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          詳細信息    
          GRC建筑細部接縫開裂原因分析及解決方案
          發布時間:2015-4-25 閱讀:1474次  

          接縫開裂,歷來是GRC建筑施工當中常見的現象,如果處理不當,不僅會影響到裝飾美觀,而且還有可能帶來安全隱患,所以對于任何存在的開裂情況,都需要引起足夠的重視,盡早給予排查。

            1. 開裂原因分析

            GRC建筑細部的接縫開裂已被列為建筑十大質量通病之一,是一個非常普遍的現象,這個問題已成為建筑工程質量的重大隱患,也成為GRC材料發展的嚴重障礙。經過大量工程現場實際調查和試驗分析,我們發現造成開裂的原因有以下幾方面:

            自然環境原因產生的濕度與溫度變化所引起的濕脹干縮和熱脹冷縮。

            GRC建筑細部自身基體的收縮率偏大。

            國內GRC行業普遍存在趕工期問題,水泥水化不充分,GRC的微觀結構尚不穩定,一般其含水率也較高,安裝后逐漸干燥,產生收縮。

            接縫的構造節點設計與施工安裝工藝不合理,目前國內GRC建筑細部的接縫構造絕大多數屬于平接暗縫構造形式,這種設計容易產生應力累積,最終導致破壞。

            平接暗縫構造對接縫材料要求應有較高的彈性,而國內的GRC安裝所使用的聚合物水泥砂漿,只注重粘接強度,忽視了彈性變形能力。

            總之,GRC建筑細部的收縮和膨脹是不可避免的,但卻是可以控制的。我認為造成GRC接縫開裂問題大面積發生的主要原因是使用不合理,屬于應用技術不完善所造成。設計師缺乏經驗,GRC制造商素質偏低,提供不了完善的設計數據。

            2. 開裂機理

            平接暗縫,對于接縫材料確實是一個重大挑戰。早在1920年格里菲斯就指出裂縫是由于材料中彈性貯能的下降。并建立了材料斷裂的格里菲斯條件,從1948年歐文到1955年奧溫修正了材料斷裂的格里菲斯條件,斷裂力學獲得了發展,明確定義了“斷裂韌性”概念。所謂“韌性”是指使材料達到破壞的單位體積所需要的功,也就是單位體積破壞必需的能量,其含意是材料不僅須有足夠的強度,而且還須有良好的變形能力,根據這一理論,解決GRC建筑細部接縫開裂問題的關鍵是接縫材料應具備以下兩方面性能:接縫材料的首要功能是力的傳遞,即當GRC產生應力時,接縫材料應將應力傳遞分散,避免應力集中,也就是說接縫材料應具備一定抗壓、抗折和粘接強度。這一點大多數工程技術人員已經注意到了。而“變形跟蹤性”往往被人們所忽視,錯誤地認為只要接縫材料強度高,粘接力大就不會開裂,實踐證明這種技術路線是錯誤的,因為開裂正是由于各種原因引起的GRC建筑細部變形時受到過大的約束力。因此解決接縫開裂的關鍵在于如何釋放應力,改善“材料的變形能力”。

            3. GRC材料特性

            典型的GRC力學性能

          性能

          噴射法

          預混法

          纖維含量(質量比%)

          5%

          3%

          抗彎強度

          斷裂模量MOR   MPa

          比例極限LOP   MPa

           

          20-30

           7-11

           

          10-14

           5-8

          抗拉強度

          拉伸極限UTS   MPa

          彈性極限BOP   MPa

           

           8-11

           5-7

           

           4-7

           4-6

          剪切強度

          層間剪切      MPa

          面內剪切      MPa

           

           3-5

           8-11

           

           

           4-7

          抗壓強度      MPa

          50-80

          40-60

          抗沖擊強度    kj/m2

          10-25

          10-15

          彈性模量      GPa

          10-20

          10-20

          破壞變形      %

          0.6-1.2

          0.1-0.2

          干密度        Tonne/m3

          1.9-2.1

          1.8-2.0

            4.根治開裂的解決方案

            基于對開裂原因與機理的分析,運用FRONTIER福瑞泰GRC系統思維的方法,我們認為應從三個大的方面來考慮解決問題:

