灰砂磚使用不當造成的質量事故分析

王成鋒

(徐州市住房置業(yè)擔保有限公司,江蘇 徐州 221003)

GB11945-1999規(guī)定,灰砂磚是指石灰和砂為主要原料,允許摻入顏料和外加劑,經坯料制備、壓制成型、蒸壓養(yǎng)護而成的的實心磚。

經過對工程進行調研發(fā)現:使用蒸壓灰砂磚的墻體或框架及框剪結構的填充墻會出現開裂或滲漏現象,使用新墻材的比使用紅磚的多一些;并不是每一堵使用新墻材的墻都會出現裂漏,而且出現的位置和方式各不相同,向西方向的外墻比其它方向的外墻出現問題的機率大,最頂層的外墻出現裂漏的情況比其它位置較為嚴重。實際上,墻體出現裂漏的根本原因并不是因為使用了蒸壓灰砂磚或蒸壓加氣混凝土砌塊,而是由于把新墻材錯誤地理解成是一種比紅磚輕的“輕質磚”,按照使用紅磚的方法來管理和砌筑,而沒有按照新工藝進行施工。

1 事故概況

某制品廠修建 2幢倉庫,為磚混結構,每棟建筑面積937.7m2,庫房長 60.5m,寬 5.5m,高 4.32m。該工程施工剛剛完畢,即發(fā)現墻體出現裂縫,并不斷增寬,一般為 1mm左右,最大寬度達到 2.1mm。裂縫大多從窗口下開始,大致垂直向下發(fā)展,370mm厚墻由外向里裂縫。裂縫發(fā)展了 2個月,基本上穩(wěn)定,最終在兩柱間有一道大裂縫,山墻上有 2道裂縫。

2 事故原因分析

調查結果表明,該工程手續(xù)完備,程序合理,設計和施工管理均符合要求,但檢查施工日志時發(fā)現,該工程因黏土磚供應短缺,經協調改用 MU 10灰砂磚,但由于施工單位對灰砂磚的性能缺乏了解,只是簡單按等強度替換。

蒸壓灰砂磚和蒸壓加氣混凝土砌塊是近年來使用較多的新型墻體材料,但使用后會遇到墻體開裂、滲水,抹灰脫落從而污染、損壞室內裝修等問題。

2.1 灰砂磚性能特征

蒸壓灰砂磚和蒸壓加氣混凝土砌塊屬于硅酸鹽制品,因此,它們的物理特性和化學特性與紅磚有著本質區(qū)別,主要有以下幾點。

2.1.1 干燥收縮值

紅磚的標態(tài)干縮值在0.1mm/m以下,且實際干縮值一般只是比標態(tài)干縮值稍小,但任何狀態(tài)下都非常接近。對蒸壓灰砂磚和蒸壓加氣混凝土砌塊,它們的標態(tài)干縮值一般為紅磚的 3～6倍。若要將它們的實際干縮值控制在 0.1mm/m,則它們的相應含水率分別約在 3.4%和 9.8～13.6%。而蒸壓灰砂磚的平衡含水率約在 1.9%,蒸壓加氣混凝土砌塊的平衡含水率約在 3.6～3.8%,這說明,當硅酸鹽制品的實際含水率與平衡含水率接近時,其實際干縮值與紅磚相差不大。在實際應用中,只要經過一定的干燥期,我們一般可以把它們的實際干縮值控制在 0.1～0.3mm/m的范圍,這充分表明嚴格控制新墻材上墻含水率是非常重要的。新出廠的灰砂磚,其含水率隨時間而減小,收縮變形大,約 25 d后穩(wěn)定。

2.1.2 吸水性能

紅磚的吸水性能要求小于 23%,一般在 20%以下。蒸壓灰砂磚的吸水率一般在20%以下,蒸壓加氣混凝土砌塊的吸水率一般在 65%以下,兩者都與平衡含水率相差很大,如果在下雨天氣沒有很好的防雨措施,它們的實際含水率可接近各自的吸水率。如前所述,紅磚的實際含水率對其實際干縮值影響極小,而硅酸鹽制品的實際干縮值卻隨制品實際含水率的變化而發(fā)生很大的變化。灰砂磚的飽和吸水率為19.8%,與紅磚相當,但其吸水速度比紅磚慢。

2.1.3 干燥和收縮的速度

蒸壓灰砂磚和蒸壓加氣混凝土砌塊的吸水速度比紅磚要慢得多,同時它們蒸發(fā)含水的速度也比紅磚要慢得多,也就是說它們在大量吸水后在很長時間內都會具有一個很大的實際干縮值。有關試驗數據表明,在溫度為 20±1℃、相對濕度 60±10%的條件下進行測試,紅磚在 3 d內干縮完成約90%,水分去掉約 60%,而灰砂磚在 3 d內干縮完成約 15%,水分去掉約 50%,在 7 d內干縮完成約 35%,水分去掉約60%,在 16 d內干縮完成約 60%,水分去掉約 70%。

