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墻體裂縫的分析研究及控制措施

時間:2018-12-05

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,活動裂縫和正在發(fā)展的裂縫。靜止裂縫由過去的事件引起的如干燥收縮,并且不會再發(fā)生,它們的寬度保持穩(wěn)定,而且可以通過填入剛性材料來修補?;顒恿芽p的寬度不能保持穩(wěn)定,隨著結(jié)構(gòu)的荷載或者溫度、干濕的變化時開時合,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,裂縫開展方向、數(shù)量沒有規(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,嚴重的會引起墻體返潮、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時增加,因為促使裂縫產(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,引起墻體嚴重滲水、灌風等以至 影響建筑物的使用功能,更為嚴重的會引起建筑物突然破壞、倒塌,造成嚴重事故和財產(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荷載、地震動荷載、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,如受風荷載和地震動荷載作用時,我們可以把它們?yōu)榇怪睉冶劢Y(jié)構(gòu)來分析。為了進一步清楚分析,當C1≤B時(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C1>B時,可視其為懸臂梁,這樣簡化后,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。借鑒已有的對牛腿、懸臂梁受力產(chǎn)生的裂縫實驗分析成果,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,可視其為一端固定,另一端為自由端的柱。當建筑物由于地質(zhì)條件和荷載作用產(chǎn)生非均勻沉降時,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,可視其為簡支梁,同樣可借鑒已有的對牛腿、柱、簡支梁受力產(chǎn)生的裂縫實驗分析成果,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。是一個力學問題。換句話說,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)變曲線及破壞機理
建筑砂漿在強度除與原材料本身強度有關(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,裂縫就能進一步擴展延伸。裂縫的護展延伸可用斷裂力學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展延伸。開始時,擴展延伸進行比較緩慢,當應(yīng)力達到一個臨界值時,裂縫開始快速擴展,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。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,實際上主要就是這些內(nèi)部裂縫的逐步增加和擴展所致。實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)力超過某一限值時,又會重新變彎,而且應(yīng)變越來越大,很快就破壞,這個最大應(yīng)和值稱為疲勞強度。
建筑砂漿在荷載長期持續(xù)作用下,應(yīng)力不變,變形也會隨著時間而增長,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)部將會隨時間的增長降低,稱為應(yīng)力松馳。徐變與應(yīng)力松馳是一個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)護條件就是一個有較大影響的因素,潮濕養(yǎng)護的受拉極限應(yīng)變可比干燥存放的要大,采用高標號水泥可提高極限拉伸值,水泥用量不變時,增大水灰比,會減少受拉極限應(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裂、空鼓,可能形成抹灰面層貫穿的裂縫。外界溫度變化時,建筑砂漿會產(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,但干縮會引起表面裂縫,并成為裂縫進一步開展的原因。養(yǎng)護條件及相對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)盡可能加強養(yǎng)護不使其過快。根據(jù)裂縫成因機理,干縮表面裂縫一般來說,較細密,不會貫穿墻體。綜上所述,經(jīng)現(xiàn)場調(diào)查分析表面無規(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 墻體裂縫形成的實際原因
2.1 設(shè)計方面的原因
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)計不當,結(jié)構(gòu)本身強度和剛度較低;(4)建筑物高寬比太大,即長細比太大,整體剛度不足;(5)建筑物過長未設(shè)伸縮變形縫;(6)底層和頂層結(jié)構(gòu)整體強度和剛度差;(7)框架結(jié)構(gòu)構(gòu)件聯(lián)系不當。如陽臺(或挑臺)砼壓頂(或扶手)錨入加氣塊墻體內(nèi)不當。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),填充墻層高過大應(yīng)設(shè)拉結(jié)梁等而未設(shè);(9)建筑材料組合設(shè)計不當;(10)荷載分析不全,設(shè)計把關(guān)不嚴,構(gòu)件強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,引起建筑物非均勻沉降;(3)混凝土早期強度受損;(4)砂漿標號太低,粘結(jié)力差,墻體整體性不強;(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)施工時應(yīng)設(shè)拉結(jié)筋或鋼絲網(wǎng)片而未設(shè),或設(shè)置時不合規(guī)范化,或者錨固不牢,使墻體不能形成整體,成為各塊分離的獨立式墻體;(7)混凝土施工質(zhì)量和維護保養(yǎng)差,使混凝土實際強度等級降低。
