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第33章 任务二砌体结构的损坏与维修(1)

一、砌体结构损坏现象及原因分析

(一)砌体结构损坏的原因分析

砌体结构一般是由砖块和砂浆砌合而成。建筑物中墙、柱、腰线、窗台、烟囱、台阶等也常用砖块砌筑成。砖块分类按国家标准分成普通砖和空心砖两大类,砂浆则是由胶凝材料(水泥、石灰膏、黏土等)和填充材料(砂、矿渣)混合搅拌而成。常用的砂浆有水泥和黄沙混合组成的水泥砂浆,水泥、石灰膏、砂子组成的混合砂浆,黏土或石灰膏、砂子组成的黏土或石灰砂浆等。砌墙中一般采用水泥砂浆和混合砂浆,黏土砂浆用于荷载不大的墙体或临时房屋中。砖砌体破坏突出表现在耐久性破坏和砌体裂缝的产生上。

1砖砌体耐久性破坏

砌体结构长期处于不良的环境和条件下,其耐久性会降低,主要表现为抹灰层起壳、破裂脱离,砌体表面起麻面、起皮、酥松、砌体表面剥落,以致剥蚀深度逐渐加大。由此看出,砌体耐久性破坏的过程就是其“腐烂”的过程,其实质就是砌体受腐蚀的结果。使砖砌体受腐蚀的原因要有以下几个。

(1)冻解循环造成砖砌体破坏。其损坏一般由表面开始,首先形成抹灰层脱落,砌体表面出现麻点、起皮、酥碱、剥落等。随着冻解次数的增加,砌体酥碱、剥落深度增加,造成砌体内部材料变质,严重时减弱了砖墙的厚度,进而损坏到砌体的整体强度。

(2)风化和浸渍造成损坏。风化是由于砌体材料的溶解质(如石灰等)溶了水,水蒸发后,溶解物结晶而形成沉积风化物。风化物不断堆积浸渍砌体,从而导致砌体膨胀破坏。

(3)化学腐蚀造成损坏。对砖砌体有害的腐蚀介质存在于水中,易侵蚀砖基础砂浆,若基础防潮层处理得不好,地下水中的腐蚀性介质通过砌体的毛细管作用进入墙体,腐蚀墙体。砖砌体结构的酥松,出现酥碱、剥落等腐蚀现象,影响砌体强度,外观上甚至在底层房屋的地面上部墙体泛潮,造成抹灰层酥松、霉变。

(4)使用养护上的不周。房屋建筑的檐沟、水落破损等,没有技术修好,使墙面潮湿;使用时任意拆动;对已出现的破坏现象未及时修复等,这些都会加重砖砌体的腐蚀。

2砌体裂缝的产生

砌体病害中最常见的是砌体裂缝。砖砌体的特点是抗压强度较高而抗拉、抗剪的强度较低,较小的拉应力和不大的剪应力作用于砌体内部,都有可能超过其抗拉、抗剪强度,从而使砌体拉裂或剪裂,加之温度等因素影响极易造成裂缝。根据有关资料,砖混结构中的房屋建筑,砖墙开裂的占90以上。砖砌体产生裂缝后,会影响建筑物的美观,有的还会造成建筑物的渗漏等病害,建筑物的强度、刚度、稳定性和整体性也将受到不同程度的削弱。

砖墙开裂的原因有很多种,主要原因有:设计上的失误,如砌体的连接节点构造不合理、砌体的稳定性不足、整体性的加强措施不够、墙段联结差、传递与扩散荷载的能力差、荷载传递的布置不够均衡、节点构造不够合理;施工质量差,如砌体的垂直度、平整度、砌体中的灰浆饱满度差等,造成砌体强度达不到设计要求、违反操作规程施工、施工中使用的砖与砂浆不符合设计规定的强度等;使用上的不合理,如改变建筑物用途超过原设计的荷载标准,改建时缺乏全面考虑、论证,乱拆、乱改致使地基严重下沉,基础变形位移,墙体受力状况改变,由于受动力、地震等荷载的损坏,致使砌体不能合理传递和支撑等。

3砌体裂缝的类型

从砌体裂缝产生的原因大致可分为两类:一类为荷载引起的裂缝,反映了砌体的承载力不足或稳定性不够;另一类是由于温度变化或地基的不均匀沉降所致,它占砌体裂缝的90以上。

1)沉降裂缝

砖砌体房屋由于地基基础的不均匀沉降,使墙体内产生附加应力,当墙体内应力超过砌体的极限强度时,首先在墙体的薄弱处出现沉降裂缝,并将随不均匀沉降量的增大而不断扩大。裂缝分布规律一般如下。

