何建青
(四川立宇建筑工程有限公司, 四川南充 637099)
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混凝土結(jié)構(gòu)工程裂縫處理方法淺析
何建青
(四川立宇建筑工程有限公司, 四川南充 637099)
文章主要對(duì)混凝土結(jié)構(gòu)工程裂縫處理從掩飾裂縫、修補(bǔ)裂縫、封閉裂縫以及加固處理這四方面進(jìn)行闡述。
裂縫; 防治; 處理
1.1 對(duì)裂縫的認(rèn)識(shí)
對(duì)混凝土的裂縫有正確的認(rèn)識(shí),是處理裂縫問題的首要準(zhǔn)則。盡管可以采取一系列措施來(lái)控制混凝土結(jié)構(gòu)中的裂縫,但混凝土結(jié)構(gòu)裂縫的出現(xiàn)仍難以避免。通常工程中的裂縫不過(guò)是其固有內(nèi)在裂縫在一定條件下延伸、發(fā)展到構(gòu)件表面,形成肉眼可見的裂縫而已。混凝土結(jié)構(gòu)在一定條件下是允許帶裂縫工作的,因此對(duì)絕大多數(shù)混凝土構(gòu)件而言,產(chǎn)生裂縫是正常的。但是,寬度超過(guò)一定限度的可見裂縫畢竟是混凝土結(jié)構(gòu)的一種缺陷,可能會(huì)造成以下方面的負(fù)面影響。
(1)影響美觀,觀感質(zhì)量不佳;
(2)有些貫穿裂縫引起液體、氣體滲漏,因此直接影響了結(jié)構(gòu)的使用功能;
(3)有些較寬的裂縫會(huì)引起用戶的不安全感,造成心理壓力;
(4)嚴(yán)重的受力裂縫預(yù)示著結(jié)構(gòu)抗力衰竭,會(huì)引起結(jié)構(gòu)安全問題;
(5)裂縫引起的鋼筋銹蝕和混凝土性能劣化,會(huì)減短結(jié)構(gòu)的使用壽命。
因此,對(duì)混凝土結(jié)構(gòu)中的裂縫仍應(yīng)采取針對(duì)性的措施加以處理。工程實(shí)踐表明,防止裂縫(堵)出現(xiàn)是十分困難的。比較現(xiàn)實(shí)的做法是:一方面盡量避免可見裂縫的發(fā)生;另一方面則承認(rèn)裂縫難以避免,并妥善處理已經(jīng)產(chǎn)生的裂縫(補(bǔ)),將其影響降低到可以接受的最低限度。
1.2 裂縫判斷的重要性
裂縫的處理必須建立在對(duì)裂縫作正確判斷的基礎(chǔ)之上“對(duì)癥下藥”。不同原因引起不同性質(zhì)裂縫,對(duì)結(jié)構(gòu)安全以及使用功能的影響差別很大。因此,正確判斷裂縫就變得非?,F(xiàn)實(shí)而且重要,這是解決裂縫問題的關(guān)鍵。裂縫出現(xiàn)后,應(yīng)根據(jù)對(duì)開裂混凝土結(jié)構(gòu)的檢測(cè),調(diào)查結(jié)果進(jìn)行綜合分析,推斷裂縫產(chǎn)生的原因、性質(zhì)、發(fā)展趨勢(shì)以及對(duì)結(jié)構(gòu)性能和使用功能的影響,并以此為依據(jù),選擇合理的方法進(jìn)行處理。
實(shí)際結(jié)構(gòu)工程中的可見裂縫,絕大多數(shù)是由于溫度、收縮、強(qiáng)迫位移等非荷載因素引起的間接裂縫。對(duì)于這類裂縫,基本上可以不擔(dān)心安全問題。但對(duì)某些影響使用功能的間接裂縫,則必須封閉消除。而對(duì)于標(biāo)志結(jié)構(gòu)抗力衰竭,預(yù)示結(jié)構(gòu)即將破壞(尤其是脆性破壞或倒塌、解體等)的個(gè)別受力裂縫,則應(yīng)及時(shí)采取措施,停止使用并進(jìn)行加固處理或拆除。
前述有關(guān)的分析表明,不同原因引起的不同性質(zhì)的裂縫,其影響、后果及處理方式有著巨大的差異。而采取哪種處理方法完全取決于對(duì)裂縫性質(zhì)的判斷。因此,裂縫判斷的重要性是不言而喻的。
