空心砌塊房屋建筑變形裂縫產(chǎn)生的成因與防治措施分析探討

　　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(jié)構(gòu)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(xì)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(dāng)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(gòu)造需要靈活變化以適應(yīng)不同層數(shù)、不同抗震設(shè)防烈度、不同部位構(gòu)造的要求。但是，根據(jù)調(diào)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

　　砌塊房屋建成和使用之后，由于種種原因可能出現(xiàn)各種各樣的墻體裂縫。從大的方面來說墻體裂縫可分為受力裂縫和非受力裂縫兩大類。各種荷載直接作用下墻體產(chǎn)生的相應(yīng)形式的裂縫稱為受力裂縫。而砌體收縮、溫濕度變化、地基沉降不均勻等引起的裂縫是為非受力裂縫，又稱變形裂縫。本文著重討論溫度和收縮裂縫的成因和表現(xiàn)形式。小型砌塊砌體與磚砌體相比，力學(xué)性能有著明顯的差異。在相同的塊體和砂漿強度等級下，小型砌塊砌體的抗壓強度比磚砌體高許多。這是因為砌塊高度比磚大3倍，不像磚砌體那樣受到塊材抗折指標(biāo)的制約。但是，相同砂漿強度等級下抗拉、抗剪強度小砌塊砌體卻比磚砌體小了很多，沿齒縫截面彎拉強度僅為磚砌體的30%，沿通縫彎拉僅為磚砌體的45%～50%，抗剪強度僅為磚砌體的50%～55%。因此，在相同受力狀態(tài)下，小型砌塊砌體抵抗拉力和剪力的能力要比磚砌體小很多，所以更容易開裂。這個特點往往沒有被人重視。此外，小型砌塊砌體的豎縫比磚砌體大3倍，加大了其薄弱環(huán)節(jié)更容易產(chǎn)生應(yīng)力集中。

　　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(jié)構(gòu)層上面依次設(shè)有隔氣層、保溫層、找平層和防水層。頂蓋結(jié)構(gòu)有保溫層的保護，它與外墻的溫差按理應(yīng)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。

　　在實際工程中我們發(fā)現(xiàn)，單是保溫層上的水泥砂漿找平層（厚20mm，實際施工時往往超厚）在外界溫度變化下的伸縮變形也能將外墻推裂。因為按現(xiàn)有的建筑構(gòu)造定型節(jié)點圖，砂漿找平層一直鋪到女兒墻根部，不但不斷開不留空隙而且在邊端還要加厚，堆成三角形（便于做泛水）。找平層雖薄但在平面內(nèi)還是有相當(dāng)大的剛度，其上面的卷材防水層是沒有隔熱效果的，夏季陽光直接照射下找平層伸縮導(dǎo)致墻體開裂就不足為奇了。在頂蓋與外墻存在一定溫差下，導(dǎo)致兩者溫度變形不協(xié)調(diào)，產(chǎn)生墻體裂縫。當(dāng)外界溫度升高時，混凝土頂蓋變形大，墻體變形相對較小，使屋蓋受壓，墻體受拉、受剪。在房屋頂層兩端受力最大，往往沿窗口對角線方向呈現(xiàn)八字裂縫，還會在頂蓋標(biāo)高處墻體產(chǎn)生水平裂縫（頂蓋板推外墻），有女兒墻時，還會使女兒墻開裂或外傾。　　這種溫度裂縫是有明顯的規(guī)律性：兩端重中間輕，頂層重入下輕，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，一般位于大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(shè)置方法有明顯的關(guān)系，但僅靠圈梁的設(shè)置并不能阻止墻體裂縫的產(chǎn)生。頂層圈梁上直接鋪設(shè)屋面板時，當(dāng)屋面板坐漿與圈梁結(jié)合較好時，圈梁下仍可能出現(xiàn)斜裂縫。如果結(jié)合較差，有可能產(chǎn)生水平裂縫。

