房屋裂縫的特性、類型及成因(二)

字號:

(6)裂縫危害性
    房屋裂縫的危害,不言而喻,眾所周知。
    荷載裂縫、膨脹裂縫及不均勻沉降裂縫,達到嚴(yán)重程度時,會導(dǎo)致地基基礎(chǔ)、主體結(jié)構(gòu)的破壞,從而造成房屋垮塌和人員傷亡。
    有防水要求的屋面、樓面、外墻面,發(fā)生裂縫,會產(chǎn)生滲漏。滲漏發(fā)生,影響正常使用,導(dǎo)致腐爛,造成不必要損失。
    裂縫影響美觀,有礙觀瞻。
    裂縫有可能引發(fā)社會矛盾,導(dǎo)致社會不安寧。
    2、裂縫類型及成因
    房屋裂縫,可以說是因“力”而生。這有幾種情況:
    一是由外荷載(如靜、動荷載)作用,直接應(yīng)力(即常規(guī)計算的主要應(yīng)力)引起的裂縫。
    二是由外荷載作用,結(jié)構(gòu)次應(yīng)力引起的裂縫。許多結(jié)構(gòu)物的實際工作狀態(tài)同常規(guī)計算模型有出入,例如屋架按鉸接節(jié)點計算,實際混凝土屋架節(jié)點卻有顯著的彎矩和切力,這里所稱的彎矩和切力即為次應(yīng)力,它們時常引起節(jié)點裂縫。
    三是變形變化作用,發(fā)生應(yīng)力引起的裂縫。因溫度、收縮、膨脹及不均勻沉陷等因素,引發(fā)變形變化。當(dāng)變形得不到滿足才引起應(yīng)力,應(yīng)力超過一定數(shù)值才引起裂縫。裂縫出現(xiàn)后,變形得到滿足或部分滿足,同時剛度下降,應(yīng)力就發(fā)生松弛、消失。
    概而言之,裂縫分為兩大類:即荷載裂縫和變形裂縫。有關(guān)資料表明,變形變化(溫度、收縮、不均勻沉陷)引起的裂縫占80%以上,由荷載引起的裂縫約占20%左右。在前述80%的裂縫中,也包括變形與荷載共同作用,但是以變形變化為主所引起的裂縫。同樣,在20%的裂縫中,也包括變形變化與荷載共同作用,但是以荷載為主所引起的裂縫。
    2.1混凝土結(jié)構(gòu)裂縫
    1、荷載裂縫
    (1)荷載裂縫
    結(jié)構(gòu)物受到荷載作用,混凝土內(nèi)部產(chǎn)生拉應(yīng)力,當(dāng)其超過混凝土的極限抗拉強度時,混凝土產(chǎn)生裂縫。
    普通鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)受彎構(gòu)件,如無特殊要求,在荷載標(biāo)準(zhǔn)值作用下是允許出現(xiàn)裂縫的,但其裂縫寬度,在荷載長期效應(yīng)組合下,不得超過規(guī)范限值。
    實踐證明:混凝土結(jié)構(gòu)如嚴(yán)格按現(xiàn)行設(shè)計規(guī)范進行正確設(shè)計,按現(xiàn)行施工及驗收規(guī)范精心施工,在荷載標(biāo)準(zhǔn)值作用下,其裂縫寬度皆不會超過規(guī)范限值。
    混凝土結(jié)構(gòu)荷載裂縫的特點:
    ①裂縫出現(xiàn)在結(jié)構(gòu)或構(gòu)件的受拉區(qū)或剪拉區(qū);
    ②裂縫形狀多為楔形裂縫;
    ③受彎構(gòu)件正彎矩和負(fù)彎矩區(qū)段內(nèi)皆為豎向裂縫,在斜截面剪應(yīng)力區(qū)段內(nèi)多為斜向裂縫;
    ④軸心受壓和偏心受壓柱,在荷載接近極限承載力時,柱出現(xiàn)劈裂狀裂縫或局部承壓裂縫。規(guī)范規(guī)定:“強柱弱梁、強剪弱彎、強節(jié)弱桿”,因此,在荷載標(biāo)準(zhǔn)作用下,鋼筋混凝土框架結(jié)構(gòu)的梁柱節(jié)點核心區(qū),框架柱和一般鋼筋混凝土柱,以及一般受彎構(gòu)件的斜截面剪應(yīng)力區(qū),是不允許出現(xiàn)裂縫的。
