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非承重混凝土小型砌块墙体防裂问题研究

文章来源:云南墙体材料革新网发布人:工作人员发布时间:2014/09/22

一、前言

在工业民用建筑工程中,特别是框架、框剪结构中采用砼小型砌块作为非承重填充墙的应用十分普遍,其应用技术也日趋成熟,已有相应的技术规程和标准,例如GB 50203-98 《砌体工程施工及验收规范》,DBJ/T 15-18-97 《非承重小型砼砌块砌体工程技术规程》等。在这些规范、规程中,均已对墙体防裂问题作出了较详细的规定,特别是DBJ/T 15-18-97规程在附录中列出了墙体开裂的部位、原因及防治措施,这在其它的技术规程中并不多见,说明该规程将防治裂缝作为重点问题对待。在实际工程中,严格按规程实施者,工程质量均较好,可以避免裂缝发生或减少裂缝的出现,但也有些工程技术人员未掌握规程的要求,或理解得不够,未完全按规程的规定进行操作,致使工程中仍有开裂的问题发生,影响工程质量,该问题也引起了建设主管部门的重视。本课题组在总结以往经验和广泛调查的基础上,对该类墙体开裂及防治问题进行了系统的研究,对墙体开裂的原因、影响因素和防治机理进行了系统的分析、研究,并提出了防治措施,以供有关工程技术人员参考。本文属1999年广州市建委及广州市墙改办下达的课题“新墙材应用技术研究”编号9909的内容。

二、墙体防裂研究的技术路线

长期以来,“开裂”、“渗漏”被认为是墙体工程的通病。开裂和渗漏是两个问题,但也有联系。开裂是渗漏的主要原因之一,本文重点研究墙体的防裂问题。在研究防裂问题之前,我们应对裂纹的判断有一个共同的标准,以便对问题展开讨论。一般的“开裂”有裂纹和裂缝之分,但两者并无严格的介定,习惯上称较细的为“裂纹”,较粗的为“裂缝”。在建筑工程中,完全消除砼砌块墙体的开裂是较难的,甚至是不可能的(详见《墙面抹灰开裂、防裂机理探讨》一文)。这里所指的墙体防裂主要针对肉眼所能看见的、缝宽大于0.1mm的裂纹或裂缝。通过本专题组现场的认真调查、试验研究、分析归纳,并通过广州市环市西苑富力广场、奥林匹克体育场馆等工程的实践,我们认为非承重砼小型砌块填充墙体开裂的影响因素较复杂,但只要人们认识了开裂的原因,掌握了控制的原理,严格按规程实施,从技术上是可以解决墙体“开裂”问题和保证墙体工程质量的。 本研究的技术路线如下:将墙体开裂问题分成三个层次、三个方面进行研究。即首先将墙体分成设计、材料和施工三类主要因素分别进行探讨,从而将防裂措施归纳成构造防裂、材料防裂和施工防裂三种类型,分别探明墙体开裂的影响机制并提出控制开裂的有效措施;然后进一步将墙体分成墙体基层——砌体、墙体面层——抹灰层以及两者的粘结界面这三个层次,分别而又有联系地进行研究。按以上技术路线去分析研究,可层次清析、系统全面地认识墙体开裂的影响因素,并能因地制宜地提出防治墙体开裂的有效措施。

三、砼小型砌块填充墙体开裂的影响因素分析

在研究墙体开裂问题之前,应充分了解墙体的构造、组成状况,它是分析问题的基础。本研究的内容重点在非承重小型砼砌块墙体,即目前工程中常见的框架、框剪结构的填充墙。以常见的框架结构填充墙为例,其墙体构造见图1:

(一)砌体开裂的影响因素

1.墙体构造因素与砌体开裂的关系

1)从设计的角度提出有关防裂的保证措施

要做到砌体本身结构应密实、稳定,并与主体结构连接紧密,接缝处应填充密实,同时应保证在施工和使用过程中不会因材料的的变形和结构的应力而引起墙体开裂。因而,只有在设计时事先考虑周到,控制可能引起开裂的各种因素,才能做到无开裂。在设计时应考虑选择合适的材料、合理的构造以及施工的可行性,以做到:

(1)墙底与楼地面结合处应满铺砂浆,使墙与楼地面结合成整体;

(2)墙侧与柱面结合处应满铺砂浆,否则易出现沿结合处的裂缝,见图2;

(3)墙顶与梁、板底部的结合处应用小砖压顶,顶紧并用砂浆密实;

(4)砌体本身灰缝均匀饱满一致。

(5)选用与砌体材料相适应的砌筑、抹灰砂浆材料。

2)从结构构造的角度提出防裂保证措施:

图2 墙体转角处的裂缝图

为了保证墙体本身的整体性及与建筑结构之间的整体性,防止墙体产生裂缝,构造上要求:

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图3 结构中预留拉接钢筋

(1)在结构中预留拉接钢筋在砌墙时将其埋入墙内,见图3。该拉筋除了保证墙体的稳定性、抗震性外,还具有一定的防裂作用。也可在砌体内埋入拉接钢网片,见图4。

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图4 砌体内埋入拉接钢网片

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在试点工程中,将墙体两端预埋的拉筋在1200mm的基础上加长,使之在墙体的中部搭接形成加筋砂浆带,证实其防裂效果更好。

(2)对过高的墙体加设圈梁或配筋砂浆带,见图5。圈梁、配筋砂带除了增加墙体的整体性、稳定性和抗震性外,还可减少因墙体过高而产生的沉降或干燥收缩,从而避免墙体开裂。

(3)对过长的墙体设置构造柱,见图5。这将减少因墙体过长所产生的干燥收缩,从而避免墙体开裂。

5 较高较长的墙体中加设构造柱与配筋砂浆带

①拉接钢筋 ②砼梁面刷水泥胶浆 ③墙端剪力墙 ①T形墙体 ②拉接钢网片 ③勾(压)缝

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①构造柱 ②配筋砂浆带 ③预埋管线 ①转折墙体第一皮砌块 ②拉接钢筋

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4)砌筑时,对有转折的砌块墙体,一般应在转折处每隔3皮砌块设置长度不小于1200mm的拉接钢筋,以防止墙体的转角处产生纵向的开裂,见图6。

6 转折墙体转折处设置拉接钢筋

(5)有门、窗洞口的部位应加强。洞口周边200mm左右采用实心砌块或加设配筋水泥砂浆边框、立柱等。洞口的上部加设门、窗过梁等,特别是洞宽大于1m时,必须采用钢筋砼过梁加强,且过梁埋入长度不小于390mm,以防止门、窗洞口的上角和周边的墙体在干燥收缩及受到外力撞击时产生开裂。

(6)控制好主体结构变形。当梁的跨度大,挠度过大,在墙体完成后,形成对墙体的压力,导致墙体产生开裂。在住宅商品房中,梁的跨度较小,这种情况不多见。在大开间等框架结构中,梁的跨度较大,则应注意这一问题。 在建筑的顶层,由于屋盖的温度变化引起结构的变形,对柱形成横向推力,从而对墙体产生拉、剪应力,导致墙体开裂。此外,由于砼结构与墙砌体的温度线膨胀系数不同,长尺寸的连续框架或现浇砼挑檐由于产生较大的温差变形积累而引起墙体开裂,因此,必须处理好屋盖(屋顶)保温隔热层及其与主体结构的连接构造(详见“建筑物顶层墙面开裂问题探讨”一文)。

7 隙砌块含水率过高造成的垂直穿透缝

8 砌体表面洒水用花洒式喷头示意图

所以必须必须控制好砌块砌筑时的含水率和抹灰时砌体基层的表面含水率,如控制砌块的出厂含水率、砌块运输和储存中的防水、上墙砌筑时的洒水、雨季施工等方面。在干燥条件下砌体表面需洒水时,可采用等工具均匀洒水,不宜用皮管冲淋,见图8。

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(3)性能未稳定的砌块材料不能使用。当砌块材料性能未稳定时,如普通砼砌块龄期未够时,其内部的水化硬化反应、收缩变形均尚未完成,强度偏低,含水率和体积变形均不稳定;如蒸压加气砼砌块,出釜的含水率较大时,将导致其体积变形不稳定。例如蒸压混硅加气砼砌块(2001年1月12日摩天建材实业公司提供的测试结果,砌块的抗压强度为5.2MPa)在试验条件下的含水率与收缩值测试数据及关系曲线分别见表2和图9。

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蒸压加气砼砌块含水率与收缩值测试数据 表2

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时间(h)

名称

初级

6

12

18

24

32

40

48

72

96

干缩值(mm/m)

0

0.007

0.108

0.196

0.405

0.418

0.425

0.425

0.472

0.493

含水率(%)

66.6

55.9

48.7

40.2

26.0

22.2

17.4

10.6

3.3

3.2

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其结果说明砌块的干缩值随含水率的减少而增加,最后趋于稳定。

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因此,必须使用达到一定龄期、性能稳定的砌块进行砌筑。GB/T 11968-1997规定:蒸压加气砼砌块应存放5天以上方可出厂。因为在较干燥的条件下(如北方)一般砌块的含水率、强度和收缩值已趋于稳定。

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9 蒸压混硅加气砼砌块含水率与收缩值关系曲线图

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10 不同材料混砌造成墙面开裂

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4)采用了本身有缺陷的或有裂纹或断裂的的砌块,将在墙体上形成薄弱环节,在墙体产生变形或内应力时,易在薄弱区形成裂纹。因此,应选用达到技术性能要求的合格砌块。