　　黏土磚是燒結(jié)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(zhì)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(guān)，也與

　　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(nèi)部產(chǎn)生一定的收縮應(yīng)力，當(dāng)砌體的抗拉、抗剪強度不足以抵抗收縮應(yīng)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(nèi)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(chǔ)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。

　　冬天寒冷的地區(qū)砌塊房屋為達到保溫要求，往往采用復(fù)合墻的形式修建外墻，即190mm厚的內(nèi)葉承重墻，外加保溫層（苯板、珍珠巖或巖棉），再加90mm厚外葉保護層。這種復(fù)合墻能一步到位達到寒冷地區(qū)墻體的節(jié)能保溫要求。從結(jié)構(gòu)上看就是一種空腔墻。外葉墻由90mm厚砌塊砌成，內(nèi)、外葉墻之間采用鋼筋拉接。從防止溫度裂縫和收縮裂縫角度來看外葉墻的處理更為不利，所以往往開裂比較嚴(yán)重。

　　由于砌筑砂漿的強度等級不高，灰縫不飽滿，干縮引起的裂縫往往呈發(fā)絲狀而分散在灰縫隙中，清水墻時不易被發(fā)現(xiàn)，當(dāng)有粉刷抹面時便顯露出來。干縮引起的裂縫寬度不大，且裂縫寬度較均勻。

　　砌塊上墻時含水率較大，經(jīng)過一段時間后，砌體含水率降低，便可能出現(xiàn)干縮裂縫。即使已砌筑完工的砌體無干縮裂縫，但當(dāng)砌塊因某種原因再次被水浸濕后，出現(xiàn)第二干縮，砌體仍可能產(chǎn)生裂縫。

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(yán)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%。

　　美國試驗和材料學(xué)會（ASTM）和加拿大標(biāo)準(zhǔn)協(xié)會（CSA）的標(biāo)準(zhǔn)，把砌塊分為控制含水量砌塊和不控制含水量砌塊兩大類，對于應(yīng)用于建筑工程中砌筑用的砌塊在上墻前必須保持干燥。

　　4.1溫度應(yīng)力計算

　　砌體結(jié)構(gòu)溫度應(yīng)力按彈性理論分析比較復(fù)雜，應(yīng)用方便，文獻提出一種近似計算方法。根據(jù)結(jié)構(gòu)物相互約束的假定，砌體剪應(yīng)力與相對位移有以下關(guān)系:式中:——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(yīng)外縱墻共同工作的頂板寬度b（圖1），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(diào)，使頂板受壓，接觸面上產(chǎn)生剪應(yīng)力。當(dāng)頂板與墻頂?shù)淖杂刹町愖冃屋^大時，通過摩擦阻力使墻內(nèi)主拉應(yīng)力達到一定數(shù)值之后，便引起主拉應(yīng)力斜裂縫或剪應(yīng)力水平裂縫。

混凝土小型空心砌塊砌筑的混合結(jié)構(gòu)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(yīng)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）。

　　 =1.047×10-4

　　在端部處砌體最大剪應(yīng)力為:

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。

　　4.2砌塊房屋墻體收縮引起的應(yīng)力計算

　　砌體結(jié)構(gòu)收縮引起的應(yīng)力尚無較好的近似計算方法，本文用Super91有限元程序?qū)ζ鲶w墻片的收縮應(yīng)力進行了彈性范圍內(nèi)的計算。由于基礎(chǔ)的約束比較強，故收縮應(yīng)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(shè)為固接，其余三邊設(shè)為自由邊。因是平面墻片，所以用二維平面應(yīng)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(jié)構(gòu)上，但可根據(jù)收縮應(yīng)變與溫度應(yīng)變相等，把收縮變形換算成溫度變形：

