墻體裂縫在各種結(jié)構(gòu)型式的建筑墻體上都有出現(xiàn)。裂縫的種類可分為三種:靜止裂縫,活動(dòng)裂縫和正在發(fā)展的裂縫。靜止裂縫由過(guò)去的事件引起的如干燥收縮,并且不會(huì)再發(fā)生,它們的寬度保持穩(wěn)定,而且可以通過(guò)填入剛性材料來(lái)修補(bǔ)。活動(dòng)裂縫的寬度不能保持穩(wěn)定,隨著結(jié)構(gòu)的荷載或者溫度、干濕的變化時(shí)開(kāi)時(shí)合,比裂縫一般不貫穿墻體,僅在墻面抹灰層上,外墻面裂縫比內(nèi)墻面多,裂縫開(kāi)展方向、數(shù)量沒(méi)有規(guī)律,危害性不大,主要影響美觀,造成使用者心理上的不安全感,嚴(yán)重的會(huì)引起墻體返潮、滲水等從而影響建筑物的使用功能。正在發(fā)展的裂縫的寬度在時(shí)時(shí)增加,因?yàn)榇偈沽芽p產(chǎn)生的原因一直存在,如建筑物基礎(chǔ)的不均勻沉降,比裂縫一般貫穿墻體,比較有規(guī)律,危害性很大,引起墻體嚴(yán)重滲水、灌風(fēng)等以至 影響建筑物的使用功能,更為嚴(yán)重的會(huì)引起建筑物突然破壞、倒塌,造成嚴(yán)重事故和財(cái)產(chǎn)損失,必須加以控制盡快修復(fù)。
1 墻體裂縫的成因分析
建筑物墻體一般由三部分組成:一是磚砌體或鋼筋砼墻;二是建筑砂漿抹灰層;三是涂料飾面層或面磚飾面層或花崗巖裝飾面層。本文研究的對(duì)象為磚砌體,建筑砂漿抹灰,涂料飾面層外墻體。
1.1 墻體裂縫的成因分析
產(chǎn)生墻體結(jié)構(gòu)裂縫的外部荷載為風(fēng)荷載、地震動(dòng)荷載、溫度變形應(yīng)力、不均勻沉降、人為荷載等。
建筑物(本文指地面上建筑物)可以認(rèn)為是固結(jié)在地面上的垂直懸臂結(jié)構(gòu),或者是凸出地面上的水平懸臂斜拉結(jié)構(gòu)或者是簡(jiǎn)支梁,外墻體即為組成以上結(jié)構(gòu)的面層材料。
建筑物受水平荷載,如受風(fēng)荷載和地震動(dòng)荷載作用時(shí),我們可以把它們?yōu)榇怪睉冶劢Y(jié)構(gòu)來(lái)分析。為了進(jìn)一步清楚分析,當(dāng)C1≤B時(shí)(C1為水平集中荷載距地面高度,B為建筑物寬度),可視其為牛腿,當(dāng)C1>B時(shí),可視其為懸臂梁,這樣簡(jiǎn)化后,不難看出,由水平荷載作用產(chǎn)生的墻體結(jié)構(gòu)裂縫現(xiàn)象就不難分析了。借鑒已有的對(duì)牛腿、懸臂梁受力產(chǎn)生的裂縫實(shí)驗(yàn)分析成果,可以較清楚地分析受此種力而產(chǎn)生墻體裂縫。
建筑物受垂直荷(如自重、層面結(jié)構(gòu)溫度變形應(yīng)力)作用時(shí),可視其為一端固定,另一端為自由端的柱。當(dāng)建筑物由于地質(zhì)條件和荷載作用產(chǎn)生非均勻沉降時(shí),可視其為水平懸臂斜拉結(jié)構(gòu),沉降少的一端(或者不沉降的一端)為固定端,沉降大的一端為懸臂結(jié)構(gòu),這種懸臂結(jié)構(gòu)可視為牛腿,如果中間沉降較大,可視其為簡(jiǎn)支梁,同樣可借鑒已有的對(duì)牛腿、柱、簡(jiǎn)支梁受力產(chǎn)生的裂縫實(shí)驗(yàn)分析成果,較清楚地分析受此種荷載而產(chǎn)生的墻體裂縫。