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)備機械振動引起建筑物基礎(chǔ)沉降而開裂或使結(jié)合面裂縫(包括收縮縫等缺陷裂縫)擴展延伸;(2)地下水位變化,引起地基下沉而使墻體開裂;(3)環(huán)境溫差引起墻面開裂;(4)因建筑物群體引起氣流或者是大風挾雨水對墻體經(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)施工過程中設(shè)計變更不當,尤其是改變建筑物使用功能,顧此失彼而引起的墻體開裂;(9)未嚴格對項目進行全面質(zhì)量管理,交底不明,把關(guān)不嚴,措施不力引起施工質(zhì)量差。
3 墻體裂縫的控制措施
影響墻體開裂因素很多,以成因機理可分為兩類:一類為結(jié)構(gòu)裂縫;另一類為表面裂縫??刂妻k法是針對這兩類裂縫產(chǎn)生原因,業(yè)主從設(shè)計角度,施工角度,對工程建設(shè)全過程用系統(tǒng)過程管理方法進行予控。
3.1 從設(shè)計角度予控
設(shè)計單位應(yīng)主要解決結(jié)構(gòu)裂縫,這種外力產(chǎn)生結(jié)構(gòu)裂縫一般可通過設(shè)計單位精心設(shè)計較好地解決。
1)增強建筑物結(jié)構(gòu)強度與剛度,使之整體堅固、抵抗外力,即使有外力作用也應(yīng)控制其應(yīng)力,通過結(jié)構(gòu)徐變,達到應(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。增強底層結(jié)構(gòu)強度與剛度,抵抗沉降變形應(yīng)力,重點解決出墻端頭兩個單元窗周45度斜裂縫,建議窗臺處設(shè)置通長(60厚×墻體寬度)抗裂變形鋼筋混凝土梁,此梁通長至兩端框架柱或者構(gòu)造柱,配筋4Φ8分布筋為Φ6@250或2Φ8通長鋼。
2)增強頂層結(jié)構(gòu)強度與剛度,抵抗溫度筋網(wǎng)片。變形應(yīng)力,重點解決山墻端頭兩個單元窗用45度斜裂縫。建議窗頂過梁拉通伸至兩框架柱或構(gòu)造柱內(nèi)。或者窗洞兩側(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,建筑物過長應(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,而產(chǎn)生細小裂縫。
6)框架結(jié)構(gòu)陽臺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)無煙灶臺、窗懸挑板或雨蓬等墻體懸挑構(gòu)件應(yīng)通過梁(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,防止因為水平力引起的墻體開裂。
9)框架柱距過大,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,即建筑物長細比不能太大。
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,費用相對比較經(jīng)濟。
1)墻體施工均應(yīng)按規(guī)范、規(guī)程和設(shè)計要求精心施工,達到質(zhì)量標準要求。
磚和砂漿標號應(yīng)滿足設(shè)計要求。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)同時砌筑。對不能同時砌筑的,對必須留置的臨時間斷處,應(yīng)砌成斜槎,斜槎的長度不應(yīng)小于高度的2/3。對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,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,并間隔一定時間(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,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)護不少于3天。抹灰建筑砂漿宜摻加杜拉纖維等增強材料。
3)基礎(chǔ)施工質(zhì)量符合規(guī)范和設(shè)計要求?;A(chǔ)施工程序、方案,要進行論證。土方堆放,或臨時建筑物與材料設(shè)備要盡可能離基坑遠些,減少其對基底產(chǎn)生的附加應(yīng)力?;A(chǔ)驗槽、驗樁應(yīng)仔細認真。嚴格控制基礎(chǔ)施工質(zhì)量。隱蔽工程刻錄要真實、準確。基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)混凝土強度等級應(yīng)達到設(shè)計強度70%后,再進行上部結(jié)構(gòu)施工,防止其早強受損產(chǎn)生細小裂縫,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)計要求。樓板、過梁、連系梁支座處應(yīng)座漿。座漿采用1:3水泥砂漿,厚取20mm,這樣可增強建筑物整體剛度。
5)對鋼筋混凝土梁板,施工時要防止踩陷負筋。鋼筋搭接長度、錨固長度應(yīng)符合規(guī)范要求。
6)混凝土施工質(zhì)量要嚴格控制,確保達到設(shè)計要求。模板要清理、修整或更新,并且支撐牢固,嚴格控制水灰比和骨料級配。防止早強受損并注意維護保養(yǎng),且拆模不宜過早。拆模時間應(yīng)以其同條件養(yǎng)護的試塊試驗結(jié)果為依據(jù)。
4 結(jié)束語
  綜上所述,要解決墻體裂縫必須要分類進行綜合分析,找出裂縫發(fā)生的成因,從而在設(shè)計和施工全過程中,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。