房屋裂縫的特性、類型及成因(一)

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1、房屋裂縫的特性
    房屋工程裂縫,主要表現(xiàn)在混凝土結(jié)構(gòu)和砌體結(jié)構(gòu)上,大多發(fā)生在施工或使用過程。房屋在正常使用中,趨于穩(wěn)定少則三至五年,多則八至九年。房屋處于穩(wěn)定后,再發(fā)生裂縫的就比較少了。
    房屋裂縫有以下特性:
    (1)裂縫易發(fā)性
    近代科學(xué)關(guān)于工程研究及工程實(shí)踐都說明,結(jié)構(gòu)物的裂縫是不可避免的,房屋工程也是一樣?!傲芽p是人們可以接受的一種材料特征,因?yàn)槲⒘训拇嬖?,是材料本身固有的一種物理性質(zhì)。若對建筑物抗裂要求過高,必將付出巨大的經(jīng)濟(jì)代價,這是不劃算的??茖W(xué)的態(tài)度,應(yīng)是將其有害程度控制在允許范圍內(nèi)。”
    在工程實(shí)踐中,由變形變化(溫度、收縮、不均勻沉陷),引起的裂縫約占80%以上,由荷載引起的裂縫約占20%左右。
    裂縫有微觀裂縫和宏觀裂縫之分。微觀裂縫是肉眼看不見的,肉眼可見裂縫范圍一般以0.05mm為界(實(shí)際視力可見0.02mm的裂縫)。小于0.05mm的裂縫,稱為“微觀裂縫”;大于或等于0.05mm的裂縫,稱為“宏觀裂縫”,宏觀裂縫是微觀裂縫擴(kuò)展的結(jié)果。
    (2)裂縫安全性
    現(xiàn)實(shí)生活中,“見裂色變”的人,大有人在。一看到房屋裂縫,就認(rèn)為房屋不安全,就會垮。工程質(zhì)量投訴人,持這種觀點(diǎn)的屢見不鮮。其實(shí)不然,并不是所有的裂縫都是房屋危險的征兆,只有那些影響結(jié)構(gòu)承載能力、穩(wěn)定性、剛度以及節(jié)點(diǎn)構(gòu)造可靠性的裂縫,可能危及建筑物的安全使用。而大量常見的裂縫,如溫度、收縮、約束裂縫等,并不危及建筑結(jié)構(gòu)安全。試驗(yàn)表明:普通混凝土構(gòu)件內(nèi)力不到極限荷載的30%(混凝土應(yīng)力達(dá)到抗拉強(qiáng)度,鋼筋應(yīng)力達(dá)50~60Mpa左右),便出現(xiàn)裂縫,裂縫寬度在0.05~0.1mm左右,這種裂縫對結(jié)構(gòu)的安全度沒有影響,還可承受70%~80%的極限荷載。
    據(jù)有關(guān)設(shè)計(jì)規(guī)范及試驗(yàn)資料,混凝土裂縫寬度的控制標(biāo)準(zhǔn)大致如下:
    ①無侵蝕介質(zhì),無防滲要求,0.3~0.4mm;
    ②輕微侵蝕,無防滲要求,0.2~0.3mm;
    ③嚴(yán)重侵蝕,有防滲要求,0.1~0.2mm;
    大量工程實(shí)踐證明,我國目前大致按下表的界限,來處理裂縫,效果尚可。
    修補(bǔ)與不修補(bǔ)的縫寬界限(mm)
    環(huán)境工程重要程度 區(qū)分
     耐久性(結(jié)構(gòu)所處環(huán)境)
     防水防氣,防射線要求
    惡劣的
     中等的
     輕微的
    (A)必要修補(bǔ)的
     大中小
     0.5以上 0.6以上 0.7以上
     0.6以上 0.7以上 0.8以上
     0.8以上 0.9以上 1.0以上
     0.2以上 0.2以上 0.2以上
    (B)不必要修補(bǔ)的
     大中小
     0.2以下 0.3以下 0.4以下
     0.3以下 0.4以下 0.5以下
     0.4以下 0.5以下 0.6以下
     0.05以下 0.05以下 0.05以下
    主要指結(jié)構(gòu)的腐蝕狀況,有承載力不足的結(jié)構(gòu)物裂縫應(yīng)另行考慮。介于(A)及(B)之間者根據(jù)使用條件酌情處理。
    (3)裂縫特狀性
    裂縫的形狀,可分為:
    ①表面的;
    ②貫穿的;
    ③縱向的;
    ④橫向的;
    ⑤上寬下窄的;
    ⑥“棗”核形的;
    ⑦對角線式的;
    ⑧垂直的;
    ⑨斜向的;
    ⑩外寬內(nèi)窄的;
    ⑾縱深的(深度達(dá)1/2厚度)。
    裂縫形狀與結(jié)構(gòu)受力狀態(tài)有直接關(guān)系,一般裂縫的方向同主拉應(yīng)力方向垂直,但在砌塊結(jié)構(gòu)中和結(jié)構(gòu)物的變截面處,剪應(yīng)力可能同裂縫平行(純剪裂縫)。
    同一條裂縫的寬度是不均勻的。裂縫寬度是指較寬區(qū)段的平均寬度。較寬區(qū)段,是指該裂縫長度10%~15%的較寬范圍,此段的平均裂縫寬度為該裂縫的寬度,以δmax表示。在裂縫長度的10%~15%較窄區(qū)段內(nèi),確定的平均寬度為該裂縫的最小裂縫寬度,以δmin表示。在與最小之間取平均裂縫寬度,以δ?表示(為與最小的平均值)。