由此可以看出,墻體結(jié)構(gòu)裂縫的產(chǎn)生本質(zhì)上是由于建筑物抗彎、抗剪、抗壓、抗拉能力不足引起的。是一個(gè)力學(xué)問(wèn)題。換句話說(shuō),墻體結(jié)構(gòu)裂縫產(chǎn)生,一是受外部荷載作用,二是自身抵抗外部荷載能力不足;這兩者結(jié)合是導(dǎo)致不可避免產(chǎn)生結(jié)構(gòu)裂縫的根本原因。
1.2 表面裂縫成因分析
本部分主要是研究建筑砂漿抹灰層的墻體表面裂縫。建筑砂漿包括水泥砂漿和混合砂漿兩類。一般由水泥、水、砂,或者石灰(包括摻和料等)按一定配合比組成。水泥和水在凝結(jié)硬化過(guò)程中,硬化成水泥石把砂粘結(jié)在一起。
(1)建筑砂漿的應(yīng)力——應(yīng)變曲線及破壞機(jī)理
建筑砂漿在強(qiáng)度除與原材料本身強(qiáng)度有關(guān)系外,還與水泥、水及砂之間配合比有關(guān),特別是水泥用量及水灰比的大小具有重要的影響。
建筑耗資是非勻質(zhì)的合成材料,它的應(yīng)力應(yīng)變關(guān)系及破壞過(guò)程是很復(fù)雜的,建筑耗資應(yīng)力應(yīng)變關(guān)系為曲線(在一定應(yīng)力的范圍內(nèi),約極限強(qiáng)度60%范圍內(nèi)為直線)。硬化了的水泥漿其應(yīng)力應(yīng)變關(guān)系近似直線。建筑砂漿具有非彈性性質(zhì)。
建筑砂漿由于水泥石的收縮作用,在砂和水泥石結(jié)合面上就形成了局部的微細(xì)裂縫(結(jié)合面裂縫),在受力以后,這些裂縫的兩端形成拉應(yīng)力集中,裂縫就能進(jìn)一步擴(kuò)展延伸。裂縫的護(hù)展延伸可用斷裂力學(xué)理論定性地加以解釋。同等應(yīng)力條件下,建筑砂漿比硬化的水泥漿應(yīng)變要小。裂縫首先在大粒徑砂料面上擴(kuò)展延伸。開(kāi)始時(shí),擴(kuò)展延伸進(jìn)行比較緩慢,當(dāng)應(yīng)力達(dá)到一個(gè)臨界值時(shí),裂縫開(kāi)始快速擴(kuò)展,并由結(jié)合面延伸入水泥石,然后這些裂縫就逐步連續(xù)起來(lái)。裂縫全部連續(xù)就形成了平行于受力方向的裂縫。建筑砂漿的非彈性應(yīng)變,實(shí)際上主要就是這些內(nèi)部裂縫的逐步增加和擴(kuò)展所致。實(shí)際施工的建筑砂漿由于砂的含泥量客觀存在,在砂和水泥石的結(jié)合面就形成了較弱面層,自然產(chǎn)生了結(jié)合面裂縫,并成為加劇表現(xiàn)裂縫快速形成的原因。
(2)建筑砂漿的變形。
建筑砂漿面層的變形有兩種。一種是由外部荷載產(chǎn)生的變形;一種是由溫度、干濕引起的變形。建筑砂漿的應(yīng)力應(yīng)變關(guān)系為曲線,屬于彈塑材料。加載卸去后可恢復(fù)部分為彈性應(yīng)變,不可恢復(fù)部分為塑性應(yīng)變。建筑砂漿在重復(fù)荷載作用下,循環(huán)一定次數(shù)后應(yīng)力應(yīng)變曲線接近為直線,但應(yīng)力超過(guò)某一限值時(shí),又會(huì)重新變彎,而且應(yīng)變?cè)絹?lái)越大,很快就破壞,這個(gè)最大應(yīng)和值稱為疲勞強(qiáng)度。
