輕質(zhì)條板隔墻開(kāi)裂原因分析及對(duì)策研究

摘 要：目前，裝配式建筑愈發(fā)常見(jiàn)，隨著建設(shè)材料的持續(xù)發(fā)展，輕質(zhì)隔墻板也廣泛運(yùn)用在許多建筑工程建設(shè)中。輕質(zhì)隔墻板的連接處會(huì)在安裝后產(chǎn)生裂縫，也成為常見(jiàn)的質(zhì)量問(wèn)題之一。因此本文結(jié)合輕質(zhì)條板隔墻實(shí)際安裝施工過(guò)程，通過(guò)理論分析得出影響開(kāi)裂的主要因素，并采用數(shù)值模擬的方式探究了輕質(zhì)條板隔墻安裝后受溫度、濕度、拼縫強(qiáng)度影響的變形規(guī)律，揭示了輕質(zhì)條板隔墻開(kāi)裂原因及發(fā)生規(guī)律，并以此為依據(jù)制定了相應(yīng)的施工防治措施。

關(guān)鍵詞：建筑工程；輕質(zhì)條板隔墻；數(shù)值模擬；裂縫防治

中圖分類號(hào)：TU 74 " 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A

裂縫是固體材料中某種不連續(xù)的現(xiàn)象，在墻體中，受很多內(nèi)在因素的影響，墻體內(nèi)會(huì)產(chǎn)生形式多樣的內(nèi)應(yīng)力，并在墻體中發(fā)生變化。當(dāng)墻體的某處形成較大的內(nèi)應(yīng)力集中，且該處的強(qiáng)度無(wú)法抗衡時(shí)，墻體就會(huì)開(kāi)裂，形成裂縫，逐步釋放這股應(yīng)力。基于此，本文對(duì)輕質(zhì)隔墻板發(fā)生裂縫的主要原因進(jìn)行深入分析，同時(shí)按照實(shí)際情況制定相應(yīng)的防治策略，為建筑工程后續(xù)施工和建設(shè)質(zhì)量提供保證。

1 裂縫形成機(jī)理

1.1 形成機(jī)理

輕質(zhì)條板是由輕質(zhì)混凝土組成的，可以將其理解為一個(gè)小型的輕質(zhì)混凝土預(yù)制構(gòu)件，了解混凝土裂縫的產(chǎn)品機(jī)理有助于分析輕質(zhì)條板的開(kāi)裂原因。混凝土常見(jiàn)的早期裂縫按照產(chǎn)生的原因主要分為兩類：干縮裂縫和溫度裂縫。混凝土干縮裂縫是由于混凝土表面水分蒸發(fā)減少產(chǎn)生收縮，而內(nèi)部對(duì)干縮起約束力作用，因此使混凝土表面產(chǎn)生拉應(yīng)力，當(dāng)這種拉應(yīng)力大于混凝土抗拉強(qiáng)度時(shí)就會(huì)產(chǎn)生干縮裂縫。混凝土溫度裂縫是由于混凝土硬化期間水泥放熱，內(nèi)部溫度不斷上升，導(dǎo)致外部散熱比較快，因此內(nèi)外產(chǎn)生溫差，從而產(chǎn)生一定的拉應(yīng)力，超過(guò)本身抗拉強(qiáng)度時(shí)就會(huì)產(chǎn)生裂縫。后期裂縫主要受外界因素影響，例如結(jié)構(gòu)不合理、模塊變形、基礎(chǔ)沉降，與混凝土本身的性質(zhì)無(wú)具體關(guān)系[]。

1.2 裂縫分類

1.2.1 按客觀原因分類

建筑結(jié)構(gòu)在應(yīng)用過(guò)程中都要受到兩大類荷載影響，即各種力的荷載和變形荷載，裂縫也由這兩類荷載引起，從原因上分為以下兩種形式。①受力裂縫：由外荷載應(yīng)力或自身重力應(yīng)力引起的裂縫。②變形裂縫：由溫度、收縮和濕脹、不均勻沉降因素引起的裂縫。