            降低GRC制品的收縮率

            柔性接縫構造節點設計

            彈性接縫材料--釋放GRC變形時所產生的應力

           。1)降低GRC制品的收縮率

            采用先進的工藝技術和與之相匹配的GRC材料配合比設計。

            像所有混凝土一樣,GRC在干燥時收縮,受潮時膨脹,水分引發的變形取決于水灰比、灰砂比、聚合物含量、養護制度、密度及材料齡期等因素。

            在GRC制造成型后的初期干燥階段發生不可恢復的干燥收縮,很大程度上取決于灰砂比和水灰比;隨后的干濕變化引起可恢復的尺寸變化很大程度上受灰砂比的支配,隨著齡期延續體積變化率有所降低。

            摻入標準顆粒級配的砂子可降低收縮量,但是與混凝土產品相比,由于GRC水泥含量較大,GRC的收縮仍然較大。在GRC基材中較大比例的砂子可能導致強度和其它其力學性能的降低。

           。2)柔性接縫構造節點設計

            由于GRC材料具有膨脹與收縮特性,平接暗縫構造節點設計實際上可以把它看成是一個小的伸縮縫。它必須具有伸縮自如、傳遞載荷、密封防水、施工簡便的特點。

            在國際GRC協會的設計手冊中明確要求GRC不應被超固定“over-fixed”到結構上。這是一個很重要的設計原則。

            約束收縮將會產生應力并導致開裂,特別是在遇到形狀、截面厚度、埋入材料或有外部約束的構件中。足夠的纖維含量和纖維隨機取向可控制GRC的收縮開裂。盡管纖維加入到水泥基材中不能從本質上降低它的干燥收縮,但它的確明顯提高了抗彎和抗拉強度,并降低了收縮開裂在GRC中傳播的危險性。

           。3)彈性接縫材料

            成功的GRC平接暗縫構造設計要求采用具有較大極限拉伸的材料,它可以將GRC建筑細部牢固地接合在一起,同時變形得到了滿足,因而不會產生約束力,也即具有很好的變形跟蹤性,保證了GRC裝飾制品的整體功能與外觀。

            通過大量的試驗研究,我們認為:采用具有高彈性聚合物改性水泥砂漿與玻璃纖維增強帶復合是最可靠的辦法,玻璃纖維增強帶具有極高的抗拉強度,一般均在10000kg/cm2以上,是水泥膠凝材料的幾百倍,密孔網絡(2.5×2.5mm)可以將應力均勻分散,保持GRC建筑細部的整體性,聚合物摻入水泥砂漿后可大大提高水泥砂漿基體的變形能力和對纖維的握裹能力,以及GRC建筑細部各部件之間的粘接力,玻纖帶在受力時承擔了絕大部分應力,可避免基體的過早破壞。根據這一思路,我們重點對聚合物改性水泥砂漿進行了試驗。水泥膠凝材料硬化體的特點是抗壓強度較高,而抗拉強度較低,一般只有抗壓強度的十分之一,受拉時極限延伸率只有0.02--0.06%。這是由于水泥石的結晶不是呈鏈狀結構,各種水化物的結晶形態和尺寸也不同,所以水泥砂漿的變形位能很低,反映出宏觀特性較脆,欲從水泥材料本身的改進克服它們的這些缺陷是異常困難的,最有效的手段是采用聚合物乳液改性。當一種具有長鏈的高分子物質加到水泥砂漿中去之后,經過攪拌,聚合物顆粒即分散到水泥膠凝材料連續相內,隨著水泥和水產生水化反應而形成硬化水泥石結構,失水后的長鏈狀聚合物微粒子也逐漸形成凝聚的膠體,再經干燥成為具有粘結性和連續性的絲狀聚合物薄膜,這種膜與水泥水化物和砂子牢固地粘結成為一個堅硬的整體。這些聚合物絲狀膜層橫跨水泥砂漿硬化體的缺陷和微裂縫穿梭連接,在受力時成為富有彈性的“鉸”結構,分散了砂漿的應力集中,增加了變形能力,從根本上避免了開裂的發生。

            總之,只要處理好GRC的接縫施工,就可以確保建筑工程長時間內沒有安全隱患,讓人們生活更加放心,讓環境更加美好!

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