建筑砂漿在荷載長(zhǎng)期持續(xù)作用下,應(yīng)力不變,變形也會(huì)隨著時(shí)間而增長(zhǎng),稱為徐變。建筑砂漿的變形由于受外界約束面保持不變,則其內(nèi)部將會(huì)隨時(shí)間的增長(zhǎng)降低,稱為應(yīng)力松馳。徐變與應(yīng)力松馳是一個(gè)事物的兩種不同表現(xiàn)方式。
建筑砂漿受拉比受壓極限應(yīng)變更小得多。影響建筑砂漿極限拉伸值因素很多,養(yǎng)護(hù)條件就是一個(gè)有較大影響的因素,潮濕養(yǎng)護(hù)的受拉極限應(yīng)變可比干燥存放的要大,采用高標(biāo)號(hào)水泥可提高極限拉伸值,水泥用量不變時(shí),增大水灰比,會(huì)減少受拉極限應(yīng)變。
應(yīng)該注意,建筑砂漿的抗裂性并非只取決于極限拉伸值一種性能,還與其收縮,徐變等其它因素有關(guān)。因此需從各方面綜合考慮。
溫度變形引起開(kāi)裂,由于面層薄,傳熱快,溫度變形一般引起建筑砂漿和磚砌體面上開(kāi)裂、空鼓,可能形成抹灰面層貫穿的裂縫。外界溫度變化時(shí),建筑砂漿會(huì)產(chǎn)生干縮與濕脹,濕脹系數(shù)比干縮系數(shù)要小得多,而且濕脹常產(chǎn)生有利的影響,但干縮會(huì)引起表面裂縫,并成為裂縫進(jìn)一步開(kāi)展的原因。養(yǎng)護(hù)條件及相對(duì)溫度是影響干縮的主要因素。水泥用量越多,收縮也越大;水灰比大,收縮也就越大。因此應(yīng)盡可能加強(qiáng)養(yǎng)護(hù)不使其過(guò)快。根據(jù)裂縫成因機(jī)理,干縮表面裂縫一般來(lái)說(shuō),較細(xì)密,不會(huì)貫穿墻體。綜上所述,經(jīng)現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查分析表面無(wú)規(guī)則裂縫主要為干縮裂縫,面層貫穿且較粗的縫為溫度縫,墻體貫穿縫為結(jié)構(gòu)裂縫。
2 墻體裂縫形成的實(shí)際原因
2.1 設(shè)計(jì)方面的原因
(1)高低形建筑物未設(shè)沉降縫,并因地基發(fā)生不均勻沉降而使墻體產(chǎn)生受剪和斜拉作用;(2)建筑物荷載在基礎(chǔ)平面上分布不均勻,或者樁基受載大小不均勻,引起結(jié)構(gòu)變形和地基發(fā)生非均勻沉降;(3)基礎(chǔ)型式和結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)不當(dāng),結(jié)構(gòu)本身強(qiáng)度和剛度較低;(4)建筑物高寬比太大,即長(zhǎng)細(xì)比太大,整體剛度不足;(5)建筑物過(guò)長(zhǎng)未設(shè)伸縮變形縫;(6)底層和頂層結(jié)構(gòu)整體強(qiáng)度和剛度差;(7)框架結(jié)構(gòu)構(gòu)件聯(lián)系不當(dāng)。如陽(yáng)臺(tái)(或挑臺(tái))砼壓頂(或扶手)錨入加氣塊墻體內(nèi)不當(dāng)。此處應(yīng)設(shè)構(gòu)造柱使之聯(lián)系;(8)框架結(jié)構(gòu)柱距過(guò)大,按規(guī)范兩柱之間應(yīng)設(shè)構(gòu)造柱而未設(shè),填充墻層高過(guò)大應(yīng)設(shè)拉結(jié)梁等而未設(shè);(9)建筑材料組合設(shè)計(jì)不當(dāng);(10)荷載分析不全,設(shè)計(jì)把關(guān)不嚴(yán),構(gòu)件強(qiáng)度和剛度不足或局部失穩(wěn)。