5)砌块的表面状况差,如有浮灰、表面强度低、表面过于光滑、微密、表面被污染等情况,均不利于墙材与砂浆的粘结。因此,应选用外观质量合格的砌块。

6)采用了不同材料如砌块和砖,或不同材质的砌块如加气砼砌块和陶粒砌块混砌造成的裂缝见图10(在裂缝处将墙面凿开,经观察发现墙体混砌)。由于不同材料的性能不同,在相同的条件下,产生不同的干缩值而引起内应力,最终导致墙体开裂。因此,不应在同一楼层砌体采用不同墙材混砌。

7)砌筑砂浆的选材、配比不当,将造成砂浆的强度等级偏低,干缩值大,工作性和粘结性差。砌筑时应选用与砌块强度等级相适应的砂浆。

3.施工因素对砌体开裂的影响及控制

工程施工的好坏是决定设计的目的能否实现的关键,只有施工质量达到设计的要求,才能保证建筑工程的质量。因此施工因素对墙体开裂的影响较大,在施工过程中,必须掌握好以下的正确操作方法和进行严格的技术控制。

1)施工操作:

(1)正确的铺灰、抹灰工法。铺灰必须均匀、致密,保证在砌块平面上铺满砂浆,砌块两端砂浆量应充足,满足挤浆的要求。留有空隙或缺陷,均会成为应力集中和裂纹的起源地。

(2)正确地摆放砌块和就位的固定方法。准确就位、压移、敲击固定。可采用带控制卡的工具“砌夹”,形状如码砖夹进行砌筑,在水平方向铺好砂浆后,在固定砌块的凹槽端刮抹较厚的砂浆层,用“砌夹”一只手提起砌块,另一只手扶持并适当用力将砌块一次摆放到位,并挤出砂浆,随后勾缝。砌块就位固定后不宜再移动,因为砂浆一接触砌块易失去水分,会影响粘结性。

(3)正确地控制灰缝并及时压缝。在砌块就位的同时,做到挤浆,保证灰缝饱满密实,且横平竖直,厚度一致。砌块固定后及时随手用灰刀尖压实灰缝和填补灰缝,并可勾成凹槽以利于抹灰层的粘结。勾(压)缝处理的实例见图4。

(4)墙体接合处的施工控制

墙体作为一个整体填充于主体结构体系中,形成两者共同工作的状态。墙体与梁、板、柱的结合处是构造中的薄弱环节,最容易出现开裂的问题。因为两个体系的受力变形均集中于薄弱的接合处,为保证墙体的质量,施工时在接合处应加强控制。

① 控制墙体与结构梁、板、柱等接合部位的砂浆的密实性;

② 控制拉接钢筋的数量、布置及在墙内的粘结状况(施工完成后检查拉接钢筋的位置见图11,图中人员手持处为绑在拉筋上的细带)。拉筋应拉直、展平埋入砂浆层中。对于砼空心砌块砌体的拉筋部位可采用正反“对砌”或使用配套小砖砌筑,使拉筋与砂浆层充分粘结;

③ 控制墙体表面防裂钢网的铺设,施工时钢网应钉牢、拉直并展平,保证钢网的铺设宽度和搭接宽度。钢网与砌体基面应留有3~5mm的间隙,以保证抹灰时砂浆可以充分包裹钢网;

④ 墙体在有接槎连接时,应做好接槎处的砌筑,在丁字墙体的平接处(无接槎),应做好拉接钢筋的埋设及钢网防裂等;

⑤ 在不同墙材的接合处,表面上应做好防裂处理,如加设防裂钢网或采用纤维砂浆抹灰。

(5)墙体埋设暗管、线的施工控制

通常在砌块墙体上埋设暗管、线都需要打洞、切槽,若施工不当将直接影响墙体质量,破坏墙体的整体性,甚至引起墙体开裂,从而降低墙体的防水、隔声、抗震等性能,这也是影响墙面开裂的重要因素之一。因此,墙体埋设管暗、线施工时应控制以下方面:

当墙体边砌筑边埋设暗管、线时,应按设计要求配合进行(施工和管线埋设配合见图12);

②当墙体砌筑完成后再埋设暗管、线时,应采用专用机具钻洞、切槽,避免直接的锤击和打凿造成裂纹;埋设安装应按规程操作;槽口及孔洞的回填应采用恰当的材料,保证密实、牢固;表面加设防裂材料覆盖。
有关的内容可参见《砼空心砌块墙体暗管、线埋设安装技术研究》一文。?

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图11 墙内拉筋埋设检查示意图?????????? 图12 墙体施工与管线埋设配合进行示意图???????????

