空心砌塊房屋建筑變形裂縫的成因與防治措施

呂迎軍　明竹琴

摘要：針對(duì)我省所處高寒地區(qū)特性及節(jié)能要求，小型空心砌塊墻體建筑增多，結(jié)合筆者多年建筑工程施工實(shí)踐，論述一下小型空心砌塊房屋建筑容易產(chǎn)生裂縫的原因，并對(duì)砌塊房屋的溫度變形和收縮變形產(chǎn)生的原因進(jìn)行了具體分析闡述；對(duì)砌塊房屋的溫度變形和收縮變形的計(jì)算方法及砌塊房屋變形裂縫具體的防治措施進(jìn)行了深入探討和總結(jié)。

關(guān)鍵詞：空心砌塊 建筑變形 裂縫

0 引言

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(diǎn)，已經(jīng)成為替代傳統(tǒng)的黏土磚最有競(jìng)爭(zhēng)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。

1 砌塊房屋的溫度變形分析

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(duì)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(diǎn)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(méi)有差別，但在夏季陽(yáng)光照射下兩者之間還是存在一定的溫差。夏季在陽(yáng)光照射下，屋面上表面最高溫度可達(dá)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(hù)，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(shí)兩者溫差還是有可能引起墻體的開(kāi)裂。

這種溫度裂縫是有明顯的規(guī)律性：兩端重中間輕，頂層重底下輕，陽(yáng)面重陰面輕。由于頂蓋的溫度伸縮也會(huì)引起與外縱墻相連的頂層橫墻的開(kāi)裂，一般位于天棚下靠近外墻處出現(xiàn)斜向裂縫。頂層墻體開(kāi)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(shí)，當(dāng)屋面板坐漿與圈梁結(jié)合較好時(shí)，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。

2 砌塊房屋的收縮變形分析

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(wèn)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^(guò)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(shí)間增長(zhǎng)而逐漸減小。以普通混凝土砌塊為例，在自然養(yǎng)護(hù)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(dá)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(shí)含水率有關(guān)，也與溫度有關(guān)。

對(duì)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(huì)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(shí)間比成型硬化過(guò)程的第一干縮時(shí)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(qiáng)度不足以抵抗收縮應(yīng)力時(shí)，就會(huì)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(huì)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。

砌塊的含濕量是影響干縮裂縫的主要因素，所以國(guó)外對(duì)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(guò)40%。美國(guó)和加拿大等國(guó)，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(shí)，對(duì)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(shí)要求含水率不大于35%。

3 砌塊房屋溫度、收縮應(yīng)力計(jì)算

3.1 溫度應(yīng)力計(jì)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(xiàn)提出一種近似計(jì)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(duì)位移有以下關(guān)系:

τ=Cx·U(1)

式中:——Cx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(shí)，通過(guò)摩擦阻力使墻內(nèi)主拉應(yīng)力達(dá)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(qiáng)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(jì)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(jìn)深5.1m）。

砌塊砌體如使用M5砂漿砌筑，其抗拉強(qiáng)度僅有0.07MPa，抗剪強(qiáng)度僅有0.06MPa，所以它比磚砌體更容易開(kāi)裂。

3.2砌塊房屋墻體收縮引起的應(yīng)力計(jì)算

砌體結(jié)構(gòu)收縮引起的應(yīng)力尚無(wú)較好的近似計(jì)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(jìn)行了彈性范圍內(nèi)的計(jì)算。由于基礎(chǔ)的約束比較強(qiáng)，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(jì)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(jìn)行計(jì)算。收縮變形在有限元計(jì)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：

房屋山墻長(zhǎng)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(kāi)間尺寸的一半b=1.65m，墻厚t=190mm，砌塊強(qiáng)度為MU10，砂漿為M5，為考慮縱墻對(duì)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(jiàn)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(gè)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(qiáng)度，所以山墻中部易出現(xiàn)豎向的干縮裂縫。

外縱墻取一個(gè)單元進(jìn)行計(jì)算，L=31.8m，t=0.19m，b=2.4m(進(jìn)深為4.8m)，為簡(jiǎn)化計(jì)算這里沒(méi)有考慮橫墻的影響。得到的σmax=1.569MPa，出現(xiàn)在一層門(mén)洞口的下角處，且每個(gè)門(mén)窗洞口的角上都是高應(yīng)力區(qū)，這就說(shuō)明了為什么窗角處易出現(xiàn)裂縫。

綜上所述，砌塊房屋裂縫問(wèn)題涉及因素很多，比較復(fù)雜，需要開(kāi)展更深入的試驗(yàn)研究，研究裂縫產(chǎn)生的機(jī)理，影響因素，探索具體薄弱部位，采取更為有效而又經(jīng)濟(jì)的防治措施以及對(duì)已出現(xiàn)裂縫的修復(fù)方案等等。