2.2 施工方面的原因
(1)未按規(guī)范規(guī)程施工,施工程序方法和工藝不當(dāng)且施工質(zhì)量差;(2)基礎(chǔ)地質(zhì)條件不均勻,施工處理不當(dāng),引起建筑物非均勻沉降;(3)混凝土早期強(qiáng)度受損;(4)砂漿標(biāo)號(hào)太低,粘結(jié)力差,墻體整體性不強(qiáng);(5)磚砌體組砌方法不正確,如通縫接槎不合要求等,使建筑物整體性較差;(6)施工時(shí)應(yīng)設(shè)拉結(jié)筋或鋼絲網(wǎng)片而未設(shè),或設(shè)置時(shí)不合規(guī)范化,或者錨固不牢,使墻體不能形成整體,成為各塊分離的獨(dú)立式墻體;(7)混凝土施工質(zhì)量和維護(hù)保養(yǎng)差,使混凝土實(shí)際強(qiáng)度等級(jí)降低。
2.3 環(huán)境材料和管理方面的原因
(1)鄰近建筑物的基礎(chǔ)施工或其設(shè)備機(jī)械振動(dòng)引起建筑物基礎(chǔ)沉降而開(kāi)裂或使結(jié)合面裂縫(包括收縮縫等缺陷裂縫)擴(kuò)展延伸;(2)地下水位變化,引起地基下沉而使墻體開(kāi)裂;(3)環(huán)境溫差引起墻面開(kāi)裂;(4)因建筑物群體引起氣流或者是大風(fēng)挾雨水對(duì)墻體經(jīng)常性沖擊荷載;(7)柔性好的結(jié)構(gòu),因局部受壓過(guò)大,使梁和柱某處或多處出現(xiàn)鉸結(jié),造成結(jié)構(gòu)特性發(fā)生變化(或者超靜定次數(shù)減少)結(jié)構(gòu)變形很大;(8)施工過(guò)程中設(shè)計(jì)變更不當(dāng),尤其是改變建筑物使用功能,顧此失彼而引起的墻體開(kāi)裂;(9)未嚴(yán)格對(duì)項(xiàng)目進(jìn)行全面質(zhì)量管理,交底不明,把關(guān)不嚴(yán),措施不力引起施工質(zhì)量差。
3 墻體裂縫的控制措施
影響墻體開(kāi)裂因素很多,以成因機(jī)理可分為兩類:一類為結(jié)構(gòu)裂縫;另一類為表面裂縫。控制辦法是針對(duì)這兩類裂縫產(chǎn)生原因,業(yè)主從設(shè)計(jì)角度,施工角度,對(duì)工程建設(shè)全過(guò)程用系統(tǒng)過(guò)程管理方法進(jìn)行予控。
3.1 從設(shè)計(jì)角度予控
設(shè)計(jì)單位應(yīng)主要解決結(jié)構(gòu)裂縫,這種外力產(chǎn)生結(jié)構(gòu)裂縫一般可通過(guò)設(shè)計(jì)單位精心設(shè)計(jì)較好地解決。
(1)增強(qiáng)建筑物結(jié)構(gòu)強(qiáng)度與剛度,使之整體堅(jiān)固、抵抗外力,即使有外力作用也應(yīng)控制其應(yīng)力,通過(guò)結(jié)構(gòu)徐變,達(dá)到應(yīng)力盡可能消除,使墻體因外力產(chǎn)生的應(yīng)力在墻體材料允許應(yīng)力范圍內(nèi)或是因應(yīng)力松馳使產(chǎn)生裂縫閉合,然后修復(fù)。重點(diǎn)解決非均勻沉降產(chǎn)生的應(yīng)力和溫度變形引起的變形應(yīng)力。增強(qiáng)底層結(jié)構(gòu)強(qiáng)度與剛度,抵抗沉降變形應(yīng)力,重點(diǎn)解決出墻端頭兩個(gè)單元窗周45度斜裂縫,建議窗臺(tái)處設(shè)置通長(zhǎng)(60厚×墻體寬度)抗裂變形鋼筋混凝土梁,此梁通長(zhǎng)至兩端框架柱或者構(gòu)造柱,配筋4Φ8分布筋為Φ6@250或2Φ8通長(zhǎng)鋼。