2.1.4 力學性能

灰砂磚抗壓性能與普通黏土磚相當,但其抗剪強度的平均值只有黏土磚的 80%,并且與含水率有很大關系,含水率對抗剪強度的影響見表1,灰砂磚含水率過低或過高均使其抗剪強度降低。

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在調查過程中進一步了解到,該工程在砌筑過程中,由于灰砂磚供應也很緊張,所以使用的磚都在磚廠堆放不到一周就運到工地上,甚至有的一出窯便裝車運往工地。施工時工人不懂灰砂磚的特點,又趕上當時正直 8～9月份,天氣炎熱,地表溫度有時高達 40℃以上,所以就往灰砂磚上灑水,使磚的干燥時間大大延長,這樣就大大降低了砌體的抗剪強度,造成砌體嚴重開裂。

2.2 蒸壓灰砂磚墻體開裂的機理分析

對于框架結構和框剪結構來說,每一堵墻包括梁、柱、門窗洞口和填充墻、抹灰層、外墻裝飾層等,都是一個有機結合的 “整體墻”。在這個“整體墻”中,由于許多的內在因素的影響,從而產生多樣的內應力,這些內應力從墻體砌筑完成便已開始形成并慢慢在墻體中發(fā)生變化。當變化過程中較大的內應力集中在墻體的某一部位,而該處的抗拉強度不足以抗衡的情況下,則會產生裂縫從而釋放應力。

引起“整體墻”產生內應力的因素很多,其中主要表現在以下幾方面。

2.2.1 墻體材料及砂漿等干縮變形而產生的內應力

內應力的大小與實際干縮值成正比,而實際干縮值的大小則與新墻材的標態(tài)干縮值、實際含水率是同方向變化,與產品的齡期是反方向變化。

2.2.2 砌體的沉縮而產生內應力

砌體在砌筑過程及砌筑完成后都會形成沉降收縮,它包括砌體在自重作用下產生的砂漿塑性變形而下沉,也包括墻體材料和砂漿的干燥收縮。其內應力的大小與砌體的沉縮量成正比。

2.2.3 溫度應力而產生的內應力

溫度的變化會引起材料的熱脹、冷縮,鋼筋混凝土的溫度線膨脹系數為砌體溫度線膨脹系數的兩倍。當溫度變化時,鋼筋混凝土與砌體的變形不同步,由于建筑物是超靜定結構,約束條件下溫度變化引起足夠大的變形時,建筑物將產生溫度應力,即在“整體墻”產生內應力。內應力的大小與溫度的變化成正比,這種溫度應力在紅磚墻體中同樣會形成。

當作用于構件的溫度應力超過鋼筋混凝土與砌體的抗拉強度時,將出現裂縫。所以,在樓梯間圈梁與砌體交接處、混凝土屋蓋與墻體交接處,水平裂縫比較多。

對于墻體來說,門、窗洞口就是應力集中的部位。當溫度變化時,混凝土和砌體產生溫度應力,而頂層砌體門、窗洞口的角部又是正應力、溫度應力都比較大的部位,這樣,就出現了頂層砌體門、窗洞口的八字裂縫。

2.2.4 建筑物構造不合理引起的內應力

建筑物某些部位如果設計時剛性不足,則由于其自身的變形而產生內應力,而這些內應力最終作用在墻體上。

3 使用灰砂磚時設計和施工過程中應注意的問題

3.1 一般構造要求

對于空曠庫房、車間縱墻很長時,不宜采用灰砂磚。MU 15以上的灰砂磚可用于基礎及其他建筑部位;MU 10灰砂磚可用于防潮層以上的建筑部位;長期受熱、受急熱急冷或有酸性侵蝕的建筑部位避免使用。

采用灰砂磚的砌體在設計中宜適當增加圈梁,在窗下、墻頂兩匹磚位置可放置 4@100鋼筋網片,兩端各伸入墻內500mm。灰砂磚須在出窯后停放一個月再用,堆放時要防水、防潮,以免含水率過高。一般情況下,灰砂磚含水率為5%～7.5%,可以不澆水潤濕。在干燥高溫季節(jié)可適當澆水,但應提前 1～2 d,因為灰砂磚吸水速度很慢,臨時澆水會形成水膜,反而會降低砌體強度。使用灰砂磚前一定要給工人進行技術交底工作,必要時可在技術人員指導下進行試砌。

3.2 防裂漏技術措施

墻體出現開裂都必然有它的內在原因,根據“整體墻”開裂的機理,墻體要產生較大的開裂則會經過下面三個步驟。(1)“整體墻”內部形成了較大的內應力;(2)內應力在墻體的某一部位出現應力集中;(3)在應力集中的部位,砌體的抗拉強度不足以抗衡集中應力的作用,以產生裂縫的形式表現,同時將這部份的集中應力不斷釋放,逐步形成較大的裂縫。