Ey干縮率按上節(jié)所述取0.03%，則△T為-27℃，可見干縮應(yīng)力比溫度應(yīng)力要大，這也可從下面算例得到驗證。

　　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(yīng)力等應(yīng)力線。可見最大主拉應(yīng)力出現(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(yīng)力區(qū)。σmax=0.913MPa，已遠(yuǎn)遠(yuǎn)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=1.569 MPa，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(yīng)力區(qū),這就說明了為什么窗角處易出現(xiàn)裂縫。

　　砌塊房屋溫度、收縮裂縫的產(chǎn)生涉及砌塊生產(chǎn)、房屋設(shè)計、施工質(zhì)量等諸多方面，因此裂縫的防治也應(yīng)從各個方面、諸多環(huán)節(jié)采取措施才能見效。從房屋設(shè)計方面來說，除了應(yīng)遵循《混凝土小型空心砌塊建筑技術(shù)規(guī)程》JGJ/T12004墻體防裂的主要措施條款外，還可根據(jù)實際情況采用以下砌塊房屋變形裂縫的防治措施：

　　5.1鑒于混凝土砌塊砌體的線脹系數(shù)比磚砌體大一倍，因此砌塊房屋溫度伸縮縫的最大間距應(yīng)該比磚砌體房屋短，砌體結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范修訂組已擬出修改方案，即將規(guī)范中伸縮縫的最大間距表數(shù)值乘以0.75后采用，例如磚砌體的間距為50m，砌塊房屋的伸縮縫間距則為37m左右，有的地區(qū)擬改為35m，因為恰好相當(dāng)于住宅樓兩個單元的長度，處理方便一些。

　　5.2溫差產(chǎn)生裂縫主要在房屋頂層，前面溫度應(yīng)力計算表明，采用再高的砂漿強度也難以抵抗溫差產(chǎn)生的拉、剪應(yīng)力。所以考慮降低溫差的措施和采取“抗”、“放”結(jié)合的策略才是較好的方案。增加房屋蓋保溫性能，防止屋面滲漏，這是建筑節(jié)能的需要，同時也可達到降低屋蓋結(jié)構(gòu)層溫差的目的。增加頂層圈梁的平面布置密度，加強頂層內(nèi)外縱墻端開間門窗洞口周邊的抗力（門窗洞邊設(shè)鋼筋混凝土芯柱，設(shè)鋼筋混凝土窗臺梁）。一句話：用配筋的方法來抵抗溫度應(yīng)里。在屋蓋承重板的適當(dāng)位置設(shè)滑動支座，則是“放”的有效措施。但應(yīng)考慮抗震構(gòu)造允許的范圍內(nèi)。例如，做成允許微動而不滑走的構(gòu)造，滑動支座縱橫向錯開，或只設(shè)兩端部開間屋面板的滑動屋，削弱屋面板與圈梁的連結(jié)等等?！?.3改變屋頂建筑構(gòu)造定型圖的做法，將砂漿找平層與周邊女兒墻斷開留出溜槽，用松軟防水材料填塞，找平層本身宜分割成4m×6m左右的分格塊，這種措施不影響房屋使用功能，而至少能緩解頂層溫度變形的危害。

　　5.4作為頂層砌體墻體，最好考慮設(shè)間距為兩、三個開間的局部墻面控制縫，此時頂蓋的構(gòu)件和圈梁可連通，雖然不如國外每開間設(shè)縫的效果，但必能大大緩解溫差作用。

　　5.5砌塊墻體收縮引起的裂縫主要表現(xiàn)在底部1、2層，因為基礎(chǔ)的約束比較強。砌塊墻體的收縮應(yīng)力相當(dāng)于溫差30℃左右的溫度應(yīng)力，所以收縮裂縫開展比溫差變形還要嚴(yán)重。除了增強底層砂漿強度、用芯柱加強洞口邊、窗下墻帶配水平鋼筋網(wǎng)片、灌實砌塊孔洞等之外，也宜考慮設(shè)置墻面的控制縫。

　　綜上所述,砌塊房屋裂縫問題涉及因素很多，比較復(fù)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(fù)方案等等。