(2)增強(qiáng)頂層結(jié)構(gòu)強(qiáng)度與剛度,抵抗溫度筋網(wǎng)片。變形應(yīng)力,重點(diǎn)解決山墻端頭兩個(gè)單元窗用45度斜裂縫。建議窗頂過(guò)梁拉通伸至兩框架柱或構(gòu)造柱內(nèi)?;蛘叽岸磧蓚?cè)加構(gòu)造柱。
(3)基礎(chǔ)受力應(yīng)均勻,建筑物重心和基礎(chǔ)形心應(yīng)重合。樁基每根樁受力應(yīng)一致。地質(zhì)水文條件和周邊環(huán)境應(yīng)調(diào)查研究透,基礎(chǔ)形式和結(jié)構(gòu)形式要合理。
(4)高低形建筑應(yīng)設(shè)沉降縫,建筑物過(guò)長(zhǎng)應(yīng)設(shè)溫度變形縫。
(5)防止外墻部分懸挑構(gòu)件,因與主體結(jié)構(gòu)聯(lián)系不當(dāng),而產(chǎn)生細(xì)小裂縫。
(6)框架結(jié)構(gòu)陽(yáng)臺(tái)混凝土壓頂或鋼扶手與墻體聯(lián)系處應(yīng)設(shè)構(gòu)造柱。
(7)框架結(jié)構(gòu)無(wú)煙灶臺(tái)、窗懸挑板或雨蓬等墻體懸挑構(gòu)件應(yīng)通過(guò)梁(或柱)與主體結(jié)構(gòu)聯(lián)系在一起。如果聯(lián)系構(gòu)件是梁,則梁兩端必須與框架柱或構(gòu)造柱聯(lián)系在一起。
(8)懸挑處屋頂山花(高出屋面較高)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)應(yīng)既考慮滿足平穩(wěn)要求,又要考慮與主體結(jié)構(gòu)聯(lián)系,防止因?yàn)樗搅σ鸬膲w開(kāi)裂。
(9)框架柱距過(guò)大,尤其山墻處,應(yīng)在兩柱中設(shè)構(gòu)造柱。
(10)應(yīng)控制建筑物高度和寬度之比,即建筑物長(zhǎng)細(xì)比不能太大。
(11)磚混結(jié)構(gòu)構(gòu)造柱設(shè)置應(yīng)合理,數(shù)量不應(yīng)太少。
(12)選用涂料飾面應(yīng)選用延展好的涂料。
3.2 從施工角度予控把關(guān)
從施工角度解決墻體裂縫是最直接也是最有效和最終的解決方法,費(fèi)用相對(duì)比較經(jīng)濟(jì)。
(1)墻體施工均應(yīng)按規(guī)范、規(guī)程和設(shè)計(jì)要求精心施工,達(dá)到質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)要求。
磚和砂漿標(biāo)號(hào)應(yīng)滿足設(shè)計(jì)要求。磚在砌筑前要濕水,磚體轉(zhuǎn)角處和交接處,尤其內(nèi)外墻體的交接處,應(yīng)同時(shí)砌筑。對(duì)不能同時(shí)砌筑的,對(duì)必須留置的臨時(shí)間斷處,應(yīng)砌成斜槎,斜槎的長(zhǎng)度不應(yīng)小于高度的2/3。對(duì)留置斜槎有困難且要留置直搓以及構(gòu)造柱兩側(cè)應(yīng)加設(shè)拉結(jié)筋,拉結(jié)筋必須按規(guī)范和設(shè)計(jì)要求設(shè)置,錨固必須牢靠。磚墻砂漿飽滿度要高。據(jù)唐山地震調(diào)查表明,房屋的破壞一般發(fā)生在內(nèi)外墻的接槎處,而這些破壞多由于施工時(shí)留置直槎而且施工質(zhì)量很差,砌筑砂漿不飽滿所引致的。