要減少墻體開裂問題,就應該從幾方面去研究相應的預防和解決的辦法。

3.2.1 減少“整體墻”中的內應力

3.2.1.1 盡量減少墻體材料等產品的實際干縮值

(1)不使用齡期小于 30 d的墻體材料,保證新墻材在使用前已基本具備較小的實際干縮值和較高的強度。蒸壓加氣混凝土砌塊的干燥收縮值應≤0.5mm/m,用于外墻的蒸壓加氣混凝土砌塊抗壓強度不小于 5MPa,用于內墻的砌塊抗壓強度不小于 3.5MPa。

(2)應嚴格控制新墻材的含水率和含水深度。使用時,應提前 1～2 d澆水濕潤,不得隨澆隨砌。雨期施工,新墻材不應露天貼地堆放,并應有可靠的防雨淋措施。被雨水淋濕的新墻材不得立即砌筑。

(3)配制砂漿用的石灰膏必須用孔徑 3mm×3mm的篩網過濾,并使其充分熟化。砂漿應采用機械攪拌和隨伴隨用,保證攪拌時間不能太短和使用時間不能過長,嚴禁使用隔夜灰。

3.2.1.2 讓砌體大部分的沉縮變形發(fā)生在墻體壓頂及抹灰之前

(1)日砌高度不宜大于 1.4m,對于蒸壓加氣混凝土砌塊,因其自重太輕,容易造成與砂漿的膠結不充分而產生裂縫,故在停砌時,最高一匹磚以一匹浮磚壓頂,第二天繼續(xù)砌筑時再將其取走。墻體塞頂宜在 7 d后,且以 60°角頂緊。抹灰又應在 7 d后。

(2)應采取有效措施控制灰縫的厚度和飽滿度。宜用“三一”砌磚法砌筑墻體。當采用鋪漿法砌筑時,應限制鋪漿長度。

3.2.1.3 從設計方面減少溫度應力

如在頂層砌體中配置一定數量的抗裂鋼筋,與拉結筋搭接,其配筋率從 0.03%～0.2%,該配筋率既能抗裂,又能保證砌體具有一定的延性,其中一道應設在窗洞底部的窗臺壓頂處。屋面設置具有防水性能的保溫隔熱層,女兒墻與保溫隔熱層宜軟連接(設伸縮縫),屋面應設置分割縫。頂層砌體門、窗洞口加小構造柱、小圈梁,與建筑物構造柱、圈梁連接為整體;同時增加配筋,鋼筋間距為 250～300mm,通長放置,并在洞口內外粘貼L形鋼筋網片,加強墻體的整體性。

3.2.1.4 避免建筑物構造設計不合理引起的內應力

3.2.2 盡量避免應力集中

盡量避免在墻體的某一部位出現應力集中,并在有可能出現應力集中的部位,采取有效的技術措施以增加砌體的抗拉強度。

(1)采用粘結性好的砂漿砌筑墻體。

(2)抹灰砂漿強度應與墻體材料強度相適應,外墻、廚廁等有防水要求的位置應采用防水砂漿。墻體與混凝土交界處宜加掛防裂網,對高層建筑八層以上外墻或要求較高的外墻宜滿掛網。也可以在外(內)墻抹灰砂漿中加入杜拉纖維等材料,改善砂漿的抗裂、抗?jié)B性能。抹灰前必須先進行基層界面處理。墻面抹灰應分次成活,每次厚度在 8mm左右。

(3)外墻面設計應包括:基體處理、找平層、結合層、粘結層和面層。當外墻鑲貼飾面磚時,砂漿的粘結強度應滿足有關強制性條文的要求。

(4)墻體長度超過 5m應設置構造柱,墻體高度超過 4 m,應設置腰梁,其梁高不小于 1/30梁長,且不小于 120mm。女兒墻、陽臺欄桿及較長的窗臺下砌體,應加設現澆鋼筋混凝土構造柱及壓頂,構造柱間距不宜大于 4m,構造柱應伸入壓頂并與鋼筋混凝土壓頂整體澆在一起。

(5)按設計和有關規(guī)范要求設置墻柱拉結筋,并砌入墻內。填充墻與主體結構構件之間的縫隙應采用砂漿填滿。

(6)墻內預埋管線應在彈線定位后,用機械刨坑開鑿,并應在砌體砂漿強度達到 75%以上方可進行。管線安裝后,坑槽應用砂漿分層填塞嚴密,并在抹灰層內沿縫長加掛寬度不小于 300mm的纖維網布或鋼絲網。

(7)門窗框安裝宜采用后塞口法施工。

以上這些方法主要是為了讓墻體成為一個可以盡量分散集中應力的完整結構,同時也是提高墻體自身抗拉能力的技術措施。

4 結 論

施工中如果需要材料代換,除了要核算強度、截面等常規(guī)參數外,如果用不同材料替代時尤其要注意材料物理力學性能差異和工程特性的不同,以免造成工程質量問題。

灰砂磚的干縮、吸水等物理性能以及力學性能都與紅磚有區(qū)別,如果使用不當極易造成墻體開裂等事故。為此可以采取設計構造措施和施工工藝措施加以預防。

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