1.2.2 按裂縫形式分類

根據(jù)裂縫在結(jié)構(gòu)的不同組成構(gòu)件上出現(xiàn)的具體形式將裂縫進(jìn)行分類，包括垂直裂縫（豎向裂縫），水平裂縫（橫向裂縫）、斜裂縫以及由裂縫形成的螺旋裝裂縫等。例如對(duì)框架梁或樓面梁有與其軸線方向正交的垂直裂縫、平行的水平裂縫、非正交的斜裂縫以及由梁四周斜裂縫組成的螺旋狀裂縫。對(duì)墻體與地面或樓板正交的垂直裂縫、平行的水平裂縫等。裂縫形態(tài)主要是順著應(yīng)力釋放薄弱點(diǎn)的走向發(fā)展，由于構(gòu)件類型及接縫的多樣性，因此裂縫的形態(tài)也是多樣的。

2 輕質(zhì)隔墻開(kāi)裂原因及優(yōu)化防裂措施分析

2.1 建立輕質(zhì)隔墻開(kāi)裂分析模型

由于本文主要是研究輕質(zhì)隔墻條板的受力情況以及形變情況，為簡(jiǎn)化建模難度，僅考慮建立建筑混凝土框架與輕質(zhì)條板間相互作用的模型。將建筑物混凝土框架和輕質(zhì)條板隔墻構(gòu)件建模后，再賦予不同的材料屬性形成不同的模型單元。后對(duì)輕質(zhì)條板隔墻結(jié)構(gòu)以及建筑混凝土框架結(jié)構(gòu)進(jìn)行網(wǎng)格劃分，為保證模型的分析精度，單元類型采用八節(jié)點(diǎn)線性熱傳遞六面體單元。輕質(zhì)隔墻開(kāi)裂分析模型如圖1所示。

當(dāng)分析模型時(shí)，模型初始條件取值為溫度20℃，濕度48%。為分析溫度、濕度對(duì)輕質(zhì)隔墻開(kāi)裂特性的影響，溫度變化幅度設(shè)定為10℃～30℃，濕度變化幅度設(shè)定為24%～60%，并將初始溫濕度邊界條件賦予輕質(zhì)條板隔墻模型來(lái)進(jìn)行分析。

2.2 輕質(zhì)隔墻開(kāi)裂原因分析

2.2.1 自我干縮

輕質(zhì)條板隔墻出現(xiàn)干縮裂縫的原因有2個(gè)。1）內(nèi)部水分不斷蒸發(fā)干燥。2）水泥水化反應(yīng)是一個(gè)長(zhǎng)期過(guò)程，因此混凝土的收縮量會(huì)隨著齡期增加而增加，當(dāng)齡期為一個(gè)月時(shí)混凝土的收縮量約為50%，3個(gè)月后收縮量減少，通常在1～2年后才能完全趨于穩(wěn)定。隨著時(shí)間的推移，其他因素導(dǎo)致的裂縫也會(huì)出現(xiàn)在薄弱位置，從而導(dǎo)致縫隙越來(lái)越寬，進(jìn)而帶動(dòng)飾面層被拉伸出現(xiàn)裂紋。由于輕質(zhì)條板拼縫位置的黏結(jié)砂漿剛度比混凝土低，因此混凝土收縮后兩邊輕質(zhì)條板靠近黏結(jié)砂漿處的橫向位移較大，從而產(chǎn)生拉應(yīng)力，拉應(yīng)力的大小基本與干縮變形量成正比，嵌縫層薄弱、脆性且無(wú)變形能力會(huì)首先發(fā)生開(kāi)裂現(xiàn)象，如圖2所示，嚴(yán)重情況下會(huì)導(dǎo)致黏結(jié)層拉裂。

輕質(zhì)條板干燥收縮導(dǎo)致的收縮量與單塊隔墻板安裝長(zhǎng)度L和隔墻板材料干燥收縮Q值成正比例變化關(guān)系，單塊隔墻板安裝長(zhǎng)度越長(zhǎng)，材料干燥收縮值越大，隔墻板干縮值越大。因?yàn)檩p質(zhì)條板隔墻是多塊輕質(zhì)條板通過(guò)黏結(jié)砂漿粘接組成，所以可以把它看成是一塊整體，當(dāng)輕質(zhì)條板干燥收縮值一定時(shí)，墻體越長(zhǎng)，干縮產(chǎn)生的變形量越大，內(nèi)應(yīng)力越大，越容易發(fā)生開(kāi)裂，且開(kāi)裂位置越多以此釋放應(yīng)力，這也說(shuō)明了客廳長(zhǎng)墻開(kāi)裂情況最嚴(yán)重的原因。

