裂缝出现原因及防治分析

1.裂缝的性质砌体最为常见的裂缝有两大类，一是温度裂缝，二是干燥收缩裂缝，简称干缩裂缝，以及由温度和干缩共同产生的裂缝。(1)温度裂缝①裂缝分布及表现外纵墙顶部两端的八字缝、包角水平缝、门窗洞口的端角裂缝等。②裂缝成因及机理(要点)屋盖与其下墙体的温差：工程实测数据：屋盖温度可达40—50c，屋盖墙体温差可达20-30℃，其产生的温度应力，足以使墙体开裂。温度场分布温度梯度沿纵向越大时，温度应力越大，温度梯度越大，最大应力越靠近墙体的两侧端角部。墙体长度：墙体长度不但影响温度应力大小，还影响其分布。但温度应力与墙长成非线性关系，长度成倍增加，温度应力增加很少。其趋势是墙体越长，最大应力越集中向墙体的两个上部端角。有限元分析：墙长宽比4时，最大温度应力出现在墙体的两个上部端角，长度小于此值，由边向中间靠拢。门窗洞口：门窗洞口会出现应力集中，是墙体薄弱环节。孔洞的存在对温度应力的影响很大，与无洞墙相比，有洞墙体温度应力平均增加70％，而孔洞率大小改变带来的温度应力相对较小。孔洞对温度应力的影响很大，最大应力出现在端部第一开间的洞口之角部。房屋进深和开间：房屋进深和开间也影响墙体温度应力的大小。计算表明随进深增大温度应力加大，但成非线性，即随进深越来越大，应力增加越来越小。进深尺寸对墙体温度应力大小也有影响，但对温度应力的分布没有影响。纵横墙的空间作用：纵横墙相互约束，横墙越多，纵墙受到的约束越大，纵墙的刚度越大，墙体对楼板的约束增加，温度作用下墙体的温度应力越大。开间尺寸3．6m，横墙的存在使纵墙的温度应力增加12％，随开间增大，横墙作用减弱，纵墙的温度应力增加开始减少。横墙存在对温度应力的分布影响很大，由于横墙的分隔，纵墙的温度应力分布不再连续，而为以横墙为界分区分布。(2)干缩裂缝①裂缝分布及表现山墙及大片墙(无洞)在底部出现的枣核状裂缝；沿建筑物底部1—2层窗洞下墙体的上大下小的竖缝或沿窗洞下角部的斜缝，沿墙开间分布比较均匀；沿块体或混凝土构件周边的裂缝。②裂缝成因及机理(要点)砌体材料干缩变形：材料在约束条件下产生的干缩变形应力，包括二次干缩应力所致。主要指干缩变形大的混凝土砌块、粉煤灰砖、灰砂砖等块材，其干缩变形可达0．3。06．mm／m。砌体干缩率可达0．2-0．3mm／m(取自IS09652-1国际标准)。成型后养护28天，仅完成收缩40%左右；块体对湿度变化敏感。干缩应力的分布(试验分析)：干缩变形作用下墙体内的应力分布规律是中间大，两侧小，下部大，上部小。墙体中主拉应力值与水平应力几乎相同，说明主拉应力方向就是水平方向。门窗洞口对干缩应力分布和大小影响最大，设洞口墙片远大于无洞墙片。带门窗洞口的墙片的干缩应力会增大40％，而横墙和楼板使干缩应力的增加并不多。（3）温度及干缩裂缝多数情况是由两者或多种因素所致，情况较为复杂，引起墙体裂缝是这些因素的共同作用，但体现在建筑物上，仍能呈现出是以温度还是以干缩为主要的裂缝。(4)设计、材料、施工不当引起的裂缝①设计方案不合理，现浇混凝土外露或保温不好。②施工未按图纸或标准实施。③超出规范规定，而无具体处理措施。④施工监督执行不到位。2.砌体裂缝的控制1。裂缝的危害和防裂的迫切性(1)降低耐久性、整体性和抗震能力。(2)影响观瞻和使用功能(裂缝、渗漏等)。(3)住房商品化对裂缝提出十分严格的标准，引起官司，影响新材料推广。(4)必须重视墙体裂缝的预防措施。2．裂缝宽度的标准问题(1)到目前为止，墙体裂缝不可避免。(2)裂缝宽度标准如何定：混凝土受弯构件主要防止钢筋锈蚀和耐久性要求，有0．2—0．3mm限值；德国配筋砌体有类似钢筋混凝土构件的规定；无筋砌体无裂缝宽度限制的规定。(3)对砌体结构裂缝多宽无害也无标准．裂缝宽度标准很难确定，从感观上涉及到肉眼观察可接受的美学方面的问题，同时取决于观察人的目的和观察的距离。对钢筋混凝土结构，裂缝宽度0．3mm，通常在美学上是不能接受的。(4)必须认真对待砌体裂缝，虽超过0．