結構體裂縫的補強及修補之探討

2017-08-01 17:12:04

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混凝土是水泥、砂、石子和水的奇妙混合體。

在我們日常生活當中,扮演著既普遍又重要的地位。很平凡的東西,卻能依不同的用途、不同的比例組合,來形成不同程度堅硬實用的固體。

混凝土從表面上來看,像是冰冷沒有生命的東西,然他確實是活著。他像人一樣會呼吸的活著,也會因承受時間的壓力、環境的變化和其他因素的影響而生病和老化,如搖晃、扭曲、龜裂和剝落。故其裂縫的產生也會有無數個不可思議的原因。當我們要尋找適當的方法來補救裂縫的問題時,首先必需要知道裂縫產生的原因及裂縫是否會影響到結構體的安全。目前,一般常用來修補裂縫的材料有環氧樹脂系和聚胺脂膠系。然究竟應該如何來選擇?採用那一種材料比較適合?

  • 裂縫會影響混凝土結構體的安全。務必要使用環氧樹脂,因為環氧樹脂的張力比混凝土張力還大。
  • 裂縫不會影響混凝土結構的安全,但會造成漏水的問題,則應使用聚胺脂膠。
    原因:
  1. 環氧樹脂具有較大的壓縮力,但在濕的條件下,它並不是很好。
  2. 聚胺脂膠的壓縮力較小,但在濕的條件下,它可以漫延。
  3. 環氧樹脂不喜歡移動,而聚胺脂膠可以伸展和收縮。
環氧樹脂──結構體裂縫補強材

環氧樹脂一般以較低且固定的壓力(25~50PSI)下灌入裂縫。施工步驟如下:

  1. 把塑膠灌注嘴用環氧樹脂泥粘著在裂縫的方。
  2. 把表面其他看得見的裂縫,用環氧樹脂泥塗佈。目的是防止環氧樹脂液體從 裂縫口流失。至於地下或單面立墻,要防止環氧樹脂液體從裂縫背面流失就很困難,浪費將是無法避免的。
  3. 塑膠灌注嘴的配置,依材料的流量及裂縫的寬度來作適度的位置,一般塑膠灌注嘴間的距離,以不得超過混凝土厚度的距離為限。
  4. 施工者從最低的灌注嘴往上依次作業。並且應從未灌注的灌注嘴的流量來監視環氧樹脂液體的流動情況。直到整個裂縫都填滿環氧樹脂。灌注後,經過了6~8小時後,環氧樹脂完全硬化,就可以除去灌注嘴,灌注作業完成。環氧樹脂用來修補混凝土結構體的完整性,它的用量很少,但有時也會產生裂痕,這可能是硬度的問題,然它在結構方面整治的評價,依然是使用最長久的。

聚胺脂膠──結構體裂縫修補材
聚胺脂膠碰到水或濕氣,就會起反應,產生膨脹的特性,使它成為修補裂縫和填補空隙的理想材料。
膨脹的聚胺脂膠會產生壓力,它能確確實實地流入空隙、裂縫小孔,甚至細如髮絲般的裂縫中。在幾分鐘內就會開始硬化,形成細胞狀的緊密不可滲透層,阻止或縮小水的流動。目前也漸漸使用在修補蜂巢狀的混凝土。

聚胺脂膠分成親水性(愛水性,又稱吸水性)和疏水性(怕水性,又稱斥水性)。

  1. 親水性聚胺脂膠:喜歡水。它吸收水份,直到不能吸收為止。如果沒有足夠的水份,將無法反應完全,故必需引進一些水,灌入裂縫或接合處,才能讓它完全發揮作用。如果是具有彈性的親水性聚胺脂膠,當所阻的水消失後,它會收縮,而當水再度回流時,又能立刻發揮作用,回到它原來膨脹的功能。
  2. 疏水性聚胺脂膠:討厭水,故它只需要用很少量的水就能發揮作用。因它主要是靠氫和氧的份子來反應,產生很大的力量來阻止水的滲入。它不會因水的消失而收縮。它比親水性聚胺脂膠容易擴散,而且不失粘性,且只需要一點點的水就可以完成反應作用。通常混凝土中所含的水氣就足夠產生反應的水份,只是需要較長的時間。
  3. 聚胺脂膠的粘性很強,會自動緊密的砌合膠化,能實際適用於任何濕的或乾的地基或非結構性的裂縫。故聚胺脂膠相當不在乎工作環境的條件,唯一最常犯的錯誤是使用量常常比實際上所需要的量用的多。