2)施工技术控制:

(1)控制施工日砌高度,让墙体充分完成沉缩变形。因为砌筑砂浆有较大的塑性变形,当未达到硬化龄期之前均有较大的徐变,在上层砌体的压力作用下,砂浆发生较大的压缩变形,特别是在潮湿低温的情况下,砂浆干燥速度慢,强度增长慢,特别是气硬性的石灰砂浆,干燥后才会产生强度,因此在砂浆干燥前上部砌筑过快,砌体本身将承受过大的压力,将引起砂浆产生过大的塑性变形,而砌体两端有拉接钢筋与结构柱相连接对墙体形成约束,一旦墙体的纵横向均产生收缩,将会沿灰缝出现阶梯形的裂缝,该类裂缝多出现在墙体的中上部。在门洞上部的两角,因砌体沉缩也可能出现八字形裂纹。

在江门的试点工程中发现,在日砌高度的最上一皮加气砼砌块下的灰缝粘结不够紧密,如在其上部加压一皮干砌块后,灰缝的粘结效果得到改善。这种水平灰缝粘结性较差的现象,可能是在墙体高度约1.31.6米处出现水平、通长、对穿裂缝的原因之一。

因此,分段砌筑是砌体防裂的重要措施,施工时必须注意遵守。一旦砌体内部产生了裂缝,在将来的抹灰层上也易在裂缝处出现裂纹。这种裂纹也较难修复,因为日后产生的收缩应力均会集中于墙体上最薄弱的部位,直至大部分的收缩完成为止。

(2)控制“压顶”施工日期和施工质量:

填充墙的顶部采用斜砌压顶,必须控制好施工时间间隔和施工质量,因为这个部位最容易出现如梁下水平缝等的开裂情况。控制压顶施工时间的目的是使已砌筑好的墙体的干湿收缩、塑性变形等引起的沉降收缩基本稳定,因过大的沉缩集中在梁下必然会形成较大的水平裂缝。

进行压顶施工时,应控制好以下几点:

① 预留的压顶空间高度应适当,并选用尺寸合适的实心辅助小砖斜砌。

② 辅助小砖的在水平方向上的倾斜角度以不小于60°为佳(广州协安建设工程公司的“百顺台”工程在蒸压灰砂砖的压顶时,施工技术人员提出压顶小砖的倾角应不小于60°,倾角过小将不利于小砖的顶紧和受力意见。该工程证明他们的施工效果满意)。

③ 压顶的辅助小砖应顶紧,砖与砖之间、上下空隙之间的砂浆应填充密实,大的也洞应用碎砖填塞后再用砂浆填实。

④ 必要时,压顶部位的表面采用挂网防裂或纤维砂浆抹灰防裂的措施。

(3)控制灰缝

一般说灰缝是砌体的一个组成,它起粘结连系作用,将砌块相互粘结连成整体,同时也起到缓冲作用。砌体本身不可避免地因干湿、温度等变化而产生应力和变形,由于灰缝的抗拉、剪强度较低,在较大应力作用下将形成部分微裂缝,以分散和消除较大的应力。当砌体灰缝的厚度较一致时,所产生的微裂缝将较均匀地分布于灰缝中,还会因过分集中而导致较大的裂缝出现。由此可见,砌体的灰缝具有储存和分散由于环境因素影响而产生的微裂缝的作用。

在砌筑的过程中,控制灰缝的质量十分重要。灰缝的厚度应一致,一般控制在在10~15mm左右,同时要确保灰缝的砂浆饱满,水平灰缝应达到90%以上的饱满度,竖向灰缝也不得低于80%。为了使灰缝密实,在砌筑的同时还应做好压缝、勾缝等工作,使砌体灰缝表面无孔洞,如将灰缝表面勾缝成凹槽,则将更有利于墙体抹灰层的粘结。不应采用先干砌后灌缝的做法。实践证明,这种方法不能保证竖缝的质量,且加大了竖缝的厚度。

如果砂浆用量过大,令灰缝过厚,或灰缝厚薄不一致,或灰缝不饱满,都将会给墙体带来不利的影响。其一是砂浆本身干缩值较大,过厚的砂浆层产生的总收缩值大。其二是砂浆的塑性变形大,特别是石灰水泥混合砌筑砂浆,其硬化比水泥砂浆慢,当灰缝的厚薄不一致时,砌筑过程中将产生较大的沉降收缩和不均匀的收缩变形,致使砌体内部出现裂缝。其三是砌体形成了内部缺陷,埋下了抹灰层开裂的隐患。

在砌筑过程中,随手进行压缝或勾缝,不仅不会增加工序,还会取得较好的质量效果。

(4)抹灰时间的控制

墙体抹灰宜在砌筑完成一星期后进行,干燥时间长对防止抹灰开裂更有利。由于砌筑砂浆的塑性变形,以及砌体的干缩变形均需要足够的时间,这些变形是无法避免的,应在抹灰前让其充分完成(即将由变形所引起的裂纹将分散于砌体砌筑的灰缝),再进行抹灰。这是抹灰层防裂的重要措施之一。

