建筑结构裂缝施工工程控制的对策研究

曹晓华

[摘要]砌体裂缝对于建筑物的安全性影响巨大,在分析混凝土的微观裂缝与宏观裂缝的基础上,详细研究砌体结构裂缝的鉴别及施工控制,为建筑施工中的裂缝控制提供很好的借鉴作用。

[关键词]砌体裂缝施工控制裂缝鉴别

中图分类号:TU7文献标识码:A文章编号:1671-7597(2009)1220088-01

一、引言

有些裂缝虽然没有达到使建筑物倒塌的危险程度,但由于裂缝对人产生的精神压力以及建筑装修及美观方面的原因,也常常影响到建筑物的使用。控制裂缝应防患于未然,首先尽量预防有害裂缝,防不住的就堵,堵不住再排(有防排水要求的工程),重点在于防。只要施工与设计紧密配合,这是可以做到的。许多工程由于采取了这样的控制措施,得到了较好的效果。

二、混凝土的微观裂缝与宏观裂缝

随着混凝土的现代试验研究设备的出现,证实了在尚未受荷的混凝土和钢筋混凝土结构中存在肉眼不可见的微观裂缝。混凝土的微观裂缝主要指粘着裂缝(骨料与水泥石粘接面上的裂缝)和水泥石裂缝(水泥浆中的裂缝)。

荷载试验表明,当混凝土受压,荷载在30%极限强度以下时,微观裂缝几乎不变动;到30%-70%荷载时,微观裂缝开始扩展并增加;到70%-90%荷载时,微观裂缝显著地扩展并迅速增多,且裂缝之间相互串连起来,直至完全破坏。

由于微观裂缝的分布是不规则的,沿截面是非贯穿的,故具有微观裂缝的混凝土是可以承受拉力的。但是,在结构的某些受拉力较大的薄弱环节,微观裂缝在拉力作用下很容易扩展并串连全截面,从而较早地导致断裂。另外,混凝土材料的非均匀性对混凝土抗拉甚为敏感,故抗拉强度的离散程度远较抗压过大。实际工程结构的裂缝,绝大多数由抗拉强度和抗拉变形(极限拉伸)不足而引起。但以往的科研和技术工作,在这方面大都只是围绕抗压强度方面进行研究,在抗拉方面研究工作却很少,这使得在目前条件下很难找到准确的计算理论。

微观裂缝的原因可按混凝土的构造理论加以解释,即视混凝土为骨料、水泥石、气体、水分等所组成的非均质材料,在温度、湿度变化条件下,混凝土逐步硬化,同时产生体积变形。这种变形是不均匀的:水泥石收缩较大,骨料收缩很小;水泥石的热膨胀系数大,骨料较小。它们之间的变形不是自由的,产生相互约束应力。在构造理论中一种极为简单的计算模型,是假定圆形骨料不变形且均匀地分布于均质弹性水泥石中,当水泥石产生收缩时引起内应力,这种应力可引起粘着微观裂缝和水泥石开裂。

热拌混凝土的新工艺可使混凝土在硬化前的塑性状态时沿全截面受热,促进水化。混凝土各组分产生不均匀热膨胀几乎处于自由状态,从而减少了内部初始应力,其有减少微观裂缝的优点,这是发展热拌的最早理论基础。蒸养的混凝土承受初凝后的剧烈温差,硬化过程中的不均匀热膨胀受到显著的约束,所以含有较多的微观裂缝。处于长期潮湿状态下养护的混凝土初始内应力较小,因为收缩差别较轻,收缩速率较低,故微观裂缝亦较轻。

三、砌体结构裂缝的鉴别

砌体中常见裂缝有四类,它们是斜裂缝、竖向裂缝、水平缝和不规则裂缝,其中前三类裂缝最常见,原因也较复杂,地基问题、温度应力、结构超载等都可能造成这些裂缝。

(一)斜裂缝的鉴别。斜裂缝常见的有以下几种:建筑物地基一端软弱或建筑物一端层高(荷重)较大,造成一端沉降大而出现斜裂缝。设置有沉降缝的高低不同的建筑物,当发生不均匀沉降时,两部分建筑均向缝一侧倾斜,由于沉降缝宽度大小,或缝内填塞了建筑垃圾,产生了水平挤压力,在较低部分的建筑物上出现斜裂缝。

