试论砌体结构中各种裂缝产生机理

【摘 要】砌体结构由于人工施工所占比例较高，施工偏差造成的建筑裂缝种类繁多，形态各异，而且较为普遍。本文结合多年工程施工实践，论述了砌体结构容易产生裂缝的原因及破坏机理，并对砌块房屋的温度变形和收缩变形产生的原因进行了具体分析阐述。

【关键词】裂缝；破坏机理；温度变形； 收缩变形

1 一般混凝土裂缝产生的机理

随着科学技术的发展和实验技术的完善，特别是有关大体积混凝土的现代实验设备的出现(如各种实验显微镜、X光照相设备、超声仪器、渗透观测仪等)，已经证实了混凝土和钢筋混凝土结构中也存在着肉眼不可见的裂缝。 常见裂缝主要有以下三种类型:

1.1 粘着裂缝:指钢筋与水泥石粘接面上的裂缝，主要沿钢筋周围出现;

1.2 水泥石裂缝:指水泥浆中的裂缝，主要出现在钢筋与钢筋之间;

1.3 钢筋骨料裂缝:指钢筋或者骨料等本身的裂缝。

混凝土的破坏机理，现在国内外学者普遍认为是混凝土在浇筑、形成过程中不可避免存在着毛细孔、空隙及材料的裂隙缺陷，在外界因素作用下，这些缺陷部位将产生高度的应力集中，并逐渐扩展发展，形成混凝土体中的微裂纹。混凝土体中各相的结合界面是最薄弱的环节，在外界因素作用下，将脱开而形成截面裂隙，并发展成微裂纹。若外界因素继续作用，混凝土体中的微裂纹经过汇集、贯通的过程而形成宏观裂缝。同时，宏观裂纹的端部又因应力集中而出现新的微裂纹，甚至出现微裂纹区，这又将发展成新的宏观裂缝或体现为原有宏观裂纹的延伸。如此反复交替，宏观裂缝必将沿着一条最薄弱的路径逐渐扩展，最后使混凝土完全断开而破坏。

2 砌体结构中混凝土裂缝产生的机理

砌体结构中混凝土所占的比例比较少，在破坏机理上和一般混凝土过程都是相类似的，但是砌体结构中大体积混凝土是很少，一般的混凝土构件有托梁、圈梁、板、柱等构件，非混凝土构件砌块和砂浆所占比重较大。托梁、圈梁、板、柱等混凝土材料的破坏过程实际上是损伤、损伤积累、宏观裂纹出现、损伤继续积累、宏观裂缝扩展交织发生的过程。不论外界因素作用引起的效应是拉、压、剪或扭，如果引起的效应是拉，则微裂纹或微裂缝将沿与之正交的方向扩展;如为压，则沿与之平行的方向扩展;如为剪或扭，则将沿剪应力的方向滑动扩展。显然，在非均匀应力场的混凝土体中上述微裂纹的萌生与扩展以及宏观裂纹的出现和扩展，都将首先在高应力区中发生，甚至只集中发生在高应力区，因为当高应力区中裂纹或裂缝扩展时，对相邻的低应力区产生卸载效应，因此，该区域内的裂纹和裂缝不可能再继续发育和发展，甚至会引起逆效应，如原来已张开的裂缝可能重新闭合。

3 砌体结构中墙体裂缝产生的机理

砌块房屋建成和使用之后，由于种种原因可能出现各种各样的墙体裂缝。从大的方面来说墙体裂缝可分为受力裂缝和非受力裂缝两大类。各种荷载直接作用下墙体产生的相应形式的裂缝称为受力裂缝。而砌体收缩、温湿度变化、地基沉降不均匀等引起的裂缝是为非受力裂缝，又称变形裂缝。

3.1 砌块房屋的温度变形分析

混凝土小型砌块砌体的线胀系数为10×10-6/℃，比砖砌体的大一倍，因此，小型砌块砌体对温度的敏感性比砖砌体高，更容易因温度变形引起裂缝。由于温度变形引起的墙体裂缝的形状和部位砌块房屋和砖砌体房屋是相类似的，只是带有砌块的特点而已。

多层砌块房屋的顶层墙体和砖砌体房屋一样是最容易出现温度裂缝的。尽管混凝土砌体墙体的线胀系数与顶盖混凝土板的线胀系数没有差别，但在夏季阳光照射下两者之间还是存在一定的温差。夏季在阳光照射下，屋面上表面最高温度可达40℃～50℃，而顶层外墙平均最高温度约为30℃～35℃。屋顶和顶层外墙存在10℃～15℃的温差。在寒冷地区，屋盖结构层上面依次设有隔气层、保温层、找平层和防水层。顶盖结构有保温层的保护，它与外墙的温差按理应有所减少。但是，可能保温层不够厚，或防水层渗漏，保温层浸水，降低了保温隔热效果，这时两者温差还是有可能引起墙体的开裂。