3mm对安全无害，但用户难以接受。三、现有控制裂缝的原则和措施总的情况不太得力，存在问题有二：1．设计重视强度而忽略抗裂措施原因住房公有制所致，房子为公和低标准。2．我国《砌体规范》抗裂措施的局限性（1）防裂措施一般化，未考虑地域气候差异。(2)未考虑各种材料变形性能的差异，采用统一温度区段，必须产生严重裂缝。(3)国外标准对此严格区分，对干缩大材料的温度区段短得多，如美国砌体规范(ACl531）规定：标准收缩缝间距6-7．5m；最大收缩缝间距按表1确定；对配筋率≥0．07％的砌体，收缩缝间距可取L／H和30m较小者。英国规范：对粘土砖为10-15m，对混凝土砌块及硅酸盐砖一般不应大子6m。表l砌体房屋最大收缩缝间距限值┌────────┬─────┬─────────────┐│││水平配筋间距(Nn)││房屋单元│无筋砌体││││├───┬───┬───┤│││600│400│200│├────────┼─────┼───┼───┼────┤│长高比(L／H)│2│2．5│3.0│4.0││最大长度(m)│12│14│15│18││折算配筋率(％)│0│0.0l│0.015│0.03│└────────┴─────┴───┴───┴────┘(4)砌体抗裂配筋率问题类同混凝土，配筋提高抗裂能力。国外曾有研究，从经济和实用角度，提出和混凝土构件类似的抗裂含钢串，如德国将室内等有利条件允许裂缝宽度为0，3mm，室外等不利条件裂缝宽度为0．2rani，进行试验计算获得最小抗裂含钢率Pmin，并和有关规范规定列于表2。表2砌体抗裂最小含钢率Pnlin┌─────┬───────────────┬────┬───┐││最小含钢率Qmin││││├────────┬───────┤│││砂浆等级│flm=0.2MPa│flm=0.4MPa│DIN│EC6││├────┬──┼───┬───┤││││W'm=0.2│Wm=0.3│Wm=0.2│Wm=0.3│││├─────┼────┼───┼───┼───┼────┼───┤│M5-M9│0.14│0.11│0.27│0.21│0.10│0.00││M10-M19│0.14│0.09│0.22│0.17││0.03││≥M20│0.09│0.07│0.18│0.14│0.20│0.15│└─────┴────┴───┴──┴───┴────┴───┘注：1．表中flm、Wm分别为砌体抗拉强度平均值和平均裂缝宽度(mm)；2．德国标准DIN，其规定的最小含钢率考虑平均裂缝宽度0．2mm是足够的。而欧共体标准(EC6)规定的最小含钢率0．03％大小了，根据flm=0．2MPa计算出裂缝处的钢筋应力Qs=0．667MPa，该值巳超过流限。只要在第一个裂缝处的钢筋应力达到流限的情况下，限制裂缝宽度是可行的。从表2可见，除EC6较低外，其余均达到配筋砌体的最小含钢率Pmin≥0．07％的要求，而与钢筋混凝土最小含钢率接近，有足够抗裂效果。另外提高砂浆等级也增加抗裂能力。作者在《砌体结构部分配筋对裂缝控制和伸缩缝间距的讨论》一文中的计算结果：常见6m左右间距干缩裂缝，对灰砂砖、粉煤灰砖砌体房屋，在窗台下配3中8，裂缝宽度可控制在≤0．3mm，对混凝土砌块墙需2￠12。这与欧、美规范干缩裂缝控制间距很相近。四、防止墙体开裂的具体构造措施建议综合国内外研究成果，结合国情体现“防”、“放”、“抗”概念的可实施措施。在下面将对这个三字经的概念作简要解释。(一)解决墙体开裂的“防”、“放”、“抗”原则1．“防”适当的屋面构造处理，减少屋盖与墙体温差，减少屋盖与墙体的变形，效果最佳。(1)改善屋面保温层性能、防止屋面渗漏。南方加设屋面隔热及通风层。(2)外表浅色处理，外墙、屋盖刷白色，可使其内表面降温，隔热指标9值可提高3倍以上。(3)作蓄水屋面或无土种植屋盖。(4)严格控制块体上墙含水率。