影响砌体开裂的因素除上述几个方面外,在砌体砌筑过程中,所有隐藏工程均应设计要求控制好质量,否则存在的问题均是导致墙体开裂的隐患。

(二)墙体抹灰层开裂的影响因素

1.抹灰层的构造与组成

砌体表面的抹灰层是墙体的重要组成,它除了将砌体连成整体、保护砌体、遮盖砌体的缺陷、调整墙体的厚度尺寸外,同时还赋予墙体更高的隔声、隔热、防火、防水、整齐美观等一系列性能。根据建筑工程的要求、操作经验、地方习俗的不同,其选用的材料各不相同,做法各异。按JGJ 73-91规范,抹灰按质量的要求分为普通、中级和高级三类。抹灰层的平均总厚度不得超过以下要求:内墙普通抹灰为18mm,中级抹灰为20mm,高级抹灰为25mm;外墙抹灰为20mm,勒脚及突出墙面部分为25mm。
常见墙体抹灰层做法见图13。

图13 常见墙体抹灰层做法示意图

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广州各工地抹灰层的做法并不尽一样,但通常包括找平层、底层、中层、罩面层、饰面层等,其中:

找平层:主要针对砌体表面不平整或有缺陷时,先用砂浆进行找平处理。可采用砌筑砂浆、水泥砂浆、聚合物水泥砂浆或石灰水泥砂浆,据墙体设计抹灰等级的要求及砌体表面的状况而定,厚度一般在0~15mm的范围,当砌体表面基本光洁平整时,也可不设找平层。当找平层较厚时,必须分层施工,每层厚以不超过7~9mm为宜。

底层(或中层):是砌体(或找平层)和罩面层的过渡层,为抹灰层的主体,使抹灰层具有防水、保温、隔热、隔声功能。常采用普通的石灰水泥混合砂浆,或掺纤维材料、轻质保温材料及聚合物成份等使其具有防裂、防水等功能的砂浆。底层砂浆的厚度视抹灰等级和建筑功能要求而定,一般宜为10~15mm。其强度一般不超过找平层或砌体材料的强度。其干燥收缩值应较小。骨料应采用中、粗砂。常用普通的石灰水泥混合砂浆体积配比为水泥∶石灰∶中砂=1∶1∶6。

罩面层:传统多用石灰膏、纸筋、麻刀灰浆,也有在其中掺入细砂的灰浆。目前,也有使用掺入短切人造有机纤维(常用聚丙烯束状单丝)取代天然植物纤维的灰浆。面层是底层和饰面层的过渡层。面层灰浆要求质地均匀、细腻,和易性、粘附性、分散性、遮盖性、抗裂性好,常用厚度为1~2mm。

饰面层:普通墙体的饰面层,有涂料、“扇灰”、石灰石膏浆涂刷等饰面,或根据设计要求选用其它的饰面层。一般,饰面层应具有好的遮盖性、粘附性、抗裂性、防水、耐洗刷、防污染、耐久、色泽一致、不起皮、不剥落、不粉化等性能。

按以上要求选择好抹灰层的材料、配比,在前一层基本硬化、完成了大部分干燥收缩、形成稳定的基层后,再做后一层的抹灰,则效果更好。

2.抹灰层的构造与开裂的关系

1)从抹灰层的总厚度

抹灰层总厚度的控制,除了保证结构尺寸、墙体厚度、满足墙体防火、隔声等要求外,过厚的抹灰层会有较大的总干缩变形,均不利于防止由于墙面在施工前期塑化变形和使用后期的干湿变形而引起的墙体开裂。

2)不同材料的抹灰层组成的层数、各层的厚度

各层厚度的控制可保证抹灰层材质均匀,减少墙体开裂的可能。

3)抹灰层中防裂层的选择和布置

提高抹灰层的抗裂性的做法:在底层砂浆中掺入防裂增韧纤维或掺入弹性聚合物胶料,使底层具有抗裂性和防水等性能;或在底层中铺设防裂玻纤网格布、钢丝网布等。

砌体基层上铺设钢筋(丝)网,主要是防止基层的开裂或砂浆的剥落,同时对抹灰层也有防裂的作用。铺没钢网时,应考虑砂浆对钢网的包裹。钢网与基层间应留有5 mm左右的间隙

3.抹灰层的材料与开裂的关系

广州市建筑工地常用的抹灰材料有水泥砂浆、水泥混合砂浆、聚合物水泥砂浆、杜拉纤维水泥砂浆、石灰砂浆、纸筋石灰浆、麻刀石灰浆、石灰石膏灰浆和膨胀珍珠岩水泥砂浆等。

1)砂浆、灰浆的配比:一般说,水泥混凝土材料、水泥砂浆与水泥净浆三类材料,当水灰比相同时,其干燥收缩值的比例大约在1∶2∶8的范围。砂浆中由于砂石起骨架作用,可以减少收缩值。当砂的比例越大、水泥凝胶体越小、用水量较少、灰砂比较小时,总体的收缩值将减小。因此,砂浆和灰浆的配比与抹灰的开裂有密切的关系。在上述抹灰材料中,灰浆的收缩值大于砂浆的收缩值,因此灰浆层不宜过厚。控制好砂浆的配比是防止墙面开裂的基本条件。

