基于水循环微渗作用的防止混凝土开裂的装置与方法与流程

本发明属于混凝土建筑施工领域，具体涉及一种基于水循环微渗作用的防止混凝土开裂的装置与方法，适用于防止高原地区混凝土表面出现裂缝。

背景技术：

混凝土裂缝是混凝土结构常见的病害之一，产生的原因是多样性的。裂缝对混凝建筑物的危害程度不一。对于高原地区施工的厂房大体积混凝土，由于高原地区气候干燥，多风且白天的日照非常强烈，多年的年均蒸发量为2075.2mm。这样的自然环境下，混凝土在浇筑完成后，表面的水分散发很快，体积收缩大，而内部的湿度变化很小，体积收缩就小，这样表面变形就会受到内部混凝土的约束作用，形成拉应力，非常容易引起混凝土的开裂。同样幅度的气温变化，在内地可能只是产生表层裂缝，在高原则可能产生贯穿性裂缝。因此，必须对此加以重视，并采取措施加以解决。

现有控制裂缝的措施主要是在裂缝内填充材料来控制裂缝进一步发展。但由于高原地区海拔高，昼夜温差大，干燥少雨，且大部分高原地区年平均温度在0度以下，这种恶劣环境容易导致修补使用的材料不能正常固化，不能正常提高修补材料的强度，同时低温环境下材料的流动性降低，影响施工效率。由于这种恶劣的自然环境，修补材料的成本较为昂贵，常用的修补技术具有一定的局限性，不能达到预期修补目的。更重要的是，大部分的控制措施都没有从提高表面的含水率着手，而是被动的在混凝土表面产生裂缝之后进行修补，没有达到标本兼治的效果。

技术实现要素：

本发明要解决的技术问题是，针对现有混凝土裂缝控制存在的上述不足，提供一种基于水循环微渗作用的防止混凝土开裂的装置与方法，从源头上防止高原地区房屋建筑的梁、板、柱等混凝土结构表面开裂，不需要任何修补裂缝的注浆料，提高耐久性，尤其适用于高原地区房屋建筑。

本发明为解决上述技术问题所采用的技术方案是：

基于水循环微渗作用的防止混凝土开裂的装置，设置于需要防止混凝土开裂的混凝土结构上，包括：

抽水系统，设置于混凝土结构外部，用于向混凝土结构内部注水；

渗水系统，设置于混凝土结构内部，用于水的微渗；

连接导管，用于抽水系统与渗水系统之间的连接。

按上述方案，所述混凝土结构为受阳光直射并且容易开裂的房屋的梁、板、柱(用于房屋的承重)，所述的梁主要指房屋裸露在外部的梁，所述的板主要指受阳光直射严重的屋顶的楼板，所述的柱主要指房屋的四个角的柱以及露在外部的柱。

按上述方案，所述抽水系统主要包括水箱、太阳能电池板和抽水机，水箱固定于相对混凝土结构的高处；太阳能电池板设置于水箱的上部，抽水机分别与太阳能电池板及水箱连接。

按上述方案，所述渗水系统包括梁的渗水系统、板的渗水系统以及柱的渗水系统，各个渗水系统均包括设置在混凝土结构内壁的导管以及附着在导管外的一层单面透水膜，所述导管包括主导管以及与主导管连接的次导管，主导管以及次导管的外部都设有若干个透水小孔，透水小孔为导管中的水向外部传递提供通道，单面透水膜使得水只从导管内往外部混凝土结构渗透、而混凝土结构中的水不往导管内渗透。

按上述方案，所述梁的横截面矩形分为四个相同的小的矩形，梁的渗水系统的主导管设置4条、沿梁的长度方向布置并分别布置在每个矩形的正中心，每个主导管的截面周围布置有若干与主导管垂直的次导管，次导管在主导管的长度方向等距离分布、在主导管的横截面方向等角度分布。

