高永新
(唐山市城市建筑工程總公司,河北 唐山 063000)
19世紀中葉以后,隨著水泥、混凝土和鋼筋混凝土的應用,磚混結構建筑迅速興起。高強度磚和砂漿的應用,推動了高層磚承重建筑的發展。19世紀末葉美國芝加哥建成16層的磚承重墻大樓。磚混結構是指建筑物中豎向承重結構的墻、柱等采用磚或者砌塊砌筑,橫向承重的梁、樓板、屋面板等采用鋼筋混凝土結構。也就是說磚混結構是以小部分鋼筋混凝土及大部分磚墻承重的結構。在一般的建筑中,磚混結構以其造價低、隔熱、隔音效果好,仍被廣泛采用。
大體積混凝土在施工階段,它的澆筑溫度隨著外界氣溫變化而變化。特別是氣溫驟降,會大大增加內外層混凝土溫差,這對大體積混凝土是極為不利的。溫度應力是由于溫差引起溫度變形而造成的,溫差愈大,溫度應力也愈大。同時,在高溫條件下,大體積混凝土不易散熱,混凝土內部的最高溫度一般可達60℃~65℃,并且有較長的延續時間。因此,應采取溫度控制措施,防止混凝土內外溫差引起的溫度應力。混凝土收縮的主要原因是內部水蒸發引起混凝土收縮。如果混凝土收縮后,再處于水飽和狀態,還可以恢復膨脹并幾乎達到原有的體積。干濕交替會引起混凝土體積的交替變化,在混凝土內部產生很大的收縮應力,導致混凝土的裂縫。影響混凝土收縮,主要是水泥品種、混凝土配合比、外加劑和摻合料的品種以及施工工藝、養護條件等。
當下住宅建筑的填充墻多采用加氣混凝土砌塊或混凝土小型空心砌塊和砂漿砌筑,混凝土砌塊材料的孔隙率較高,吸水率也高,混凝土砌塊材料的干縮值變化受實際含水率影響較大,干縮變化時間長;砂漿在凝固前會有較大的塑性變形,受重力作用,墻體會不斷下沉引起收縮;砌筑砂漿凝結硬化時也產生收縮,且持續時間較長,在砌筑完成一個月左右才能趨于穩定。砌體材料干縮、收縮變形產生的內應力會集中于墻體某一部位并逐漸累積,當應力積累到超過該部位砌體和砂漿材料的抗拉強度時,就會引起開裂。這種裂縫多發于框架柱或剪力墻與墻體交接部位及框架梁或現澆板與墻體交接部位。砌體材料受溫度的變化產生熱脹冷縮,混凝土的膨脹系數和砌體的膨脹系數差異較大,當溫度變化時,混凝土與砌體的變形不一致,從而產生內應力。當作用于構件的溫度應力超過混凝土與砌體的抗拉強度時,將出現開裂。在樓梯間圈梁與墻體交接處、混凝土屋蓋與墻體交接處出現水平裂縫比較多。
混凝土與地基澆在一起,早期混凝土溫度上升時,混凝土膨脹受到地基約束會產生壓應力;當后期溫度下降時,混凝土收縮受到地基約束便會產生拉應力。由于混凝土的抗壓性能優于抗拉性能,所以在受壓時一般不會出現裂縫,而在受拉時,當拉應力大于混凝土的抗拉強度時,就會在混凝土中出現垂直裂縫。
為了防止溫度變化引起墻體開裂,可根據具體情況采取下列措施:
1 施工前工地現場使用的水泥、黃沙、砌塊、外加劑等原材料要報送當地具有相應資質的檢測單位進行試驗檢測,檢測合格后方可使用。
2 嚴格控制施工前砌塊的含水率,要提前1~2天進行澆水潤濕,一般檢查砌塊斷面以吃水1cm為宜。
3 嚴格按照實驗室出具的數據控制配合比,如遇氣溫較高,可適當增加砂漿用水量,控制好砂漿的和易性,根據氣溫合理控制鋪灰長度,砌墻施工完畢后要適當澆水潤濕養護,既起到灌縫的作用,又保證砌塊與砂漿緊密結合,
4 做好材料計劃編制,備料要有提前量,加氣混凝土砌塊進場要有出廠合格證和明確的生產日期;加氣混凝土砌塊出釜停放期不小于28天且不宜小于45天;混凝土小型空心砌塊的齡期不小于28天。若加氣混凝土砌塊出廠后直接運到現場,上墻施工,此時的加氣混凝土砌塊內部尚有一定的內部能量沒有完全釋放完畢,所以在填充墻施工完畢后加氣混凝土砌塊還有一段釋能時間,這段時間一般要在一個半月左右。如果在這段時間內進行抹灰施工,往往就會產生墻面空鼓開裂。
5 減少水泥用量。選用水化熱較低的32.5號礦渣硅酸鹽水泥。其早期的水化與同齡期的普通硅酸鹽水泥相比,3天的水化熱約低30%。大體積混凝土引起裂縫的主要原因是水泥水化熱的大量積聚,使混凝土早期升溫和后期降溫產生內部和表面溫差。合理地選用水泥是控制溫度裂縫的有效措施。
6 當房屋的屋蓋和樓板不在同一標高時,如錯層房屋,應在錯層處縱橫墻相交點設置鋼筋混凝土構造柱并設雙道圈梁與構造柱相連,以幫助墻體抵抗拉剪應力。
7 在建筑物的兩端的1~2個開間內或總長1/4范圍內的屋面板底設置滑動支座,讓其自由伸縮。
8 做好屋面保溫隔熱層,這是最關鍵的一點。傳統的做法是設一道架空隔熱板,但效果不理想,筆者建議采用種植屋面和儲水屋面,或者使屋面做成太陽能集熱器,把太陽能轉化為電能或其他能量,這樣既符合可持續發展戰略,又能取得非常理想的隔熱效果。
9 加強門窗洞口外的剛度,將門窗洞口上的鋼筋混凝土過梁與內墻鋼筋連接起來,形成一個連續過梁,以增強房屋整體剛度。
10 設計時嚴格按規范設置構造柱和圈梁,必要時可增加圈梁道數,以增加上部結構的剛度,當建筑物屋層較高且大時,在窗頂增設一道圈梁,效果更好。
11 加強后期養護
養護是一項十分關鍵的工作,養護主要是保持適宜的溫度和濕度,以便控制混凝土內表溫差,促進混凝土強度的正常發展及防止混凝土裂縫的產生和發展。根據工程的具體情況,應盡可能多養護一段時間。
總之,雖然學術界對于混凝土裂縫的成因和計算方法有不同的理論,但對于具體的預防和改善措施意見還是比較統一,同時在實踐中的應用效果也是比較好的,具體施工中要靠我們多觀察、多比較,出現問題后多分析、多總結,結合多種預防處理措施,同時應做好充分的施工準備、加強現場協調與組織管理,混凝土的裂縫是完全可以避免的。
[1]GB50203-2002,砌體工程施工質量驗收規范[S].
[2]GB50003-2001,砌體結構設計規范[S].