2)砂浆的工作性能:砂浆应具有符合要求的稠度、分层度指标和具有较好的饱水性、和易性、流动性等。通常砂浆的工作性差,太干或太稀,在砌筑或抹灰时不易施工,且很难与基层粘结牢固。所以应根据基层的干湿情况、表面孔结构状况、吸水速率与吸水率的大小,调整配比,控制好砂浆的工作性。

3)砂浆的种类与选用:采用了不相适应的材料,如抹灰底层砂浆强度低、干缩小,而表层砂浆的强度高、收缩值大,表层干燥时会产生较大的内应力,从而引起墙体抹灰层开裂剥落。因此,JGJ 73-91规范中规定:水泥砂浆不得涂抹在石灰砂浆层上。

4)工程现场取样进行的吹风干燥收缩试验

采用相同体积的试样(抹灰砂浆),铺设在表面光滑、不吸水的底板上,用刮刀抹平形成约10mm和3mm厚的抹灰层试件。试件的周边设有拉紧的构造,采用24m3/min的吹风装置对试件的表面进行吹风。当试件表面因快速失水而干燥收缩时,由于四周均被约束,中部的砂浆或灰浆层就可以不受底板约束而自由变形而产生开裂。吹风干燥试验及裂缝观察见图14,1~4号试件裂缝放大示意图见图15,试验的结果见表3:


图14 砂浆(或灰浆)试件吹风干燥试验及裂缝观察示意图

图15 1-4号试样裂缝放大示意图

试验结果说明:掺入纤维明显地减少了砂浆层的开裂。

砂浆试件吹风干燥收缩试验结果表 表3

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试样

编号

材料组成

及配比

试样厚度

mm

有无掺

改性材料

吹风试验结果

备注

1

1∶1∶6

石灰水泥混合砂浆

10

自然养护7d后出现0.2mm宽、20mm长的裂纹一处

2

石灰细砂灰浆

3~5

2h后出现肉眼可见裂纹,24h后裂纹发展为连通网状的裂缝,最大缝宽达5mm

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3

石灰纸筋灰浆

3~5

掺入纸筋

裂缝出现、发展及最大缝宽基本同上,但数量较2号少

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4

1∶1∶6

石灰水泥混合砂浆

10

2h后出现肉眼可见第一道长50mm、宽0.6mm的裂缝;6h后又出现5条长30~50mm、宽0.25~0.3mm的裂缝;2h后裂缝变化不大

28d抗压强度为5.1MPa

5

1∶1∶6

石灰水泥混合砂浆

10

掺入微沫

外加剂

24h后无肉眼可见裂纹,但表面有少量小孔

28d抗压强度为3.0MPa

6

1∶2.5

水泥砂浆

10

掺入杜拉

纤维

24h后无肉眼可见裂纹

28d抗压强度为11.7MPa

7

1∶1∶6

石灰水泥混合砂浆

10

掺入杜拉

纤维

24h后无肉眼可见裂纹

同4号

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4.抹灰层施工与开裂的关系

1)抹灰均匀性、紧密性的控制

抹灰操作时,将抹灰材料均匀地分布于墙面,应赶平压实,使之与基层紧密粘结,抹灰材料本身及与基层的连接处均不得有空洞、疏松等缺陷。

2)抹灰层分层涂抹的厚度控制

对于厚10mm以上的抹灰层,不得一次成抹,必须分层抹灰,对于水泥砂浆,每遍厚度宜为5~7mm,对于石灰砂浆和水泥混合砂浆,每遍厚度宜为7~9mm。对于面层抹灰,经赶平压实后的厚度,麻刀石灰不得大于3mm,纸筋石灰、石膏灰不得大于2mm。

3)分层抹灰的间隔时间控制

水泥砂浆和水泥石灰混合砂浆的抹灰层,应待前一层抹灰层凝结硬化后,方可涂抹后一层;石灰砂浆的抹灰层,应待前一层7~8成干后,方可涂抹后一层。

4)抹灰层养护及干燥时间的控制

水泥砂浆抹灰层宜洒水养护,控制湿度,保证硬化和强度正常的发展。混合砂浆和石灰砂浆等,应控制干燥速度和湿度梯度,防止抹灰层塑性干缩开裂。在抹灰完成后,应避免局部的快速干燥。要注意在大风、干燥的气候条件下,抹灰层易出现裂纹,因为在墙体的干燥过程中,墙体表面先失水,沿墙体的厚度形成湿度梯度,由于墙体的内外层湿度不一致,所产生的干燥收缩值也不一致,外层的干燥收缩值大,内层对外层产生约束,外层中形成拉应力。当外层材料的抗拉极限强度小于该拉应力时,外层应力集中的薄弱处将首先出现拉断,产生裂纹。从墙体断面湿度梯和应力分布示意图图16中的应力分布曲线可见,拉应力分布于墙体的外层,因此墙体的抹灰的防裂层应置于受拉区紧靠墙体的表面为合理,但考虑到施工及防裂层应有足够的保护层,同时还要保证防裂材料与基层应有足够的粘结握裹力,因此防裂层外还应有一定的厚度。