按上述方案，所述板的截面沿宽度方向等分为两份或者多份，将板的整个投影面积分为两个或者多个相同的小的矩形，板的渗水系统的主导管的份数根据板等分的矩形个数来定，主导管沿板的长度方向布置，且主导管分别布置在每个小矩形的正中心，在主导管的周围分别对称布置若干与主导管垂直的次导管，所述次导管沿主导管的长度方向等距离间隔分布。

按上述方案，所述柱的横截面矩形分为四个相同的小的矩形，柱的渗水系统的主导管为4条，沿柱的高度方向布置并分别布置在每个矩形的正中心，每个主导管的截面周围布置有若干与主导管垂直的次导管，次导管在主导管的长度方向等距离分布、在主导管的横截面方向等角度分布。

按上述方案，所述连接导管上方连接水箱下部的下水管、下方伸入混凝土结构内并与混凝土结构内部的渗水系统连接，连接导管外部设置耐热型的橡胶管，橡胶管上涂上保护膜或砌于墙内。

本发明还提供了一种基于水循环微渗作用的防止混凝土开裂的方法，包括如下步骤：

1)在房屋的梁、板、柱混凝土结构内部留出空间设置渗水系统，在混凝土结构外部的房屋上部悬挂抽水系统，通过连接导管连接抽水系统及渗水系统；

2)抽水系统通过连接导管向混凝土结构内部的渗水系统抽装水(渗水系统为多孔结构，水在压力作用下向外渗出)，混凝土结构内部空间充满热水密封并与外部抽水系统的水箱相连；

3)渗水系统中的水在压力的作用下向外渗出，从而保持混凝土结构的外表面始终处在一个湿润的环境，在源头上防止房屋建筑的梁、板、柱结构表面产生裂缝。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

1、本发明针对混凝土裂缝的产生原因着手，水箱位于高处，增加内部水压，使位于导管当中的水向房屋的梁、板、柱等混凝土结构中流动，随着上部的水往下流动，带动混凝土结构内部的渗水系统中的水通过导管外面的单面透水膜向混凝土结构外部渗透，这样始终保持混凝土中的水压与外部水压的循环，水平衡使得混凝土结构处于微湿润的环境，从源头上防止高原地区房屋建筑的梁、板、柱等混凝土结构表面开裂，不需要任何修补裂缝的注浆料，提高耐久性，尤其适用于高原地区房屋建筑；

2、由于水在混凝土结构中不停向外渗透，也阻碍了外部的二氧化碳通过空隙进入混凝土结构之中，与混凝土结构的水化物产生反应破坏混凝土强度；

3、由于水流速的存在，混凝土结构表面有害物质向混凝土内的扩散速度和深度将会下降，相当于给混凝土结构表面加了一层保护膜，对延长混凝土本身的寿命有积极作用；

4、用于制造水头的水箱置于房屋高处，更能充分地利用高原地区的太阳能，对水箱里的水进行加热，热水作为材料就地取材相对容易，价格便宜且自然环保；也能使用太阳能进行发电，供抽水系统的抽水机工作。

附图说明

图1是本发明基于水循环微渗作用的防止混凝土开裂的装置的结构示意图；

图2是本发明防止混凝土开裂的装置的渗水系统的主、次导管内部布置示意图；

图3是本发明防止混凝土开裂的装置的梁的横截面的布置示意图；

图4是本发明防止混凝土开裂的装置的梁的纵截面的布置示意图；

图5为本发明防止混凝土开裂的装置的板的横截面的布置示意图；

图6为本发明防止混凝土开裂的装置的板的纵截面的布置示意图；

图7分别为本发明防止混凝土开裂的装置的柱的横截面的布置示意图；

图8分别为本发明防止混凝土开裂的装置的柱的纵截面的布置示意图；

图9为本发明防止梁、板开裂的装置的外部抽水系统与内部渗水系统连接示意图；

图10为本发明防止柱开裂的装置的外部抽水系统与内部渗水系统连接示意图

图11本发明防止混凝土开裂的装置的整体布置示意图。

具体实施方式

下面结合附图，对本发明的具体实施方式进行详细描述，但应当理解本发明的保护范围并不受具体实施方式的限制。除非另有其它明确表示，否则在整个说明书和权利要求书中，术语“包括”或其变换如“包含”或“包括有”等等将被理解为包括所陈述的元件或组成部分，而并未排除其它元件或其它组成部分。