国内要求在施工现场停留一段时间方可上墙砌筑(28d)；日本要求各种砌块含水率均不超过40％；美国、加拿大根据使用砌块地区湿度环境和砌块收缩系数提出不同要求：如美国当砌块规定收缩率≤0．03％时，对高湿环境容许相对的含水率为45％，中湿为40％，干燥为≤35％。并把砌块分为有含水量控制和无含水量控制的两类砌块。2．“放”采用适当措施，允许屋盖或墙体在一定程度上自由伸缩。例如：(1)对砂浆的找平层进行分隔，6X6m，用胶泥堵缝防漏，并与女儿墙交接处断开20—30mm，设沥青麻刀堵缝。(2)在屋面板下设滑动层，减少屋面推力。(3)设控制缝，使应力重分布，减少应力。(4)选用柔性屋盖。3。“抗”通过构造措施，如设圈梁、构造柱、芯柱插筋，加强墙体整体性和抗裂能力，以达减少墙体变形，减少裂缝。这些措施包括：(1)提高块体与砂浆等级，提高砌体的抗拉强度。(2)设置灰缝水平钢筋，提高砌体抗剪强度。(3)设置构造柱或芯柱，在墙体变形最大部位设置时有明显的效果。砌块墙中设置芯柱也能增强墙体稳定性和整体性。(4)设圈梁、增强整体性，限制墙体变形乙(5)在易开部位采’取适当措施，如在外墙两端第一个开间内沿窗洞设置水平配筋带，在窗洞口两侧设芯柱。(二)防裂措施的优化，及实践关键：提高认识、转变观念，把砌体裂缝与强度(承载力)同样对待，善于和敢于将国内外好的抗裂措施和研究成果用于工程设计，并不断总结，解决裂缝不再是难题。1．新的防裂措施已纳入到新修订的《砌体结构设计规范》GB50003有关章节。(1)调整了干缩变形较大砌体材料房屋的温度区段长度。(2)引入了屋面构造层的分隔缝的规定。(3)引入了对干缩变形较大砌体材料房屋的设置控制缝的原则。(4)增加了对砌体房屋，特别是干缩变形较大砌体房屋易开裂部位的构造措施。2．关于在墙体中设控制缝的问题(1)控制缝的效果国外广泛应用控制缝，但多限于少层建筑，尚未见到更多的研究背景。a．控制缝对温度应力的影响研究表明，控制缝间距30m时，温度应力几乎无改变，控制缝缩短剩20m、lOm时，温度应力随控制缝间距缩短减少。计算表明，l0m的控制缝间距，对60m长的建筑可减少温度应力16％。可见控制缝是行之有效的预防措施。b．控制缝对房屋抗震性的影响哈尔滨工业大学《控制缝对砌块建筑抗震性能的影响分析》的研究报告得出如下结论：7度区的多层砌块房屋，为防止和减少墙体裂缝，在顶层外纵墙每8-12m设置竖向控制缝时，房屋在不同幅值的地震波作用下，最大层间位移与绝对位移较设缝前有所增长，顶层的层间位移增长幅度为20％，绝对位移增长幅度为2％，其余各层的层间位移及绝对位移增长幅度均很小，在1％左右。顶层层间位移的较大幅度增长并未使顶层达到开裂，因而顶层在不同地震波加速度作用下仍处于弹性工作状态。设置控制缝后，各层的最大地震作用与非设缝情况相比，变化幅度在5％左右，顶层地震作用较不设缝时增长1％—4％，其余各层地震作用较不设缝时减少。房屋整体的震害结果并未因控制缝的设置而严重。结构的整体性及抗震性能的降低程度很小，完全满足抗震要求。因此，多层砌块房屋在顶层设置控制缝的防裂措施可在7度区应用。如外墙为复合保温墙(空腔墙)，顶层设置控制缝后结构仍具有良好的抗震性能，具体结论同上条。(2)控制缝设置的举例根据国外经验及国内的试验研究成果，控制缝的具体设计已反映在东北标办《混凝土砌块建筑构造图集》中，一般控制缝宜设置在墙体的薄弱部位或应力集中处，或设置在墙的高度或厚度突然变化处。例如：在墙转角的适当部位；在门窗洞口一侧或两侧；控制缝在楼层处可不贯通，可仅在1-2层和顶层的上述位置设置；控制缝宽度不大于12mm，或作装饰竖缝，应用弹性密封材料嵌缝；控制缝的间距对有规则洞口的外墙不大于6m，对无洞墙体不大于8m及墙高的3倍，，在墙的转角部位，控制缝至转角不大于4．5m。控制缝的功能不同于传统温度缝，既允许墙体伸缩变形，而且应具有封闭或传递水平力的作用。3．其它抗裂措施砌体内的配筋能有效地提高抗震能力，这一点它和钢筋混凝土结构是一致的。通常为水平配筋或水平配筋构件。