    (2)設(shè)計不周裂縫
    由于設(shè)計考慮不周,導(dǎo)致混凝土產(chǎn)生裂縫。例如:
    ①將各層陽臺混凝土挑梁端部,用混凝土柱上下相連,導(dǎo)致上部各層部分荷載傳到下部挑梁上,造成底層混凝土挑梁根部出現(xiàn)豎向裂縫。
    ②截面高度受到限制的、跨度較大的鋼筋混凝土梁或跨度較大的板,僅重視了承載力極限狀態(tài)的設(shè)計,而忽視了正常使用極限狀態(tài)剛度和裂縫開展的計算,導(dǎo)致混凝土構(gòu)件撓度和裂縫寬度超限。
    ③跨度較大的梁,設(shè)計按簡支計算,但未充分考慮支座實際嵌固負(fù)彎矩的作用,而導(dǎo)致梁端頂部出現(xiàn)裂縫。
    2、變形列縫
    由于混凝土構(gòu)造措施不當(dāng),導(dǎo)致混凝土產(chǎn)生裂縫。例如:
    ①在梁上擱置預(yù)應(yīng)力空心板,當(dāng)板受荷載后,板端(即支座處)轉(zhuǎn)動變形,產(chǎn)生沿板端平行于梁的裂縫。這是因為,設(shè)計時預(yù)應(yīng)力空心板按簡支板設(shè)計,但在構(gòu)造上未考慮板受荷載后,板端轉(zhuǎn)動變形使板端開裂所致。
    ②預(yù)應(yīng)力空心板,由于板與板間接縫構(gòu)造措施和施工處理不當(dāng),導(dǎo)致板間接縫出現(xiàn)了裂縫。例如,有一住戶反映,他的客廳地板磚破裂,并發(fā)生一聲重響。實地查看,是板間接縫開裂。
    ③截面高度較大的梁,由于腰筋間距較大,導(dǎo)致混凝土梁兩側(cè)出現(xiàn)棗核形裂縫。
    (2)溫度裂縫
    ①水化熱裂縫
    在大體積混凝土或高強度混凝土施工過程中,由于混凝土水化熱很高,致使混凝土內(nèi)部溫度,與混凝土表面溫度以及外部環(huán)境溫度相差較大,加之約束的存在,就會產(chǎn)生水化熱裂縫。
    通常情況下,大體積混凝土,當(dāng)其內(nèi)部與表面溫差超過25℃,混凝土表面溫度與環(huán)境溫度之差超過15℃,澆注溫度大于28℃,且混凝土斷面溫度變化梯度較大時,則易出現(xiàn)水化熱裂縫。
    應(yīng)當(dāng)指出,大體積混凝土水化熱裂縫,除主要與溫度有關(guān)外,還與其周邊的約束條件,以及混凝土原材料性質(zhì)和混凝土自身的收縮變形等因素有關(guān)。正因為如此,大體積混凝土水化熱裂縫的形態(tài),也不完全一致。就其裂縫的類型而言,有表層裂縫、內(nèi)部裂縫、貫穿裂縫、非貫穿裂縫和轉(zhuǎn)角、截面突變部位及孔洞角部的熱應(yīng)力集中裂縫等類型。就其裂縫形狀而言,有龜裂縫或放射狀裂縫、水平裂縫、垂直裂縫和斜向裂縫等。
    ②溫度裂縫
    由于外界溫度變化,使混凝土產(chǎn)生脹縮變形,這種變形即為溫度變形。當(dāng)混凝土構(gòu)件受到約束時,構(gòu)件內(nèi)產(chǎn)生應(yīng)力?;炷羶?nèi)部由此產(chǎn)生拉應(yīng)力,當(dāng)其超過混凝土抗拉強度極限值時,混凝土便產(chǎn)生溫度裂縫。
    溫度裂縫,往往具有頂層重、下層輕,兩端重、中間輕,向陽重、背陰輕,且隨溫度變化而變化。梁板式結(jié)構(gòu)或長度較大的結(jié)構(gòu),裂縫多平行于短邊;大面積結(jié)構(gòu),裂縫??v橫交錯。深進的或貫穿的溫度裂縫,一般與短邊平行或接近于平行,且沿建筑物長度方向分段出現(xiàn),中間較密。此外,在梁板交界處有水平裂縫,梁端出現(xiàn)斜裂縫,屋面板四角易生45°斜裂縫,短肢剪力墻結(jié)構(gòu)現(xiàn)澆板裂縫呈放射形狀等。