图1为本发明基于水循环微渗作用的防止混凝土开裂的装置的结构示意图，装置设置于需要防止混凝土开裂的混凝土结构10上，混凝土结构为受阳光直射并且容易开裂的房屋的梁1、板2、柱3(用于房屋的承重)，梁1主要指房屋裸露在外部的梁，板2主要指受阳光直射严重的屋顶的楼板，柱3主要指房屋的四个角的柱以及露在外部的柱。

装置包括：

抽水系统，设置于混凝土结构10外部，用于向混凝土结构10内部注水，抽水系统主要包括水箱4、太阳能电池板5和抽水机6，水箱4固定于相对混凝土结构的高处；太阳能电池板5设置于水箱4的上部(由于西北地区及高原地区阳光充足，太阳能资源丰富，可以用太阳能对水箱4中的水进行加热)，抽水机6分别与太阳能电池板5及水箱4连接；

渗水系统，设置于混凝土结构10内部，用于水的微渗，渗水系统包括梁的渗水系统、柱的渗水系统以及板的渗水系统，各个渗水系统均包括设置在混凝土结构内壁的导管以及附着在导管外的一层单面透水膜8，如图2所示，导管包括主导管71以及与主导管71连接的次导管72，主导管71以及次导管72的外部都设有若干个透水小孔73，透水小孔73为导管中的水向外部传递提供了通道，单面透水膜8使得水只从导管内往外部混凝土结构渗透、而混凝土结构的水不往导管内渗透；主导管71、次导管72都为圆柱形坚硬的耐久性强的材料，并且主导管71、次导管72的布置不接触到混凝土结构内钢筋；

连接导管9，用于抽水系统与渗水系统之间的连接。

防止混凝土开裂装置的外部水循环结构主要包括两个部分，分别为水箱4和连接导管9，为了防止高原地区夜里各个季节由于温度的下降导致水的冻结，水箱4也可以安装抽水机6，根据实际温度情况来决定是否对混凝土进行抽装水，还可以视外部环境的具体情况，用于水箱4内部的水不足时的抽水使用。水箱4的上部是太阳能电池板5，由于高原地区阳光充足，太阳能资源丰富，可以用太阳能对水箱中的水进行加热，水箱4需要固定于相对混凝土结构的高处，这样才能保持一个较高的水头，保证混凝土结构中的水压足够，热水能不断的从中部向混凝土结构外部渗流，保持混凝土结构外表面的湿润。连接导管9连接上部的水箱4和下部的混凝土结构，连接导管9上方连接水箱4下部的下水管、下方伸入混凝土结构内并与混凝土结构内部的渗水系统连接，连接导管9外部设置耐热型的橡胶管，橡胶管需要有一定的耐久性，在面对较为严酷的自然环境下可以在橡胶管上涂上保护膜，或者将橡胶管砌于墙内，避免直接暴露于外部坏境之中，延长橡胶管的寿命。连接导管由硬质材料制成，并且通过橡胶管加厚，一方面是为了塑性，使两头的导管在连接处固定，另一方面增加连接部分的防腐蚀性，因为连接边界部分的腐蚀性较大。

图3、图4分别为本发明防止混凝土开裂的装置的梁1的横截面和纵截面的布置示意图，梁的横截面矩形分为四个相同的小的矩形，梁的渗水系统的主导管71为4条，沿梁的长度方向布置并分别布置在每个矩形的正中心，每个主导管71的圆截面周围布置有若干与主导管71垂直的次导管72，次导管72在主导管71的长度方向等距离分布、在主导管71的横截面方向等角度分布，次导管72的内径尺寸相对于主导管71来说较小，次导管72与主导管71的连接部分为圆形，往混凝土10延伸的方向，次导管72的圆截面积逐渐减小。