图6—30大跨度窗台下垂直裂缝①相对弯曲。平面呈矩形、立面长高比较大(长高比大于3∶1时)的砖混结构房屋,地基不均匀沉降常使纵墙产生弯曲变形而开裂。在地层均匀、荷载分布比较均匀的情况下,一般是房屋两端沉降小、中间沉降大,形成正向弯曲变形,纵墙上出现的是正“八”字形的斜裂缝(见图6—30)。如遇到地层或荷载不均匀时,亦会发生两端沉降大、中间沉降小的反向弯曲变形,而纵墙出现的是倒“八”字形的斜裂缝见(见图6—4)。在大跨度窗台下,由于窗间墙下基础的沉降量往往大于窗台下基础的沉降量,形成窗台处砌体的局部反向弯曲变形。因此,大跨度窗台下的砖砌体常产生垂直裂缝,如图6—30所示。

②局部倾斜。立面高度差异较大且连为一体的房屋,屋高变化部分往往由于地基较大的沉降差,使底层墙体靠近高层部分局部倾斜过大,纵墙上出现裂缝,如图6—31所示。

图6—31纵墙倾斜裂缝③整体倾斜。上部结构整体刚度好,而压缩层范围内的基土有明显的不均匀性或偏心荷载较大时,不均匀沉降常表现为房屋建筑的整体倾斜,因倾斜而引起重心偏移。

2)温度裂缝

由于砖砌体的线膨胀系数仅为混凝土的一半,如再加上不利的温差,则会进一步增大砖砌体与混凝土构件之间的差异。因此在楼面和屋顶为钢筋混凝土结构的砖混结构房屋上,出现温度裂缝的现象比较普遍。裂缝分布规律一般如下。

(1)墙顶的“八”字斜裂缝。一般位于纵墙顶层两端的1—2个开间内,有时可能发展至房屋长度的1/3左右处,裂缝一般由两端向中间逐渐升高,呈对称形。靠近两端有窗口时,则裂缝一般通过窗口的两对角,缝宽一般为中间较大、两端较细。内外纵墙都可能产生这种裂缝,有时横墙上也出现(如图6—32所示)。

(2)檐口下的水平缝。一般出现在平屋顶的檐口下或屋顶圈梁下3—4砖的灰缝中,沿外墙顶部分布,两端较多,向墙中部逐渐减小,如图6—33所示。缝口有向外张口的现象,墙的外面较里面明显,有时缝的上部砌体有向外微凸现象。

图6—32横墙上温度斜裂缝

图6—33平房顶檐口下水平缝及包角缝(3)包角缝。一般位于房屋顶部的四角,由四角向墙中部发展;缝的宽带在靠四角处较大,向中部逐渐减小,且常与水平缝连接。

以上三种形态的裂缝,主要由于屋面直接接受太阳照射的辐射热远高于墙体(在南方地区,夏季屋面温度可高达60度左右,而内墙的温度只在30度左右),如果屋面没有良好的隔热措施,屋面板的变形伸长较下砌体大,温度变形使墙的端部产生主拉应力,当主拉应力超过砌体的抗拉强度时,就会在墙体上产生“八”字形裂缝。而檐口下面的水平裂缝和包角裂缝则是由于横向或纵向温度切应力超过了墙体的水平抗剪强度而产生的。

另外在高大空旷的砖结构房屋中,特别是中间用柱承重的半框架房屋,在窗口上下水平处常出现水平裂缝;位于寒冷地区,墙体较长而未设伸缩缝的房屋,常在外纵墙墙角部位的门窗洞口对角发生斜裂缝,或在檐口下出现垂直裂缝。

温度变形引起砌体结构开裂是极普通的现象,它与低级不均匀沉降裂缝最大的区别在于前者出现在房屋顶部向下延伸,而后者出现在房屋底部向上延伸。

3)收缩裂缝

砖砌体的收缩裂缝是由于砌筑砖块和灰浆的体积不稳定而引起,属于非受力裂缝的一种。收缩裂缝在实砌黏土砖墙中比较少见。对于采用蒸压粉煤灰砖砌筑的墙体,已有发现。主要是由于所用粉煤灰砖在工厂出釜后至砌筑到墙上的间隔时间过短(正常间隔时间宜在2周以上),砖块未经充分收缩即形成砌体,易导致砌体开裂。裂缝一般较多出现在承重墙上,多数为竖向裂缝,呈枣核形,即上下两端细、中部宽。

4)振动裂缝

振动裂缝是由机器振动产生的裂缝和地震时地面剧烈运动使房屋结构受到强迫振动而产生的裂缝。机器振动产生的裂缝常在砌体的薄弱部位(如门窗洞口四角),呈不规则开裂。地震冲击波产生的裂缝有交叉裂缝和斜裂缝,一般在砌体结构的墙上和柱上,其破坏程度与地震烈度有关。