图16 墙断面湿度梯度和应力分布示意图

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(三)砌体与抹灰层界面状况对墙面抹灰层开裂、剥落的影响

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砌体基层与抹灰层界面的性质取决于砌块的表面与抹灰材料的性质,但通常是在抹灰材料一定的条件下进行讨论。

施工中,砌体基层的表面的性质与状况对抹灰层的不利影响如下:

1.基层不稳定,存在持续的变形,形成界面的不稳定而引起开裂。

2.基层表面过于致密、光滑,将造成浆体无法深入基层表面,砂浆与基层不能形成咬合(锲合)作用,大大降低了界面的粘结力。

3.基层过于干燥,将造成基层的吸水率过大,使抹灰层过快失去流动性和失去凝结硬化所需的水分,使抹灰砂浆失去粘结力。

4.基层过于潮湿,含水率过大,由于基层的孔隙被水充满,灰浆不能深入基层的孔隙,将造成抹灰层无法粘附,或基层的水分向外渗出将抹灰层稀释产生流浆。

5.基层表面有浮灰、油污等隔离层,将造成砂浆粘结力下降,形成开裂和剥落的薄弱环节。

6.基层有开裂或空洞等缺陷,当受力时,由于这些缺陷形成应力集中而引起裂纹。

以上的不利影响容易造成抹灰层的开裂、空鼓与剥落,因此在工程中应注意对基层表面进行各种处理,例如:

1.基层必须稳定才能进行抹灰层施工;

2.对粘结力差的表面进行基层处理,涂刷打底用聚合物胶料或水泥胶料(如图2),增加基层与抹灰层的粘附性;

3.对过干的基层进行适当的洒水润湿;

4.潮湿的基层需干燥后方能抹灰;

5.清洗基层表面浮灰、油污,清除表面的薄弱环节;

6.对有缺陷的部位进行修补、找平;

7.对砌筑灰缝的空隙等进行处理、勾缝及压实。

四、防裂技术

本课题组对墙体防裂技术进行了比较深入的研究,并对以下几方面提出了专题报告:

1.采用耐碱涂覆玻纤网格布防裂技术,详见《玻纤网格布在墙面抹灰防裂中的应用研究》等文。

2.采用短切纤维砂浆防裂技术,详见《纤维砂浆在墙面抹灰防裂中的应用研究》等文。

3.采用钢码防裂技术,详见《墙面钢码防裂、防空鼓剥落技术》一文。

4.关于钢丝网防裂应用的调查报告。

5.关于聚合物砂浆防裂技术分析。

五、防裂技术路线的分析

以上涉及的非承重填充墙体的防裂问题,虽然没有象建筑结构的裂缝控制问题那么复杂,但也必须从建筑主体结构(例如框架)本身的受力、变形、对墙体施加的应力和约束,以及墙体本身的变形和周边的被约束各方面去控制和考虑防止墙体开裂的问题,也有从“抗裂”和让其充分“放裂”的角度去采取“防裂”措施的。

一般说,防止墙体的开裂关键是要按产品标准、设计施工规范和规程选用性能好的优质产品,并通过合理的设计、精心的施工来保证工程质量。这些规范、规程中已在不同的条款中考虑了防止墙体开裂的问题,只要严格按照条款执行是可以取得较好的效果。

实际工程中还必须根据具体情况的需要采取一些相应的防裂措施。如在墙体内加设拉筋、墙面加设钢网、抹灰加纤维或加聚合物、抹灰加挂玻纤网格布等,来提高墙体或抹灰材料的抗裂能力,以达到防止墙面开裂的目的。这些措施均是一种“抗裂”的技术路线,它对防止墙体由于内外湿度梯度和塑性阶段的变形所引起的开裂是非常有效的,这一点已被我们的试验证实。

但当墙体的变形较大时,这种做法也解决不了问题。例如在主体结构与墙体连接处局部采用挂钢丝网防裂,当墙体的干缩变形大时,裂缝仍然会出现,只是裂缝位移到钢丝网的边缘处出现。在这种情况下,如果仍坚持采用“抗裂”的技术路线,就只有全墙面挂更强有力的钢筋网。但这既增加了钢材的用量、提高了施工成本,又增加了施工工序,而且不一定产生好的效果。因此,这时应考虑采取其它有效的防开裂措施,即常采用“放裂”的技术路线,就是让墙体的变形、开裂充分完成,再进行后一道的施工工序;或有目的地消除某些约束,而达到墙面不产生开裂的目的。例如选用基本上完成了收缩变形、体积稳定的墙材,限制日砌高度,延长分段砌筑的间隔时间,限制“压顶”最小间隔时间及限制抹灰间隔时间等,其目的是减少变形,让新砌筑的墙体充分完成沉缩、干缩等变形;又如选用强度低于墙材强度等级的砌筑砂浆,使墙体干缩变形分散成微小裂纹,均匀分布于砌体灰缝中,不致出现较大的有害裂缝;也有采用设置伸缩缝的做法来消除约束,以达到让墙体变形的目的。也有将外墙大面积抹灰层分块、设分隔缝的做法,以防止温度与湿度差等的影响引起墙面变形开裂。这些“放裂”的做法有的需要较长的时间和一定的条件,而实际工程中往往难以完全做到,因此工程中这两类做法常常是相互补充,灵活选用。例如气候潮湿、工期短,不可能做到充分完成“放裂”,为了保证工程质量,还应当采用一些“抗裂”措施,或其它的综合防裂措施以保证工程质量。