图5、图6分别为本发明防止混凝土开裂的装置的板2的横截面和纵截面的布置示意图，板2的截面积宽度方向等分为两份或者多份，具体的份数根据板的宽度来定，将板2的整个投影面积分为两个或者多个相同的小的矩形，板的渗水系统的主导管71的份数根据板2等分的矩形个数来定，主导管71沿板的长度方向布置，且主导管71分别布置在每个小矩形的正中心，在主导管71的周围分别对称布置若干与主导管71垂直的次导管72，次导管72沿主导管71的长度方向等距离间隔分布，次导管72的尺寸相对于主导管71来说较小，次导管72与主导管71的连接部分为圆形，往混凝土10延伸的方向，次导管72的圆截面积逐渐减小，主导管71与次导管72的中线在同一平面上。

图7、图8分别为本发明防止混凝土开裂的装置的柱3的横截面和纵截面的布置示意图，柱3的横截面矩形分为四个相同的小的矩形，柱的渗水系统的主导管71为4条，沿柱3的高度方向布置并分别布置在每个矩形的正中心，每个主导管71的截面周围布置有若干与主导管71垂直的次导管72，次导管72在主导管71的长度方向等距离分布、在主导管71的横截面方向等角度分布，次导管72的内径尺寸相对于主导管71来说较小，次导管72与主导管71的连接部分为圆形，往混凝土10延伸的方向，次导管72的圆截面积逐渐减小。

图9为本发明防止梁1、板2开裂的装置的外部抽水系统与内部渗水系统连接示意图，水箱4的下部是比较坚硬的下水管41，位于梁1、板2的混凝土中的主导管71的外直径与抽水系统的下水管41的外直径大小相同，然后它们之间用一个坚硬的连接导管9连接起来，连接导管9的内径与所连接主导管71及下水管41的外径相同，连接导管9材料需要很坚硬，并且连接导管9外部设置耐热型的橡胶管加厚，一方面是为了塑性，使两侧的导管在连接处固定，另一方面是要增加连接部分的防腐蚀性，因为连接边界部分的腐蚀性较大，橡胶管上涂上保护膜或砌于墙内。

图10为本发明防止柱3开裂的装置的外部抽水系统与内部渗水系统连接示意图，与梁1、板2的主导管71不同，梁1、板2的主导管71没有转角，而柱3内的主导管71有转角，柱内导管与柱外导管连接是从柱3的侧面连接，位于柱3的混凝土中的主导管71的外直径与抽水系统的下水管41的外直径大小相同，然后它们之间用一个坚硬的连接导管9连接起来，连接导管9的内径与所连接主导管71及下水管41的外径相同，连接导管9材料需要很坚硬，并且连接导管9外部同样设置耐热型的橡胶管加厚。

图11为本发明防止混凝土开裂的装置的整体布置示意图，装置整体布置大致为：位于房屋上部的抽水机6、水箱4之间用耐久性较强的导管连接，组成一个抽水系统，混凝土结构的内部则为渗水系统，渗水系统与抽水系统之间用连接导管9连接，具体为位于梁、板、柱的混凝土中的主导管71与抽水系统的下水管41之间用连接导管9连接起来。对于梁、板、柱来说，无论是主导管71还是次导管72，它们的表面都有一些透水小孔73，给导管内部的水向混凝土方向传递提供了通道。主导管71、次导管72的外层附加一种单面透水膜8(半透水膜)，单面透水膜8一方面防止了外部的混凝土10通过透水小孔73进入主、次导管内部对导管进行堵塞，另一方面有利于水的向外渗透，利于混凝土内部的水循环。主导管71、次导管72都为圆柱形坚硬的耐久性强的材料，并且主导管71、次导管72的布置不接触到混凝土结构内钢筋。

本发明并不仅仅限于说明书和实施方式中所列运用，对于本领域的技术人员来说，根据本发明作出各种相应的更改和变型，相应的更改和变型都属于本发明权利要求的保护范围。