5)强度裂缝

砖砌体强度裂缝是指砖砌体强度不足及荷载作用直接引起的裂缝。这类裂缝常发生在砌体直接受力部位,且其破坏形式与荷载作用引起的破坏形式相一致。常见砖砌体产生强度裂缝主要有以下几种形式:当砌体受弯矩作用或受到水平剪力作用时引起水平裂缝;当砌体轴心受压、偏心受压时,如强度不足而出现的垂直裂缝和斜向裂缝;大偏心受压砌体,一部分截面受拉,一部分截面受压,使砌体出现竖直压裂和水平拉裂;当砌体局部受压(如梁底下),由于砌体的不均匀受力,会在某一局部砌体或应力比较集中的几层砖上出现压裂缝,即垂直的或倾斜的裂缝;当砌体轴心受拉,会沿着砌体的灰缝产生垂直裂缝或斜裂缝(如首层的窗洞口较大又无地梁时,常在窗台中间出现垂直裂缝)。

强度裂缝的出现,说明荷载引起的构件内应力已接近或达到砖砌体相应的破坏强度,因此,这类裂缝出现后如不及时分析研究,作出准确的判断并采取措施处理好,砖砌体则很容易发生突然破坏,引起房屋倒塌,是非常危险的。而非受力裂缝则不然,因为裂缝不受荷载大小的影响而发展,砖砌体不会因此而进入破坏前的状态。

(二)砌体结构裂缝的观察与裂缝处理原则

砌体房屋裂缝开展的观测是房屋质量检测的重要内容之一,砌体结构裂缝观察和维修的过程为:裂缝宽度的观测—裂缝深度的量测—查清原因—裂缝性质的判定—观测裂缝变化规律—明确处理目的—选择适当的处理时间—选用合理的处理方法。

1砌体结构裂缝的观察

(1)裂缝宽度的量测:可用10—20倍裂纹放大镜和放大镜进行观测,可从放大镜中直接读数。裂缝是否发展,常用宽50—80mm、厚10mm的石膏板固定在裂缝两侧,若裂缝继续发展,石膏板将被拉裂。

(2)裂缝深度的量测:一般常用极薄的薄片插入裂缝中,粗略地测量深度。精确测量可用超声波法。在裂缝两侧钻孔充水作为耦合介质,通过转换器对测,振幅突变处即为裂缝末端深度。

(3)砌体裂缝的判别:房屋裂缝检测后,绘出裂缝分布图,并注明宽度和深度。应分析、判断裂缝的类型和成因。一般墙柱裂缝主要由砌体的荷载、地基基础的沉降、温度变化及材料干缩等引起的。

2砌体裂缝处理的程序

(1)查清原因:从消除裂缝因素着手,防止再次开裂。如控制荷载,改善屋盖隔热性能。有时还可用加固屋架。

(2)鉴别裂缝性质:重点区别受力或变形两类性质不同的裂缝,尤其应注意受力裂缝的严重性与迫切性,杜绝裂缝急剧扩展而导致倒塌事故的发生。

(3)观测裂缝变化规律:对变形裂缝应作观测,寻找裂缝变化的规律,或确定裂缝是否已经稳定,作为选择处理方案的依据。

(4)明确处理目的:要根据裂缝的性质和裂缝变化规律明确处理的目的,如加固基地、减少荷载、裂缝封闭等。

(5)选定适当的处理时间:受力裂缝应及时处理,地基变形最好在裂缝稳定后处理,温度变形裂缝宜在裂缝最宽时处理。

(6)选用合理的处理方法:既要效果可靠,又要切实可行,还要经济合理。

(7)确保处理工作安全:对处理阶段的结构强度与稳定性进行验算,必要时采取支护措施。

(8)满足设计要求:处理裂缝应遵守标准规范的有关规定,并满足设计要求。

(三)砌体结构的维修

常见的温度裂缝、沉降裂缝和荷载裂缝在维修时要注意采取不同的处理措施。温度裂缝一般不影响结构安全,经过一段时间观测,找到裂缝最宽的时间后,通常采用封闭保护或局部修复方法处理,有的还需要改变建筑热工构造。大多数沉降裂缝不会严重恶化而危及结构安全。通过沉降和裂缝观测,对那些沉降逐步减小的裂缝,待地基基本稳定后,作逐步修复或封闭堵塞处理;如地基变形长期不稳定,可能影响建筑物正常使用时,应先加固地基,再处理裂缝。因承载能力或稳定性不足或危及结构物安全的荷载裂缝,应及时采取荷载或加固补强等方法处理,并应立即采取应急防护措施。

1砖砌体受腐蚀的维修

【适用范围】墙面已腐蚀呈酥松的粉状腐蚀层。

【施工机具】钢丝刷、喷枪、加压泵等。图6—34所示为高压灌浆机器设备与高压灌浆材料。

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