(2)確保面層與砌體的結(jié)合牢固。消除結(jié)合面縫。砌體抹灰前要清理,并且墻面澆水要透和勻;加氣塊砌體還應(yīng)刷107膠。
面層施工工藝、方法要當(dāng),工期不能搶,質(zhì)量要好。首先要選用好水泥和砂,外墻應(yīng)選普通硅酸鹽水泥,砂的雜質(zhì)和含泥量要少,顆粒應(yīng)符合要求,力求消除砂漿自身結(jié)合面縫。磚混結(jié)構(gòu)墻體面層可以二道成活,但框架結(jié)構(gòu)宜三遍成活,厚度25為宜,每層抹灰施工完成后應(yīng)澆水養(yǎng)護(hù),并間隔一定時(shí)間(不少于7天)再抹下一層灰,且抹灰前,其上面一層要澆水濕潤(rùn),為消除結(jié)合層裂縫,應(yīng)刮水泥漿(水灰比0.37~0.4)一遍,刷107膠也可,并應(yīng)修復(fù)封閉已產(chǎn)生的干縮裂縫,以使兩層結(jié)合牢固,面層施工完后應(yīng)養(yǎng)護(hù)不少于3天。抹灰建筑砂漿宜摻加杜拉纖維等增強(qiáng)材料。
(3)基礎(chǔ)施工質(zhì)量符合規(guī)范和設(shè)計(jì)要求。基礎(chǔ)施工程序、方案,要進(jìn)行論證。土方堆放,或臨時(shí)建筑物與材料設(shè)備要盡可能離基坑遠(yuǎn)些,減少其對(duì)基底產(chǎn)生的附加應(yīng)力?;A(chǔ)驗(yàn)槽、驗(yàn)樁應(yīng)仔細(xì)認(rèn)真。嚴(yán)格控制基礎(chǔ)施工質(zhì)量。隱蔽工程刻錄要真實(shí)、準(zhǔn)確?;A(chǔ)結(jié)構(gòu)混凝土強(qiáng)度等級(jí)應(yīng)達(dá)到設(shè)計(jì)強(qiáng)度70%后,再進(jìn)行上部結(jié)構(gòu)施工,防止其早強(qiáng)受損產(chǎn)生細(xì)小裂縫,影響其抵抗荷載變形能力。
(4)上部結(jié)構(gòu)施工質(zhì)量應(yīng)符合規(guī)范和設(shè)計(jì)要求。樓板、過(guò)梁、連系梁支座處應(yīng)座漿。座漿采用1:3水泥砂漿,厚取20mm,這樣可增強(qiáng)建筑物整體剛度。
(5)對(duì)鋼筋混凝土梁板,施工時(shí)要防止踩陷負(fù)筋。鋼筋搭接長(zhǎng)度、錨固長(zhǎng)度應(yīng)符合規(guī)范要求。
(6)混凝土施工質(zhì)量要嚴(yán)格控制,確保達(dá)到設(shè)計(jì)要求。模板要清理、修整或更新,并且支撐牢固,嚴(yán)格控制水灰比和骨料級(jí)配。防止早強(qiáng)受損并注意維護(hù)保養(yǎng),且拆模不宜過(guò)早。拆模時(shí)間應(yīng)以其同條件養(yǎng)護(hù)的試塊試驗(yàn)結(jié)果為依據(jù)。
4 結(jié)束語(yǔ)
綜上所述,要解決墻體裂縫必須要分類進(jìn)行綜合分析,找出裂縫發(fā)生的成因,從而在設(shè)計(jì)和施工全過(guò)程中,系統(tǒng)地加以予控把關(guān),方能有效地減少或消除墻體裂縫的產(chǎn)生,才能真正保證建筑物的質(zhì)量。