2.2.2 濕度變化

利用有限元模擬軟件模擬施工過(guò)程中輕質(zhì)條板隔墻的排布安裝形式，并施加溫度變化工況，得到因濕度變化引起的輕質(zhì)條板隔墻變形情況如圖3所示。濕度變化會(huì)造成輕質(zhì)條板隔墻材料中的含水率變化。在水分蒸發(fā)模擬工況下可以看出，在輕質(zhì)條板隔墻與梁柱接觸部位頂部發(fā)生的水平及豎向變形最嚴(yán)重，水平方向變形最大值達(dá)到0.34mm，隔墻與水平方向一側(cè)發(fā)生收縮變形，一側(cè)發(fā)生膨脹變形，且變形量從隔墻底部至頂部逐漸變大，導(dǎo)致輕質(zhì)條板隔墻與柱接縫部位，一側(cè)收縮拉裂，一側(cè)膨脹壓裂。豎直方向沉降變形最大值達(dá)到0.44mm，發(fā)生在輕質(zhì)條板隔墻與梁接縫部位頂部中間位置，輕質(zhì)條板隔墻底部發(fā)生輕微膨脹變形，約為0.05mm，其影響可忽略不計(jì)，在豎直方向，輕質(zhì)條板隔墻與梁接縫部位易發(fā)生拉裂現(xiàn)象。

2.2.3 溫度變化

利用有限元模擬軟件模擬分析輕質(zhì)條板隔墻使用過(guò)程中因降溫引起的變形情況，分析輕質(zhì)條板隔墻開(kāi)裂風(fēng)險(xiǎn)，得到圖4所示變形發(fā)生規(guī)律：由于溫度變化會(huì)使輕質(zhì)條板隔墻材料和環(huán)境進(jìn)行熱交換，在降溫模擬模擬工況下可以看出，在隔墻與梁柱接觸部位頂部發(fā)生的水平及豎向變形最嚴(yán)重，水平方向變形最大值達(dá)到0.08mm，同濕度變化引起的變形規(guī)律一致，在水平方向一側(cè)發(fā)生收縮變形，一側(cè)發(fā)生膨脹變形，變形從隔墻底部至頂部加劇，由于溫度變化引起的水平方向變形量整體較小，因此可忽略其影響。豎直方向沉降變形最大值達(dá)到0.22mm，發(fā)生在輕質(zhì)條板隔墻與梁接縫部位頂部的整個(gè)接觸面，底部發(fā)生輕微膨脹變形，約為0.01mm，其影響可忽略不計(jì)。在豎直方向，輕質(zhì)條板隔墻與梁接縫部位易發(fā)生拉裂現(xiàn)象。

2.2.4 拼縫強(qiáng)度變化

通過(guò)設(shè)置每榀輕質(zhì)條板隔墻間不同的連接強(qiáng)度來(lái)模擬不同的拼縫強(qiáng)度，分析拼縫強(qiáng)度低于輕質(zhì)條板強(qiáng)度、拼縫強(qiáng)度和輕質(zhì)條板強(qiáng)度相同的兩種工況下的變形情況，如圖5所示。當(dāng)拼縫強(qiáng)度低于輕質(zhì)條板強(qiáng)度時(shí)，頂部的最大變形約為0.41mm，且由于拼縫強(qiáng)度低于輕質(zhì)條板強(qiáng)度，每榀輕質(zhì)條板間的最大變形約為0.052mm。當(dāng)拼縫強(qiáng)度與輕質(zhì)條板同強(qiáng)度時(shí)，頂部的最大變形約為0.49mm，每榀輕質(zhì)條板間幾乎不發(fā)生變形。由此可知，拼縫強(qiáng)度變化對(duì)輕質(zhì)條板與主體結(jié)構(gòu)連接處裂縫影響并不明顯，隨著拼縫強(qiáng)度的變化，在頂部與兩側(cè)接縫處總會(huì)發(fā)生較大變形，從而形成裂縫。拼縫強(qiáng)度主要對(duì)板間變形裂縫造成影響，當(dāng)拼縫強(qiáng)度與輕質(zhì)條板強(qiáng)度一致時(shí)，每榀輕質(zhì)條板間幾乎不再產(chǎn)生變形，裂縫發(fā)生的風(fēng)險(xiǎn)迅速降低。