(二)竖向裂缝的鉴别。建筑物顶部的竖向裂缝,往往出现在地基突变处,建筑物的一端沉降量大,使墙顶形成较大的拉应力而开裂。

此外,当地基不均匀下沉时,因建筑变形,有时在纵墙转折处产生水平推力,形成力偶,因而导致横墙与纵墙交接处产生竖向裂缝。

(三)水平裂缝的鉴别。水平裂缝有两种。一是窗间墙上的水平裂缝,一般都是在每个窗间墙的上、下两对角处成对出现,沉降大的一边裂缝在下,沉降小的一边裂缝在上。缝宽都是靠窗口处较大,向窗间墙的中部逐渐减小。在地基不均匀变形,或沉降部分的上部被顶住后(沉降缝处理不当时常有这种现象),窗间墙上受到较大的水平剪力,引起反弯曲破坏,是形成这种裂缝的主要原因。另一种水平裂缝发生在地基局部塌陷时,这种裂缝较少见。地基局部塌陷的原因很多,例如湿陷性黄土浸水,地基下有暗井、暗沟、古墓等。在这种条件下,有时会产生局部的水平裂缝。

四、砌体结构裂缝的施工控制

对砌体结构裂缝的控制应综合考虑各知因素,采用“抗”、“放”、“防”相结合的方案。

1.减小顶板和墙体的温差。在顶板上设置隔热性能良好的保温隔热层、通风隔热层,如:水泥珍珠岩保温层、煤渣保温层、架空隔热板;或保温隔热层和通风隔热层组合使用,同时架空隔热板宜做成浅色减少对热量的吸收。

2.减小水平阻力系数。在顶板与墙体之间设置滑动层即是“放”的措施。如在顶板下面设置沥青油毡、白铁皮、低标号砂浆层等同时用钢筋将墙体与顶板连接在一起,使顶板与墙体间可微动但又不能滑动,既可降低顶板变形对墙体造成的剪应力,又不降低建筑的抗震性能。

3.墙体开裂是因为砌体的抗拉、抗剪强度低于顶板变形而产生的剪应力。因此可采用增强顶层墙体强度的方法来抵抗剪应力。通常的住宅结构设计顶层砌体砖强度、砌筑砂浆标号与中间层相同或低于中间层,某些住宅由于层数过高,为了减小房屋自重、减小基础承载力,顶部一至二层采用了轻质砖,使砌体的抗拉、抗剪强度远低于剪应力,造成大量裂缝的出现。

在设计中可适当提高砌筑砂浆的标号,采用强度较高的砖,如水泥标砖,提高砌体的强度,采用水泥标砖还可使墙体的线膨胀系数与顶板的一致;在顶层墙体上满布置圈梁;将顶层砌体每隔500mm设置的与构造柱的拉结筋由伸入墙体l000mm改为沿墙体通长;在顶层外墙窗台下设置钢筋混凝土窗台梁或钢筋混凝土带等来抵抗剪应力。

4.设计上应合理地设置伸缩缝,用坡屋顶代替平屋顶。施工中应保证砖的强度满足设计要求,对于混凝土砌块还应保证砌块的出厂龄期在28天以上并且砌筑时的含水率应符合施工规范的要求;确保砌筑砂浆标号满足设计要求;严格按照施工规范的要求进行施工,保证砌体的砌筑质量;采用合理的施工顺序,在结构封顶后应先施工屋面保温隔热层,再进行内外墙的粉刷。

参考文献:

[1]吴中伟,重视质量积极创新——建筑结构裂缝控制新技术[M].中国建筑工业出版社,2007.

[2]游宝坤,我国混凝土膨胀剂的发展近况——建筑结构裂缝控制新技术[M].中国建筑工业出版社,2005.

[3]戴建国、黄承速、赵国藩,混凝土中非结构性裂缝分析及合成纤维控制[J].建筑结构,2008,9.