處高寒地區(qū)特性及節(jié)能要求，小型空心砌塊墻體建筑增多，結合筆者多年建筑工程施工實踐，論述一下小型空心砌塊房屋建筑容易產(chǎn)生裂縫的原因，并對砌塊房屋的溫度變形和收縮變形產(chǎn)生的原因進行了具體分析闡述；對砌塊房屋的溫度變形和收縮變形的計算方法及砌塊房屋變形裂縫具體的防治措施進行了深入探討和總結。

  關鍵詞：空心砌塊建筑變形裂縫   0引言   混凝土小型空心砌塊是一種新型的建筑材料，它的出現(xiàn)給古老的砌體結構注入了新的生命力。由于它的諸多優(yōu)點，已經(jīng)成為替代傳統(tǒng)的黏土磚最有競爭力的墻體材料。   在豎向孔洞配筋，灌注細石混凝土形成配筋的組合墻體，可以大大改善砌體原有的脆性和不均勻性，從而使之具有良好的抗彎、抗剪能力。適當布置的配筋芯柱，可提高砌塊墻體的抗震性能，而且配筋靈活，可以根據(jù)受力和構造需要靈活變化以適應不同層數(shù)、不同抗震設防烈度、不同部位構造的要求。但是，根據(jù)調查發(fā)現(xiàn)，小型砌塊房屋的裂縫比磚砌體房屋多而且更為普遍，引起了工程界的重視。   1砌塊房屋的溫度變形分析   混凝土小型砌塊砌體的線脹系數(shù)為10×10-6/℃，比磚砌體的大一倍，因此，小型砌塊砌體對溫度的敏感性比磚砌體高，更容易因溫度變形引起裂縫。由于溫度變形引起的墻體裂縫的形狀和部位砌塊房屋和磚砌體房屋是相類似的，只是帶有砌塊的特點而已。   多層砌塊房屋的頂層墻體和磚砌體房屋一樣是最容易出現(xiàn)溫度裂縫的。盡管混凝土砌體墻體的線脹系數(shù)與頂蓋混凝土板的線脹系數(shù)沒有差別，但在夏季陽光照射下兩者之間還是存在一定的溫差。夏季在陽光照射下，屋面上表面最高溫度可達40℃～50℃，而頂層外墻平均最高溫度約為30℃～35℃。屋頂和頂層外墻存在10℃～15℃的溫差。在寒冷地區(qū)，屋蓋結構層上面依次設有隔氣層、保溫層、找平層和防水層。頂蓋結構有保溫層的保護，它與外墻的溫差按理應有所減少。但是，可能保溫層不夠厚，或防水層滲漏，保溫層浸水，降低了保溫隔熱效果，這時兩者溫差還是有可能引起墻體的開裂。   這種溫度裂縫是有明顯的規(guī)律性：兩端重中間輕，頂層重底下輕，陽面重陰面輕。由于頂蓋的溫度伸縮也會引起與外縱墻相連的頂層橫墻的開裂，一般位于天棚下靠近外墻處出現(xiàn)斜向裂縫。頂層墻體開裂裂縫形態(tài)與圈梁設置方法有明顯的關系，但僅靠圈梁的設置并不能阻止墻體裂縫的產(chǎn)生。頂層圈梁上直接鋪設屋面板時，當屋面板坐漿與圈梁結合較好時，圈梁下仍可能出現(xiàn)斜裂縫。如果結合較差，有可能產(chǎn)生水平裂縫。   2砌塊房屋的收縮變形分析   黏土磚是燒結而成的，成品干縮性極小，所以磚砌體房屋的收縮問題一般可不予考慮。   小型空心砌塊則是混凝土拌合物經(jīng)澆筑、振搗養(yǎng)生而成的?；炷猎谟不^程中逐漸失水而干縮，其干縮量因材料和成型質量而異，并隨時間增長而逐漸減小。以普通混凝土砌塊為例，在自然養(yǎng)護條件下，成型28d后，收縮趨于穩(wěn)定，其干縮率為0.03%～0.035%，含水率在50%～60%左右，砌成砌體后，在正常使用條件下，含水率繼續(xù)下降，可達10%左右，其干縮率為0.018%～0.07%左右，干縮率的大小與砌塊上墻時含水率有關，也與溫度有關。   對于干縮已趨穩(wěn)定的普通混凝土砌塊砌體，如再次被浸濕后，會再次發(fā)生干縮，通常稱為第二干縮。普通混凝土砌塊在含水飽和后的第二干縮，其穩(wěn)定時間比成型硬化過程的第一干縮時間要短，一般為15d左右。第二干縮的收縮率給為第一干縮的80%左右。   砌塊上墻后的干縮，引起砌體干縮，而在砌體內部產(chǎn)生一定的收縮應力，當砌體的抗拉、抗剪強度不足以抵抗收縮應力時，就會產(chǎn)生裂縫。   因砌塊干縮而引起墻體裂縫，這在小型砌塊房屋是比較普遍的。在內外墻、在房屋各層均可能出現(xiàn)。