2.2.5 控制環(huán)境濕度變化

環(huán)境溫度變化會(huì)引起輕質(zhì)條板墻體發(fā)生熱脹冷縮，同時(shí)造成輕質(zhì)墻板含水率變化，輕質(zhì)條板的線性熱膨脹系數(shù)是固定的，當(dāng)墻體長(zhǎng)度一定時(shí)，溫度變化越大會(huì)導(dǎo)致墻體變形量越大，產(chǎn)生的內(nèi)應(yīng)力也會(huì)越大。在一定條件下，當(dāng)溫度變化產(chǎn)生的應(yīng)力足夠大時(shí)，會(huì)將輕質(zhì)條板接縫處拉裂[2]。因此應(yīng)對(duì)輕質(zhì)條板原材進(jìn)行防潮處理，同時(shí)控制墻體的粉刷時(shí)間來(lái)控制輕質(zhì)條板的濕度變化[3]。

2.3 優(yōu)化柔性嵌縫砂漿防裂措施

嵌縫砂漿會(huì)影響每榀輕質(zhì)條板間的拉伸黏結(jié)強(qiáng)度、砂漿的保水性、和易性及飽滿度。若嵌縫砂漿保水性較差，則輕質(zhì)條板會(huì)快速吸水，使嵌縫砂漿強(qiáng)度急劇下降[4]。如果嵌縫砂漿和易性差，那么當(dāng)初期砂漿含水率過(guò)大時(shí)，會(huì)導(dǎo)致嵌縫砂漿下流掉落，也會(huì)造成嵌縫砂漿與輕質(zhì)條板間的拉伸黏結(jié)強(qiáng)度降低。普通嵌縫砂漿的主要成分為水泥、砂、少量纖維素醚，采用《陶瓷磚膠黏劑》（JG/T 547—2017）橫向變形量測(cè)試方法測(cè)試橫向變形量為0.22mm，基本不具有柔性。基于此，在普通砂漿配方的基礎(chǔ)上，摻加適量可分散聚合物膠粉瓦克5044N，摻量為0.6%，用來(lái)提高砂漿柔性，采用《陶瓷磚膠黏劑》（JG/T 547—2017）橫向變形量測(cè)試方法得出橫向變形值可達(dá)到1.2mm，具有一定抗開(kāi)裂能力[5]。

3 結(jié)論

輕質(zhì)隔墻板材料在建筑工程建設(shè)過(guò)程中的應(yīng)用十分普遍，本文對(duì)輕質(zhì)隔墻板產(chǎn)生裂縫問(wèn)題的主要原因及其防治措施進(jìn)行研究，得到以下結(jié)論。1）輕質(zhì)條板材料自我干縮裂縫主要受到條板安裝長(zhǎng)度的影響，在施工過(guò)程中可通過(guò)控制每榀條板安裝長(zhǎng)度來(lái)進(jìn)行控制。2）濕度變化會(huì)造成輕質(zhì)條板隔墻在水平及豎直方向發(fā)生收縮拉裂和膨脹壓裂兩種裂縫，溫度變化會(huì)造成在頂部接縫處產(chǎn)生收縮拉裂。3）由于板間裂縫控制難度比接縫處裂縫控制難度更高，因此輕質(zhì)條板隔墻間拼縫強(qiáng)度最好選擇與輕質(zhì)條板同等的強(qiáng)度，以降低板間裂縫發(fā)生風(fēng)險(xiǎn)，提高條板隔墻整體性。

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