應(yīng)根據(jù)裂縫的特征、產(chǎn)生的原因,發(fā)展趨勢(shì)、對(duì)結(jié)構(gòu)性能的影響程度,采用不同的方法對(duì)其進(jìn)行處理,以達(dá)到事半功倍的目的?;炷两Y(jié)構(gòu)中的可見裂縫的處理方法大體可以分為以下幾類:(1)掩飾裂縫;(2)修補(bǔ)裂縫;(3)封閉裂縫;(4)結(jié)構(gòu)加固。
2.1 掩飾裂縫
2.1.1 適用范圍
“掩飾裂縫”適用于對(duì)輕微裂縫的處理。輕微裂縫也可以稱為無(wú)害裂縫,一般寬度較小,深度也有限,通常用肉眼勉強(qiáng)可以辯認(rèn)。其除了對(duì)觀瞻可能造成影響以外,對(duì)于結(jié)構(gòu)使用功能、承載安全和耐久性基本上不造成影響。因此,只要裂縫已經(jīng)穩(wěn)定,無(wú)須采用特別的處理手段,簡(jiǎn)單地進(jìn)行表面處理,加以掩飾就可以了。
2.1.2 處理方法
(1)結(jié)構(gòu)表面涂刷。
一般施工方法為:先用鋼絲刷將混凝土表面打毛,清除表面附著物;然后用水沖洗干凈后充分干燥;最后用涂刷材料充填混凝土表面的裂縫。施工的關(guān)鍵在于界面結(jié)合的牢固程度。這種方法的優(yōu)點(diǎn)是比較簡(jiǎn)便;缺點(diǎn)是修補(bǔ)施工無(wú)法深入到裂縫內(nèi)部,對(duì)延伸裂縫難以追蹤其變化。
(2)后澆混凝土掩蓋;
(3)表面抹灰裝修;
(4)清水表面處理;
(5)建筑手法處理。
上述處理方法1和方法4,只適用于已靜止、已經(jīng)穩(wěn)定的淺層裂縫,不適合處理處于發(fā)展期的裂縫、凹槽。
2.1.3 驗(yàn)收
掩飾裂縫的主要目的就是為了消除可見缺陷,改進(jìn)觀瞻上的效果。因此,處理施工完成以后,按相應(yīng)施工質(zhì)量驗(yàn)收規(guī)范對(duì)于外現(xiàn)質(zhì)量的要求,進(jìn)行檢查、驗(yàn)收就可以了。
2.2 修補(bǔ)裂縫
2.2.1 適用范圍
修補(bǔ)裂縫的處理方法適用不影響安全和使用功能的較寬裂縫。實(shí)際工程中,基本不影響安全和使用功能的一般裂縫是很難避免的。即使在施工階段經(jīng)嚴(yán)格控制而未出現(xiàn)裂縫,在服役初期結(jié)構(gòu)也難免因收縮、溫度變化或基礎(chǔ)沉降而開裂。實(shí)際結(jié)構(gòu)中,絕大多數(shù)的可見裂縫均屬此類。對(duì)這類裂縫,僅作修補(bǔ)即可。
2.2.2 處理方法
(1)鑿槽嵌補(bǔ)。
鑿槽嵌補(bǔ)法是在開裂混凝土結(jié)構(gòu)的表面上沿裂縫剔鑿凹槽,其后嵌填修補(bǔ)材料,以消除結(jié)構(gòu)表面的可見裂縫。凹槽可為V形,寬度和深度可為40~60 mm左右。凹槽鑿成后,可用壓縮空氣清掃槽內(nèi)殘碴并用高壓水沖洗干凈。接著用環(huán)氧樹脂、環(huán)氧膠泥、抹平。有時(shí)表面還要刷水泥凈漿或其他涂料,或者進(jìn)行表面處理,壓實(shí)抹平,使外形平整、光滑、美觀。在某些場(chǎng)合,為了功能的需要,還將加做防水油膏或加做防銹涂料層等。水泥砂漿由于會(huì)收縮,所以使用時(shí)一般加入適量的膨脹劑。當(dāng)鋼筋已經(jīng)銹蝕時(shí),應(yīng)先將鋼筋除銹并做防銹處理后,再嵌補(bǔ)修補(bǔ)材料。鑿槽嵌補(bǔ)的方法只是一種消除結(jié)構(gòu)表面可見裂縫的方法,其并不能填補(bǔ)混凝土內(nèi)部的裂縫,故結(jié)構(gòu)中仍可能殘存裂縫。但這些內(nèi)部裂縫對(duì)于結(jié)構(gòu)安全和使用功能并不構(gòu)成影響。當(dāng)然,這種方法會(huì)對(duì)原混凝土結(jié)構(gòu)造成一定程度的損害,施工量也較大。
(2)扒釘控制裂縫。