干縮裂縫形態(tài)一般有幾種，其一是在墻體中部出現(xiàn)的階梯形裂縫，其二是環(huán)塊材周邊灰縫的裂縫，其三在外墻多反映在窗下墻，出現(xiàn)豎向均勻裂縫，其四在山墻等大墻面由于收縮還會出現(xiàn)豎向、有的是水平向裂縫。收縮裂縫一般多表現(xiàn)在下部幾層，這是由于墻面的收縮變形受基礎及橫墻的約束所致。有的砌塊房屋山墻大墻面中間部位，出現(xiàn)了由底層一直伸到3、4層的豎向裂縫。   砌塊的含濕量是影響干縮裂縫的主要因素，所以國外對砌塊的含濕率（指與最大總吸水量的百分比）有較嚴格的規(guī)定。日本要求各種砌塊的含水率均不超過40%。美國和加拿大等國，則根據(jù)使用砌塊地區(qū)的溫度環(huán)境和砌塊線收縮系數(shù)≤0.03%時，對于高溫環(huán)境允許的砌塊含水率為45%，中濕為40%，干燥環(huán)境時要求含水率不大于35%。   3砌塊房屋溫度、收縮應力計算   3.1溫度應力計算   砌體結構溫度應力按彈性理論分析比較復雜，應用方便，文獻提出一種近似計算方法。根據(jù)結構物相互約束的假定，砌體剪應力與相對位移有以下關系:   τ=Cx·U(1)   式中:——Cx水平阻力系數(shù)，混凝土板與砌塊墻體=0.3MPa/mm～0.6MPa/mm。   在房屋頂層分割出與相應外縱墻共同工作的頂板寬度b，頂板厚度為h，墻體厚度為t。把墻體視為半限彈性體，在上端有厚為h寬為b的鋼筋混凝土板條，由于頂板與墻體的溫差，產(chǎn)生溫度變形不協(xié)調，使頂板受壓，接觸面上產(chǎn)生剪應力。當頂板與墻頂?shù)淖杂刹町愖冃屋^大時，通過摩擦阻力使墻內主拉應力達到一定數(shù)值之后，便引起主拉應力斜裂縫或剪應力水平裂縫。   混凝土小型空心砌塊砌筑的混合結構房屋雖然墻體的線脹系數(shù)與頂板混凝土一樣，均為10×10-6/℃，但前已述及，砌塊砌體的抗拉、抗剪強度要比磚砌體低很多，所以溫度裂縫更是不可忽視。   以外縱墻的溫度應力計算不例，假定屋面板與砌塊墻體的溫差為10℃，則T=10×10-6×10=10×10-5。墻厚t=190mm，頂板寬度取b=2.55m（進深5.1m）。   砌塊砌體如使用M5砂漿砌筑，其抗拉強度僅有0.07MPa，抗剪強度僅有0.06MPa，所以它比磚砌體更容易開裂。   3.2砌塊房屋墻體收縮引起的應力計算   砌體結構收縮引起的應力尚無較好的近似計算方法，本文用Super91有限元程序對砌體墻片的收縮應力進行了彈性范圍內的計算。由于基礎的約束比較強，故收縮應力在底層比較大，本文所取的算例都取底下兩層為計算模型。底邊假設為固接，其余三邊設為自由邊。因是平面墻片，所以用二維平面應力元進行計算。收縮變形在有限元計算中不能直接作為荷載加在結構上，但可根據(jù)收縮應變與溫度應變相等，把收縮變形換算成溫度變形：   房屋山墻長度取房屋寬度L=9.2m，與橫墻共同工作的C20混凝土板寬度取開間尺寸的一半b=1.65m，墻厚t=190mm，砌塊強度為MU10，砂漿為M5，為考慮縱墻對橫墻的約束作用，把縱墻取為橫墻的翼緣，尺寸取為6倍墻厚。得到的主拉應力等應力線?？梢娮畲笾骼瓚Τ霈F(xiàn)在墻的下邊緣邊，而由于縱墻和混凝土樓板的約束作用，每個墻片的中心處為高應力區(qū)。σmax=0.913MPa，已遠遠地超出了砌體的抗拉強度，所以山墻中部易出現(xiàn)豎向的干縮裂縫。   外縱墻取一個單元進行計算，L=31.8m，t=0.19m，b=2.4m(進深為4.8m)，為簡化計算這里沒有考慮橫墻的影響。得到的σmax=1.569MPa，出現(xiàn)在一層門洞口的下角處，且每個門窗洞口的角上都是高應力區(qū)，這就說明了為什么窗角處易出現(xiàn)裂縫。   綜上所述，砌塊房屋裂縫問題涉及因素很多，比較復雜，需要開展更深入的試驗研究，研究裂縫產(chǎn)生的機理，影響因素，探索具體薄弱部位，采取更為有效而又經(jīng)濟的防治措施以及對已出現(xiàn)裂縫的修復方案等等。