    一般工業(yè)與民用建筑,在夏季,屋面受到太陽幅射,表面溫度可達55℃~65℃,而室內(nèi)溫度一般在25℃~35℃。在冬季,屋面溫度約為-10℃~-15℃,而室內(nèi)溫度一般為16℃~22℃,即屋面內(nèi)外將有25℃~30℃的溫差。當(dāng)屋面保溫、隔熱達不到節(jié)能設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)時,將導(dǎo)致混凝土構(gòu)件(如板、梁、柱等),產(chǎn)生溫度變形或溫度變形差,因有約束存在,就會導(dǎo)致混凝土出現(xiàn)溫度裂縫。
    混凝土結(jié)構(gòu)的溫度裂縫,由于其約束程度不同,將產(chǎn)生較大的差別?;炷良s束大致可分為“外約束”和“內(nèi)約束”兩類?!巴饧s束”是指一個物體受到其它物體阻礙,一個結(jié)構(gòu)變形受到另一結(jié)構(gòu)阻礙,這種物體與物體之間,結(jié)構(gòu)與結(jié)構(gòu)之間的相互牽制作用稱作“外約束”。“內(nèi)約束”是指一個物體或一個構(gòu)件本身質(zhì)點之間的相互約束作用,稱為“內(nèi)約束”?;炷两Y(jié)構(gòu)產(chǎn)生的溫度裂縫,絕大部分與“外約束”有關(guān),少部分是由于“內(nèi)約束”所造成。
    混凝土構(gòu)件由于外約束程度不同,其溫度裂縫形狀亦有較大差別。例如,預(yù)應(yīng)力大型屋面板在溫度作用下,特別是在有較大溫差的情況下,由于支座焊接的約束,產(chǎn)生起伏變形,導(dǎo)致屋面板間裂縫或屋面板四角出現(xiàn)斜向裂縫?,F(xiàn)澆屋面板,由于有剛度較大的鋼筋混凝土梁約束,當(dāng)有較大溫差時,導(dǎo)致屋面板與梁交界處產(chǎn)生水平裂縫,甚至在梁端出現(xiàn)斜向裂縫。表面積較大,厚度較薄的現(xiàn)澆混凝土樓、屋面板,因有混凝土梁的約束,其溫度裂縫多在端部板的四個大角出現(xiàn)近45○的斜向裂縫。短肢剪力墻結(jié)構(gòu)現(xiàn)澆板,由于剪力墻的約束,其溫度裂縫,多呈放射形狀等。
    “內(nèi)約束”的例子有,混凝土煙囪筒壁由于非均勻受熱,使得混凝土煙囪外壁產(chǎn)生豎向溫度裂縫。
    總之,溫度裂縫,由于溫度分布、溫差大小,約束程度以及結(jié)構(gòu)構(gòu)件的類型不同,其溫度裂縫的形狀和發(fā)生的部位,都有較大的差異。同時,還會隨時間的推移,溫度裂縫會逐漸開展,甚至惡化,溫度裂縫是混凝土裂縫中較為復(fù)雜的一類。
    ③收縮溫度裂縫
    一般在混凝土硬化過程中或使用一段時間后,由于混凝土的體積收縮、外界溫度變化,導(dǎo)致混凝土產(chǎn)生收縮和溫度應(yīng)力變形。當(dāng)其收縮和溫度應(yīng)力,超過混凝土抗拉強度極限值,或混凝土極限變形值時,在有約束的條件下,混凝土產(chǎn)生收縮溫度裂縫。這種裂縫是由收縮和溫度共同作用引起,因此其裂縫形態(tài)比較復(fù)雜。混凝土結(jié)構(gòu)裂縫若先是因混凝土收縮引起的,則其裂縫一般為每隔一段距離有一條裂縫,且具有溫度低時裂縫開展寬度較大,溫度高時裂縫開展寬度較小的特點?;炷两Y(jié)構(gòu)裂縫若先是因溫度應(yīng)力所引起的,則這種裂縫不僅隨著溫度的變化而變化,而且還隨著混凝土收縮的增大而增大。
    通常情況下,產(chǎn)生溫度應(yīng)力的根源,還未根除,收縮溫度裂縫將隨時間的推移而逐漸發(fā)展。
    (3)收縮裂縫
    ①塑性沉縮裂縫