聚胺脂膠不論堅硬性的或具有彈性的,都不應該使用於補強結構的裂縫,但可以使用在修補非結構體之穩定的終止裂縫或移動的活動裂縫。對於穩定的終止裂縫,可以使用堅硬性的聚胺脂膠。因堅硬性的聚胺脂膠沒有延長性,它的延長範圍從5%~15%,張力範圍從5~15PSI。膨脹系數為15~20倍。對於還會移動的活動裂縫,可以使用具有彈性的聚胺脂膠。它的延長範圍可達25%,即使混凝土一再移動,它都能夠維持有效的封住水口。張力範圍從125~175PSI,膨脹系數為5~8倍。

聚胺脂膠的特性是在和水起反應時,能在適當的地點膨脹起來,形成一道緊密而不可滲透的封口,能立即制止水流。聚胺脂膠形成的封口有三種作用:

  1. 在混凝土的表面形成化學砌口。
  2. 在細孔或空隙中會自動形成支撐。
  3. 經由膨脹,在裂縫或空隙間形成一壓縮性的封口,構築成一個堅固的阻水點。

聚胺脂膠和水發生反應後,會迅速形成膨脹泡沫。這化學作用會產生二氧化碳的氣體,導致大量的膨脹,變成比原來量的體積多15~20倍,經膨脹後的最終產品是堅硬的或具有彈性的封閉式細胞狀的聚胺脂膠泡沫,能阻止裂縫或接合處的漏水。
聚胺脂膠和水的化學反應速度,可用催化劑來加速,最快能在3秒鐘內形成泡沫。在和水接觸後,一分鐘內可以完全膨脹和凝固化,即形成膠化作用。正常的泡沫形成時間約為1~3分鐘。而固體凝化的形成約2~5分鐘。水的溫度會影響泡沫的形成和凝化的時間。如攝氏30度的水溫,所需凝化的時間比攝氏10度的水溫大約快25%。

聚胺脂膠可以在30分鐘內凝結完成的量,等於灰泥於8小時背部灌漿的工作。聚胺脂膠的灌漿機器設備,依裂縫的大小,混凝土的厚度,品質的差異等,有從250~3000PSI的壓力,一般都是用1000PSI或更高的壓力。其實灌漿的壓力以每分鐘能輸出一至五加侖的量就可以。

聚胺脂膠對阻斷急流的水有其神奇的表現。但如果用水泥來作為隧道或礦場的臨時性阻止漏水,那將是一種浪費且是不實際的作為。
聚胺脂膠的施工步驟如下:

  • 聚胺脂膠施工的先期作業,必需先清潔混凝土找到裂縫。如果裂縫清晰可見,就不需要清潔,不過,必需要確定是否有因長期的漏水,而留下礦物質或其他足以阻塞裂縫的東西。若有,則必需徹底清潔。故鋼刷是必備的工具。
  • 鑽灌注孔時,必需預先決定:1.孔的直徑。2.孔的深度。3.鑽孔的面積或位置。4.鑽孔的角度。
  • 一般灌注孔的直徑約為1.2~1.6公分。灌注孔的深度及角度,取決於混凝土的厚度。一般20公分以上的混凝土,以45度角鑽入混凝土,深入裂縫的深度必需大於混凝土厚度的一半。對於非常薄或非常厚的混凝土,所鑽孔的角度和孔的深度,會有所不同而改變,在低於20公分厚的部份,要從混凝土的表面垂直鑽灌注孔,並且要直接鑽進裂縫裡或最好採用低壓灌注來處理。如果混凝土的厚度大於90公分時,通常需要鑽到超過45公分的深度。不過,這時灌注的泵浦必需要有足夠的壓力,才能夠把聚胺脂膠壓送到裂縫較遠的一邊。
  • 鑽灌注孔之間的距離位置,決定於裂縫的寬度。而不是混凝土的厚度,故灌注孔之間的距離,並無硬性的規定。一般從10~150公分,視裂縫的大小而定。通常較細的裂縫,傾向於較密的灌注孔。灌注孔必需交錯在裂縫的兩邊,但不要太接近裂縫或鑽孔時會鬆動、剝落的混凝土表面。
  • 裂縫的沖洗:裂縫中,有時會有破片、阻塞物或鑽孔屑。須用水沖洗來清除。或是提供足夠的水份來促使聚胺脂膠能夠完全的產生反應。同時,催化劑也可以加入沖刷的水中,來促進縮短聚胺脂膠產生反應的時間。一般沖洗的泵浦壓力都在200~300PSI之間。沖洗的順序:垂直的裂縫要從最低下的灌注孔開始,然後依序往上沖洗,直到最上面的一個灌注孔為止。如果是水平面的裂縫,則從需要修補的一端開始,然後依序到另一端。每一個灌注孔都需要用水沖洗幾分鐘或是沖到水從裂縫表面流出。假如水沒有從裂縫流出,即表示所鑽的孔沒有截斷裂縫,需要重新處理。
  • 裂縫的表面封口處理:一般的狀況,裂縫的表面並不需要封口處理。但如果遇到寬的裂縫或嚴重漏水的裂縫,就需要用聚胺脂膠從裂縫口倒流進去,再用水泥、環氧樹脂或用舊麻繩和聚胺脂膠混合封住裂縫口。舊麻繩是指纖維已經鬆散的繩子,不是乾縮的或有油漬的。如果只能用乾縮的麻繩時,就先把麻繩切成幾段,然後完全浸在聚胺脂膠裡約二分鐘,再把浸好的麻繩用螺絲起子或尖的工具塞進裂縫中。這時麻繩和水接觸,即會膨脹,而產生一層又快又持久的裂縫封口。
  • 灌注時,垂直裂縫的灌注,要從最低下的灌注孔開始,水平裂縫的灌注則從開端第一個灌注孔開始。依序灌注,全部的灌注孔都作業完成後,就重回到第一個灌注孔,再重新作業一次。裂縫如欲填塞高密度的聚胺脂膠,通常每一個灌注孔都會在不同的時間灌注三次。
  • 灌注作業一旦開始,幾分鐘後就可以見到聚胺脂膠出現在裂縫的表面。泵浦在開始作業時,採用低壓灌注至約500PSI時,如果聚胺脂膠在裂縫的表面或另一個灌注孔沒有出現,就要慢慢地以100PSI的壓力增加,直到聚胺脂膠出現或達到安全操作的壓力為止。不可超過安全操作壓力,否則,會造成裂縫變寬或產生另一個裂縫。如果聚胺脂膠一直從裂縫流出時,要暫停作業幾分鐘,以便讓裂縫口的聚胺脂膠硬化。這是裂縫表面的封口處理。然後再繼續灌注作業,直到聚胺脂膠從另一個灌注孔出現。如果聚胺脂膠持續不斷的從裂縫口流出5~10分鐘,就必需用快乾水泥封住裂縫的封口。這個補救的工作時間,只能有1~2分鐘。然後再重新開始灌注作業,灌注時,施工者必需注意裂縫表面的變化:1.裂縫的漏水情況會活絡起來。這種情況是可以預期的,但非一定需要如此。2.水和聚胺脂膠從裂縫流出,形成一混合泡沫。3.純的聚胺脂膠從裂縫流出來。
  • 灌注壓力依裂縫的大小,混凝土的厚度及聚胺脂膠的品質,而有250~3000PSI的壓力變化。通常都採用1500~3000PSI的壓力。因這樣可以使聚胺脂膠和既存的水混合流動促進作用。事實上灌注所需的壓力,以每分鐘能注入1~5加侖的量就可以了。灌注泵浦使用前後,均需用專用清潔劑仔細沖洗二分鐘左右,千萬不可用水沖洗。

使用聚胺脂膠應注意之事項

  1. 聚胺脂膠需保存在攝氏18度至27度之間。不可冷藏。因遇冷會變稠而減緩反應的速度,可以加少量的清洗劑,使其恢復原來的粘性。如遇熱而碰到水就會提早產生反應。
  2. 催化劑加入主劑桶中,封住孔蓋,輕輕搖動,使其混合均勻。不要把兩液體暴露在空氣中一起搖動,這樣會使混合液體過早起反應作用。更不要用電動攪拌器。因它會造成含有水份的空氣進入聚胺脂膠裡,假如太多的水氣會破壞了主劑和催化劑的混合,聚胺脂膠就會很快的起反應作用。
  3. 聚胺脂膠混合後,表面會產生一層薄膜,這是正常現象。這層薄膜是從聚胺脂膠和空氣中之水份反應而產生的,不須清除,使用它底下的聚胺脂膠就可以了。
  4. 聚胺脂膠硬化前,化學作用所產生的熱可達攝氏95度,有可能會發生氧化和分解的問題,故在填補極大空隙時,泡沫在夾層裡,需要進行冷卻作業。
  5. 聚胺脂膠對水很敏感。
  6. 聚胺脂膠若長期暴露在紫外線下,品質就會劣化。
  7. 聚胺脂膠泡沫所在之處,不可燃燒及有火花。燃燒聚胺脂膠泡沫會產生毒煙。

資料參考:內政部建築研究所震後補強與修補技術彙編

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