在实际工程中我们发现，单是保温层上的水泥砂浆找平层（厚20mm，实际施工时往往超厚）在外界温度变化下的伸缩变形也能将外墙推裂。因为按现有的建筑构造定型节点图，砂浆找平层一直铺到女儿墙根部，不但不断开不留空隙而且在边端还要加厚，堆成三角形（便于做泛水）。找平层虽薄但在平面内还是有相当大的刚度，其上面的卷材防水层是没有隔热效果的，夏季阳光直接照射下找平层伸缩导致墙体开裂就不足为奇了。在顶盖与外墙存在一定温差下，导致两者温度变形不协调，产生墙体裂缝。当外界温度升高时，混凝土顶盖变形大，墙体变形相对较小，使屋盖受压，墙体受拉、受剪。在房屋顶层两端受力最大，往往沿窗口对角线方向呈现八字裂缝，还会在顶盖标高处墙体产生水平裂缝（顶盖板推外墙），有女儿墙时，还会使女儿墙开裂或外倾。

3.2 砌块房屋的收缩变形分析

黏土砖是烧结而成的，成品干缩性极小，所以砖砌体房屋的收缩问题一般可不予考虑。 但小型空心砌块则是混凝土拌合物经浇筑、振捣养生而成的，混凝土在硬化过程中逐渐失水而干缩，其干缩量因材料和成型质量而异，并随时间增长而逐渐减小。

以普通混凝土砌块为例，在自然养护条件下，成型28d后，收缩趋于稳定，其干缩率为0.03%～0.035%，含水率在50%～60%左右，砌成砌体后，在正常使用条件下，含水率继续下降，可达10%左右，其干缩率为0.018%～0.07%左右，干缩率的大小与砌块上墙时含水率有关，也与温度有关。 对于干缩已趋稳定的普通混凝土砌块砌体，如再次被浸湿后，会再次发生干缩，通常称为第二干缩。普通混凝土砌块在含水饱和后的第二干缩，其稳定时间比成型硬化过程的第一干缩时间要短，一般为15d左右。第二干缩的收缩率给为第一干缩的80%左右。

干缩裂缝形态一般有以下几种：其一是在墙体中部出现的阶梯形裂缝，其二是环块材周边灰缝的裂缝，其三在外墙多反映在窗下墙，出现竖向均匀裂缝，其四在山墙等大墙面由于收缩还会出现竖向、有的是水平向裂缝。收缩裂缝一般多表现在下部几层，这是由于墙面的收缩变形受基础及横墙的约束所致。有的砌块房屋山墙大墙面中间部位，出现了由底层一直伸到3、4层的竖向裂缝。

由于砌筑砂浆的强度等级不高，灰缝不饱满，干缩引起的裂缝往往呈发丝状而分散在灰缝隙中，清水墙时不易被发现，当有粉刷抹面时便显露出来。干缩引起的裂缝宽度不大，且裂缝宽度较均匀。

砌块上墙时含水率较大，经过一段时间后，砌体含水率降低，便可能出现干缩裂缝。即使已砌筑完工的砌体无干缩裂缝，但当砌块因某种原因再次被水浸湿后，出现第二干缩，砌体仍可能产生裂缝。

砌块的含湿量是影响干缩裂缝的主要因素，所以国外对砌块的含湿率（指与最大总吸水量的百分比）有较严格的规定。日本要求各种砌块的含水率均不超过40%。美国和加拿大等国，则根据使用砌块地区的温度环境和砌块线收缩系数≤0.03%时，对于高温环境允许的砌块含水率为45%，中湿为40%，干燥环境时要求含水率不大于35%。

4 结语

砌体结构中温度、收缩裂缝的产生涉及砌块生产、房屋设计、施工质量等诸多方面，因此裂缝的防治也应从各个方面、诸多环节采取措施才能见效。

参考文献:

[1]砌体结构设计规范.GBJ3-88[S].

[2]文竹.住宅建筑构造破坏预防100例[M]哈尔滨.黑龙江科学技术出版社，2004.

[3]陈晓东.浅谈商品混凝土结构裂缝的控制[J].泰州职业技术学院学报,2004(2).