    塑性沉縮裂縫,是混凝土在澆注過程或澆注成型后,混凝土初凝前發(fā)生。一般多沿結(jié)構(gòu)上表面鋼筋通長方向,或箍筋位置或預(yù)埋件附近斷斷續(xù)續(xù)出現(xiàn),深度至鋼筋表面為止,寬度為1~2mm,高達4mm。
    成因是,混凝土拌合物中,骨料在自重作用下緩慢下沉,水向上浮,即所謂的泌水。若是素混凝土,其內(nèi)部下沉是均勻的。若是鋼筋混凝土,則混凝土沿鋼筋下方下沉,鋼筋上面的混凝土被鋼筋支頂,使混凝土沿鋼筋表面產(chǎn)生順筋裂縫。這種塑性裂縫,對于大流動性混凝土或水灰比較大的混凝土尤為嚴(yán)重。
    另外,在結(jié)構(gòu)的變截面處、梁板交接處、梁柱交接處及板肋交接處,在拆模時,發(fā)現(xiàn)斷斷續(xù)續(xù)的水平沉縮裂縫。裂縫中部較寬,兩端較窄,呈梭形。
    ②塑性收縮裂縫
    混凝土澆注后,還處于塑性狀態(tài)時,由于天氣炎熱、大風(fēng)或混凝土本身水化熱高等因素,而收縮產(chǎn)生裂縫。實測結(jié)果表明,當(dāng)混凝土拌合物表面水份蒸發(fā)率超過0.5kg/m2h時,混凝土將產(chǎn)生急劇收縮,特別是大流動性混凝土,其塑性收縮值為200×10-4;中等流動性混凝土,其塑性收縮值約為(60~100)×10-4。此外對于結(jié)構(gòu)表面大,或水灰比較大的薄壁構(gòu)件,施工時未及時覆蓋,導(dǎo)致混凝土表層失水過快,在混凝土初凝前又未做收水或二次搓毛壓平措施時,也易產(chǎn)生塑性收縮裂縫。塑性收縮裂縫,又稱龜裂,出現(xiàn)很普遍,一般出現(xiàn)在新澆注混凝土結(jié)構(gòu)構(gòu)件表面,形狀很不規(guī)則,類似干燥的泥漿面,裂縫較淺,多為中間寬兩端細(xì),且長短不一,互不連貫。有一種觀點認(rèn)為塑性收縮裂縫屬于干縮裂縫,寬度一般在0.5~2 mm左右。
    ③干縮裂縫
    混凝土在硬化過程中,由于其失水干燥,引起形體收縮變形,這種變形受約束時,就可能產(chǎn)生干縮裂縫?;炷烈蚴稍?,引起的形體變形,主要是由于毛細(xì)管壓力所造成的?;炷林忻?xì)管孔隙,在混凝土干燥過程中逐漸失水,毛細(xì)管也逐漸變形產(chǎn)生壓力,導(dǎo)致混凝土收縮。如果混凝土水灰比大,毛細(xì)管孔隙也就增多,混凝土收縮也就相應(yīng)增大。當(dāng)混凝土周圍有約束存在時,混凝土內(nèi)部將產(chǎn)生拉應(yīng)力和拉應(yīng)變,當(dāng)其拉應(yīng)力超過混凝土抗拉強度極限值,或其拉應(yīng)變超過混凝土極限變形值時,混凝土就會產(chǎn)生干縮裂縫。試驗表明:水泥用量或水灰比越大,其干燥收縮變形也越大,且收縮延續(xù)時間越長,混凝土保溫養(yǎng)護不到位,則會使混凝土早期收縮加劇。根據(jù)國外20年的干縮試驗資料,半個月僅完成20年干縮的20~25%,3個月完成50~60%,1年完成75~80%。
    混凝土干縮裂縫,一般有兩種形狀:一種為不規(guī)則龜紋狀或放射狀;另一種為每隔一段距離出現(xiàn)一條裂縫?;炷粮煽s裂縫,因約束條件、配筋形式不同,裂縫形狀也不相同。對于表面積較大的板類鋼筋混凝土構(gòu)件,多為上口小下口大的楔形裂縫;對于厚度較薄的板(120mm以下),特別是采用泵送混凝土,嚴(yán)重的,裂縫貫穿板厚;對于鋼筋混凝土梁式構(gòu)件,多為兩頭小中間大的棗核形裂縫,且在梁兩側(cè)裂縫較重,梁底面和頂面裂縫較輕,裂縫高度多在梁高2/3以上,但裂縫深度較淺,輕者為混凝土保護層厚度,重者達30~100mm,裂縫寬度一般在0.1~0.5mm之間,嚴(yán)重的可達0.5~1.5mm。