混凝土龜裂之原理

混凝土硬化後，從未受力至受力以至破壞的整個過程中，共有三種龜裂行為，分別為(1) 握裹龜裂(Bond cracks)，(2)灰漿龜裂(Mortar cracks)，(3)骨材龜裂(Aggregate cracks)。

如圖 1-1 所示，握裹龜裂乃是混凝土未受力前之龜裂，最主要原因是在乾燥硬化之水化作用 過程中，由於骨材與灰漿之乾燥收縮係數不同，因此在骨材與灰漿附著之間，產生極為微細 的分離龜裂，這種龜裂之多寡，與骨材材質、灰漿品質與含水量有關，若含水量越多，則硬 化後，所遺留在構造體內之空隙越多，握裹龜裂也就越顯著【楊逸詠、江永清、吳金龍 1985】。

當混凝土受力後，其握裹龜裂會慢慢擴大，而深入附近之灰漿，此時之龜裂稱為灰漿龜裂

38

(Mortar cracks)如圖(b)。負載漸漸增加時，其灰漿龜裂就擴大連貫而成為連續性龜裂 (Continuous cracks)如圖(c)，混凝土並層層剝落，而至整個破裂；此時，若細細觀察破壞後 之骨材，可以發現有些骨材破裂，此乃骨材龜裂(Aggregate cra-cks)。

圖 2.3 龜裂發生三過程【楊逸詠、江永清、吳金龍 1985】

(1)因乾燥收縮應變而發生裂縫

混凝土進行乾燥硬化時會有收縮現象，稱之為乾燥收縮；有載重時，其瞬間會引起彈性 應變，並隨時日而應變增加，稱之為潛變。以現行使用之水泥而言，是無法避免收縮及潛變 的，這也是混凝土構造物造成龜裂的最大因素，在所有的龜裂中，以此佔最大部份，且難以 避免，因其受材料性質、時間、外氣等等的影響而變化。

混凝土在水化作用過程中之所以會乾燥收縮，最主要是水份的蒸發及混凝土中分子與分子間 之結構組織變化所造成，如圖 1-6，為水泥漿顆粒放大示意，水化過程中，晶體結構會越來 越多，而非晶體結構漸漸消失，這就是混凝土功能造成的主因。但其成長過程，卻有一段很 長時間，在未成熟的階段，若受到外在的影響，則會破壞其內部組織，使混凝土產生缺陷。

圖 2-4 水泥顆粒放大示意圖【楊逸詠、江永清、吳金龍 1985】

晶體結構乃水化作用之最後成長階段，經此階段混凝土品質算已完成，其由非晶體結構 生長而產生，但非晶體結構，是處於半固體流動狀態，此部份之水份會持續蒸發，而造成乾

39

燥收縮，使其體積收縮，初期時其水份蒸發很快，流動力也很大，而後愈來愈小，此種現象 可以持續至二、三十年之久，百分之九十之乾縮，最主要是由此部份所造成；另百分之十之 乾燥收縮是因表面之硬化作用。

(2)溫濕度變化及化學作用之發生模式

一般建築物構造，皆不太重視溫度對大面積或屋頂受熱後之長度或體積改變而引起的裂 縫或破壞，因濕度關係而引起之化學或物理上之變化使得混凝土或磚或粉刷層之破壞。尤其 在台灣地區，因地居亞熱帶，溫濕度皆很高，更不得不加以重視之。

就整棟建築物受溫濕度變化所產生的結構行為而論，如圖 1-7 所示，(a)圖為混凝土的硬 化收縮及溫度下降而造成整棟架構變動的示意圖，架構由上往下，收縮自由度，越來越小，

若使其與基礎切離而可以自由伸縮，就如圖(a1)所示，則不會發生龜裂；但一般基礎皆為固 定並有繫粱，其實際的架構變形如(a2)圖所示，越往下層，其變形角越大，因收縮而產生的 內部應力，也越往下越大，在外壁、越下層越易發生逆八字型龜裂；而在樓板，容易在端部 產生斜向龜裂，以抵消其收縮應力。

圖 2-5 因乾縮及溫度變化而引起之整體構架變形狀況【楊逸詠、江永清、吳金龍 1985】

(3)外力作用龜裂發生模式

構材受到外力作用不外乎是壓縮力、拉張力、彎矩力、剪斷力及扭力等，產生這些力的

40

因素大致上為靜載重及活載重、地震、風力、及機械振動所發生的振動作用力，及地層不均 勻沉陷。

建築物完成後，因為地盤土層及基礎先天性的無法達到完全理想的固定，常會因鄰房施 工，而造成地盤的壓密及滑動。在常態的情況下，就數地層下陷所造成的建築物破壞，最為 強烈。所以針對此點，來論述其建築物影響，造成龜裂的發生模式。

造成地盤不均勻的沉陷因素，歸納為以下各點：

(1) 在軟弱地盤上，建造長度大或重量大的建築物時。

(2) 地盤下部地層為傾斜時。

(3) 建築在不同種類之地盤的建築物。

(4) 建築在傾斜坡地或是接近坡地附近的建築物。

(5) 地盤下有埋設物或空洞時。

(6) 混用不同種類基礎構造時。

41