六、结语

近几年来,在广州市市建委和市墙改办的领导下,墙体材料的改革工作正全面铺开并日渐深入。在此期间,各墙材生产厂家及时地把握商机,不断推出符合环保要求、性能日益完善的新产品以满足市场的需要;各建筑设计和建设施工单位为了充分保证墙体的工程质量,也主动钻研墙体的设计、选材和施工技术,使新墙材的应用技术水平不断提高。

本研究是在充分调查已有工程中材料、设计、施工等方面存在问题的基础上,并根据最新颁布的新墙材及其配套产品有关标准、规程和规范,课题组系统地分析、研究了墙体常见质量通病如开裂、渗漏等的影响因素及埋设暗管线等难题,提出了相关的产品企业标准(如墙面挂网用玻纤网格布企业标准:)、施工细则(如小型砼空心砌块、蒸压灰砂砖、耐碱涂覆玻纤网格布、杜拉纤维砂浆等施工细则),并充分结合现有的施工工艺和施工水平,对新墙材的应用技术问题展开讨论和研究,提出了有关的研究报告、解决问题的思路和具体措施。

通过本研究,希望能够为有关工程技术人员提供解决新墙材应用中存在问题的参考资料。但由于新墙材产品在不断地出现,国家和各行业也正在完善和制订各种标准、规程和规范,国外引进的新技术也在不断扩大人们的眼界,新墙材的应用技术正处于发展之中,再加上时间和条件所限,本研究提交的报告还有一些未涉及的问题(例如墙面挂网用防裂材料,尤其是各种网材产品的材质、规格、性能和使用技术等目前尚无统一的国家标准、规范可以遵循)和未完善的部分,有的试点工程还在进一步考核之中,本课题组将继续努力,结合材料、设计和施工等方面进行深入的探讨和研究。

各类砌块干缩值测试结果 表1

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编号

砌块类型

密度(kg/m3

干缩值(mm/m)

含水率(%)

材料

表观

饱和状态

干缩结束后

1

珍珠岩砌块

1030

1030

0.78

38.3

3.6

2

珍珠岩砌块

1302

753

0.32

29.1

0.8

3

珍珠岩砌块

1350

780

0.40

27.5

0.9

4

珍珠岩砌块

1339

1042

0.88

22.3

2.2

5

珍珠岩砌块

1309

1055

0.81

24.3

0.9

6

陶粒砌块

1149

636

0.57

21.2

1.1

7

陶粒砌块

1289

848

0.37

23.4

1.0

8

煤渣砌块

1429

807

0.31

20.6

1.2

9

煤渣砌块

1548

1018

0.33

17.4

1.7

10

水泥砂砌块

1685

949

0.45

16.5

0.8

11

水泥砂砌块

1739

1379

0.42

14.7

0.8

12

粉煤灰加气砼砌块

698

698

0.99

56.4

14.1

13

粉煤灰加气砼砌块

690

690

1.05

57.1

9.3

14

粉煤灰加气砼砌块

685

685

0.69

53.6

4.5

15

粉煤灰加气砼砌块

651

651

0.63

80.4

6.3

16

灰砂加气砼砌块

632

632

0.48

58.2

3.8

17

灰砂加气砼砌块

690

690

0.62

52.6

1.2

18

灰砂加气砼砌块

683

683

0.51

53.8

2.6

19

灰砂加气砼砌块

688

688

0.26

52.7

0.4

20

泡沫砼砌块

922

922

0.99

21.8

1.7

21

泡沫砼砌块

1174

1174

0.94

16.7

1.3

22

泡沫砼砌块

835

835

2.23

22.1

2.3

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*本表数据摘自广州市建材研究所研究资料

参加单位及人员:

广州大学工程材料研究所:张传镁、刘启华、吕澍、邓湘舟

广州大学土木工程学院:张春梅、童华炜

广州市墙体材料革新办公室:杨树荣、李振炯、肖宇东

广州市穗华房产开发有限公司:伍之迅

广州市城建开发设计院:董斌、吴国翔、余琪

广州天力房地产开发公司:佟学文、李龙

广州南海中安华达轻质砖厂:汤振和、吴洪礼

时间:2001年4月




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