    對裂縫狀態(tài)的客觀描述,起碼應(yīng)能給出有關(guān)裂縫間距及裂縫寬度的、最小及平均值,即使是一條裂縫,其寬度也應(yīng)有、最小及平均值,這會更加接近實(shí)際工程狀況。
    混凝土裂縫寬度的量測:
    混凝土裂縫寬度,是指其表面裂縫的寬度??拷摻钐幍牧芽p寬度為內(nèi)部裂縫寬度?;炷亮芽p表面較寬,內(nèi)部較窄。量測時,在裂縫處,先量測表面裂縫寬度,然后將裂縫鑿開,清理干凈后,量測靠鋼筋處的裂縫寬度。在鑿開裂縫的過程中,靠近裂縫附近的混凝土一般很松動,松動寬度大約為250~300 mm,此段混凝土稱作“裂縫疏松帶”,此區(qū)域內(nèi)混凝土微裂較多,混凝土和鋼筋的粘著力,已大部分遭到破壞。非“裂縫疏松帶”的混凝土還是非常密實(shí)。
    裂縫在深度方面,可歸納為三種:淺表裂縫、縱深裂縫、貫穿裂縫。表面裂縫及非貫穿性的縱深裂縫不引起滲漏,也不降低承載力,一般不處理。對于貫穿性裂縫,縫寬超過0.1~0.2 mm就會引起滲漏,必應(yīng)處理。
    (4)裂縫運(yùn)動性
    裂縫運(yùn)動包含兩種意思:一是裂縫寬度的擴(kuò)展與縮?。欢橇芽p長度的延伸及裂縫數(shù)量的增加。裂縫的穩(wěn)定運(yùn)動是正常的。裂縫的不穩(wěn)定運(yùn)動,是不正常的,要防止。
    結(jié)構(gòu)物建成后的最初二、三年內(nèi),裂縫的運(yùn)動較為顯著,隨著時間的推移,裂縫的波動幅度逐漸衰減,最后趨于穩(wěn)定狀態(tài),只在微小的變動幅度內(nèi)運(yùn)動。
    結(jié)構(gòu)上任何裂縫及變形縫,在周期性溫差或周期性反復(fù)荷載作用下,產(chǎn)生周期性的擴(kuò)展或閉合,這就是裂縫的運(yùn)動。例如,許多防水工程冬季滲漏,夏季停止,就是這種道理。有些裂縫產(chǎn)生不穩(wěn)定性的擴(kuò)展,應(yīng)考慮加固措施。
    裂縫分為愈合、閉合、運(yùn)動、穩(wěn)定的及不穩(wěn)定的等。例如,防水工程(結(jié)構(gòu)), 產(chǎn)生0.1~0.2 mm的裂縫時(水頭壓力在10m以下),開始有些滲漏,水通過裂縫同水泥結(jié)合,形成氫氧化鈣,濃度不斷增加,生成膠凝物質(zhì)膠合了裂縫。此外,氫氧化鈣與空氣水分帶入的二氧化碳結(jié)合,發(fā)生碳化,形成白色碳酸鈣結(jié)晶,使原裂縫封閉,裂縫仍然存在,但滲漏停止,這就是裂縫的自愈現(xiàn)象。這種裂縫不影響結(jié)構(gòu)物永久使用,是穩(wěn)定的。
    結(jié)構(gòu)的初始裂縫,在后期荷載作用下,有可能在壓應(yīng)力作用時閉合。裂縫仍然存在,但是穩(wěn)定的。試驗(yàn)資料,一條寬度為0.12 mm的裂縫,開始漏水量500mL/h,一年后漏水只有4mL/h。另一個試驗(yàn),裂縫寬0.25 mm,開始漏水量10000mL/h,一年后只有10mL/h。
    (5)裂縫滲漏性
    裂縫引起的各種不利后果中,滲漏水占60%。
    水分子的直徑約0.3×10-6mm,可穿過任何肉眼可見的裂縫(以0.05 mm為界)。但實(shí)際情況不是這樣的,如上述試驗(yàn)資料。裂縫在0.1~0.2mm,雖然不能完全膠合,但可逐漸自愈。
    a3ρH
    12бηd
    據(jù)試驗(yàn),當(dāng)裂縫寬度超過自愈范圍以后,裂縫漏水量與裂縫寬度成三次方比例。
    石川(承壓水)公式:Q= ·L
    cρga3
    12η
    ·L
    12η
    12η
    松下(非承壓水)公式Q=
    式中:Q—裂縫漏水量;
    η——液體粘度;
    g——重力加速度;
    a——裂縫寬度;
    c——經(jīng)驗(yàn)常數(shù);
    ρ——液體密度;
    L——裂縫長度;
    б——經(jīng)驗(yàn)系數(shù);
    d——壁厚。
    cρga3
    12ηm2
    ·L
    如果,把裂縫分散,即把a(bǔ)寬的裂縫分散為m條,則m條裂縫的總漏水量為:
    Q=
    由上式可知,漏水量與m2成反比例。據(jù)此,可通過合理的配筋借以達(dá)到“分散裂縫”目的,可大大地減少滲漏。因此,地下大體積混凝土采用自防水,取消防水的作法,是完全可行的。
    地下工程滲漏程度可分為:
    ①無潤水——無潮濕痕跡, 無滲水;
    ②潤水——有潮濕痕跡無滲水現(xiàn)象,包括自愈裂縫;
    ③滲水——以一滴一滴的滴水形成滲水;
    ④漏水——以緩慢連續(xù)流水形式漏水;
    ⑤噴水(柱水)——以壓力水柱形式向室內(nèi)噴涌。
    滲漏水的形式,可分為“點(diǎn)”式,“線”式和“面”式。如對拉螺栓孔、預(yù)留管孔等為點(diǎn)式滲漏。裂縫、伸縮縫、施工縫等為線式滲漏。由于一片片的蜂窩麻面及混凝土酥松,引起滲漏為面式滲漏。