GRC接缝开裂原因分析及解决方案

1. 开裂原因分析
　　 GRC建筑细部的接缝开裂已被列为建筑十大质量通病之一，是一个非常普遍的现象，这个问题已成为建筑工程质量的重大隐患，也成为GRC材料发展的严重障碍。经过大量工程现场实际调查和试验分析，我们发现造成开裂的原因有以下几方面：
 　　 自然环境原因产生的湿度与温度变化所引起的湿胀干缩和热胀冷缩。GRC建筑细部自身基体的收缩率偏大。国内GRC行业普遍存在赶工期问题，水泥水化不充分，GRC的微观结构尚不稳定，一般其含水率也较高，安装后逐渐干燥，产生收缩。接缝的构造节点设计与施工安装工艺不合理，目前国内GRC建筑细部的接缝构造绝大多数属于平接暗缝构造形式，这种设计容易产生应力累积，最终导致破坏。 平接暗缝构造对接缝材料要求应有较高的弹性，而国内的GRC安装所使用的聚合物水泥砂浆，只注重粘接强度，忽视了弹性变形能力。 　　 总之，GRC建筑细部的收缩和膨胀是不可避免的，但却是可以控制的。我认为造成GRC接缝开裂问题大面积发生的主要原因是使用不合理，属于应用技术不完善所造成。设计师缺乏经验，GRC制造商素质偏低，提供不了完善的设计数据
 2. 开裂机理
　　 平接暗缝，对于接缝材料确实是一个重大挑战。早在1920年格里菲斯就指出裂缝是由于材料中弹性贮能的下降。并建立了材料断裂的格里菲斯条件，从1948年欧文到1955年奥温修正了材料断裂的格里菲斯条件，断裂力学获得了发展，明确定义了“断裂韧性”概念。所谓“韧性”是指使材料达到破坏的单位体积所需要的功，也就是单位体积破坏必需的能量，其含意是材料不仅须有足够的强度，而且还须有良好的变形能力，根据这一理论，解决GRC建筑细部接缝开裂问题的关键是接缝材料应具备以下两方面性能：接缝材料的首要功能是力的传递，即当GRC产生应力时，接缝材料应将应力传递分散，避免应力集中，也就是说接缝材料应具备一定抗压、抗折和粘接强度。这一点大多数工程技术人员已经注意到了。而“变形跟踪性”往往被人们所忽视，错误地认为只要接缝材料强度高，粘接力大就不会开裂，实践证明这种技术路线是错误的，因为开裂正是由于各种原因引起的GRC建筑细部变形时受到过大的约束力。因此解决接缝开裂的关键在于如何释放应力，改善“材料的变形能力”。 3. GRC材料特性
　　 典型的GRC力学性能 性能 喷射法 预混法 纤维含量（质量比%） 5% 3% 抗弯强度 断裂模量MOR MPa 比例极限LOP MPa 20-30 7-11 10-14 5-8 抗拉强度 拉伸极限UTS MPa 弹性极限BOP MPa 8-11 5-7 4-7 4-6 剪切强度 层间剪切 MPa 面内剪切 MPa 3-5 8-11 4-7 抗压强度 MPa 50-80 40-60 抗冲击强度 kj/m2 10-25 10-15 弹性模量 GPa 10-20 10-20 破坏变形 % 0.6-1.2 0.1-0.2 干密度 Tonne/m3 1.9-2.1 1.8-2.0 4.根治开裂的解决方案 　　 基于对开裂原因与机理的分析，运用FRONTIER福瑞泰GRC系统思维的方法，我们认为应从三个大的方面来考虑解决问题：
　　 降低GRC制品的收缩率
　　 柔性接缝构造节点设计
  　 弹性接缝材料--释放GRC变形时所产生的应力
（1）降低GRC制品的收缩率
　　 采用先进的工艺技术和与之相匹配的GRC材料配合比设计。像所有混凝土一样，GRC在干燥时收缩，受潮时膨胀，水分引发的变形取决于水灰比、灰砂比、聚合物含量、养护制度、密度及材料龄期等因素。 在GRC制造成型后的初期干燥阶段发生不可恢复的干燥收缩，很大程度上取决于灰砂比和水灰比;随后的干湿变化引起可恢复的尺寸变化很大程度上受灰砂比的支配，随着龄期延续体积变化率有所降低。 掺入标准颗粒级配的砂子可降低收缩量，但是与混凝土产品相比，由于GRC水泥含量较大，GRC的收缩仍然较大。在GRC基材中较大比例的砂子可能导致强度和其它其力学性能的降低。
（2）柔性接缝构造节点设计
　　 由于GRC材料具有膨胀与收缩特性，平接暗缝构造节点设计实际上可以把它看成是一个小的伸缩缝。它必须具有伸缩自如、传递载荷、密封防水、施工简便的特点。 在国际GRC协会的设计手册中明确要求GRC不应被超固定“over-fixed”到结构上。这是一个很重要的设计原则。 约束收缩将会产生应力并导致开裂，特别是在遇到形状、截面厚度、埋入材料或有外部约束的构件中。足够的纤维含量和纤维随机取向可控制GRC的收缩开裂。尽管纤维加入到水泥基材中不能从本质上降低它的干燥收缩，但它的确明显提高了抗弯和抗拉强度，并降低了收缩开裂在GRC中传播的危险性。
（3）弹性接缝材料
　　 成功的GRC平接暗缝构造设计要求采用具有较大极限拉伸的材料，它可以将GRC建筑细部牢固地接合在一起，同时变形得到了满足，因而不会产生约束力，也即具有很好的变形跟踪性，保证了GRC装饰制品的整体功能与外观。

　 通过大量的试验研究，我们认为：采用具有高弹性聚合物改性水泥砂浆与玻璃纤维增强带复合是最可靠的办法，玻璃纤维增强带具有极高的抗拉强度，一般均在10000kg/cm2以上，是水泥胶凝材料的几百倍，密孔网络（2.5×2.5mm）可以将应力均匀分散，保持GRC建筑细部的整体性，聚合物掺入水泥砂浆后可大大提高水泥砂浆基体的变形能力和对纤维的握裹能力，以及GRC建筑细部各部件之间的粘接力，玻纤带在受力时承担了绝大部分应力，可避免基体的过早破坏。根据这一思路，我们重点对聚合物改性水泥砂浆进行了试验。水泥胶凝材料硬化体的特点是抗压强度较高，而抗拉强度较低，一般只有抗压强度的十分之一，受拉时极限延伸率只有0.02--0.06%。这是由于水泥石的结晶不是呈链状结构，各种水化物的结晶形态和尺寸也不同，所以水泥砂浆的变形位能很低，反映出宏观特性较脆，欲从水泥材料本身的改进克服它们的这些缺陷是异常困难的，最有效的手段是采用聚合物乳液改性。当一种具有长链的高分子物质加到水泥砂浆中去之后，经过搅拌，聚合物颗粒即分散到水泥胶凝材料连续相内，随着水泥和水产生水化反应而形成硬化水泥石结构，失水后的长链状聚合物微粒子也逐渐形成凝聚的胶体，再经干燥成为具有粘结性和连续性的丝状聚合物薄膜，这种膜与水泥水化物和砂子牢固地粘结成为一个坚硬的整体。这些聚合物丝状膜层横跨水泥砂浆硬化体的缺陷和微裂缝穿梭连接，在受力时成为富有弹性的“铰”结构，分散了砂浆的应力集中，增加了变形能力，从根本上避免了开裂的发生。