對(duì)尚處于發(fā)展期的寬大而且不穩(wěn)定的裂縫,有時(shí)為了避免裂縫的繼續(xù)延伸和發(fā)展加寬,可以跨裂縫采用扒釘加以控制。此時(shí)除鑿槽嵌補(bǔ)以外,還要沿裂縫以一定間距和跨度預(yù)先鉆孔,固定扒釘。
這種方法可以增強(qiáng)裂縫區(qū)域的抗力,但可能會(huì)使混凝土在其他地方(比如附近區(qū)域)產(chǎn)生裂縫,因此,應(yīng)考慮對(duì)其相鄰區(qū)域的混凝土進(jìn)行監(jiān)測(cè)或處理。
(3)自行愈合。
在潮濕及無(wú)拉應(yīng)力的情況下,一種稱之為“自愈合”的自然修復(fù)方法可能比較有效。其常應(yīng)用于閉合潮濕環(huán)境中的非活動(dòng)裂縫,例如屋蓋、地下室墻混凝土中的靜止裂縫。
這種愈合作用通過(guò)水泥的連續(xù)水化以及存在于空氣和水中的CO2對(duì)水泥漿體中的Ca(OH)2碳化而產(chǎn)生碳酸鈣CaCO3晶體,其在裂縫中沉淀、聚集和生長(zhǎng),從內(nèi)部密封裂縫。此外,晶體之間相互連接,產(chǎn)生了一種機(jī)構(gòu)粘結(jié)力,在相鄰晶體之間及晶體與水泥漿體及骨料表面形成化學(xué)粘結(jié)力,對(duì)修補(bǔ)裂縫產(chǎn)生有利作用。
在愈合過(guò)程中,裂縫和鄰近混凝土的飽水度是獲得足夠強(qiáng)度的必要條件??梢詫㈤_裂截面當(dāng)沒在水中或者將水蓄在混凝土的表面,使裂縫中充滿水。在整個(gè)愈合過(guò)程中,必須保證裂縫的濕潤(rùn)狀態(tài),否則出現(xiàn)干濕循環(huán)現(xiàn)象會(huì)使愈合強(qiáng)度急劇下降。愈合過(guò)程應(yīng)當(dāng)在裂縫出現(xiàn)后就立即付諸實(shí)施,推遲愈合,會(huì)使強(qiáng)度恢復(fù)程度降低。
(4)仿生自愈合法。
目前正在研究一種新的裂縫處理方法,即“仿生自愈合法”。它模仿生物組織對(duì)受創(chuàng)部位自動(dòng)分泌某種物質(zhì),而使創(chuàng)傷部位得到愈合的機(jī)能。在混凝土的傳統(tǒng)組分中加入某些特殊組分(如含膠粘劑液芯纖維的膠囊),在混凝土分泌出的部分液芯纖維,就可使裂縫重新愈合。
2.2.3 驗(yàn)收
在施工過(guò)程中發(fā)現(xiàn)的一般缺陷裂縫,及時(shí)進(jìn)行處理后,按施工質(zhì)量驗(yàn)收規(guī)范的要求檢查驗(yàn)收就可以了。對(duì)交付使用以后在服役期出現(xiàn)的一般裂縫,同樣在修補(bǔ)處理的施工完成以后,按施工質(zhì)量驗(yàn)收規(guī)范的要求進(jìn)行檢查和驗(yàn)收。
2.3 封閉裂縫
2.3.1 適用范圍
對(duì)于已構(gòu)成嚴(yán)重缺陷的裂縫,例如,滲水、漏雨而影響使用功能的裂縫;或?qū)挾群艽蟪^(guò)限值,表明抗力消耗較大但尚沒有構(gòu)成安全性問題的受力裂縫,則應(yīng)進(jìn)行封閉,對(duì)其進(jìn)行比較知徹底的處理。
2.3.2 處理方法
(1)壓力灌漿。
利用壓力將修補(bǔ)材料的漿液灌入裂縫內(nèi)部,從而消除裂縫。這是一種無(wú)損的方法,適用于寬度較大、而且較深的裂縫,尤其是貫通裂縫或混凝土破碎裂縫的修補(bǔ)。具有工藝簡(jiǎn)單、無(wú)須鉆孔、處理裂縫的針對(duì)性強(qiáng)等特點(diǎn)。這種修補(bǔ)方法可以消除結(jié)構(gòu)深層的裂縫,粘結(jié)彌合被裂縫分割破碎的混凝土,達(dá)到密實(shí)混凝土的目的。灌漿材料可為水泥漿或環(huán)氧樹脂、甲基丙烯酸脂、聚合物水泥等,一般應(yīng)具有黏度小、粘結(jié)性能好、收縮性小、抗?jié)B性好、抗拉強(qiáng)度高、無(wú)毒或低毒等特點(diǎn)。有時(shí),為了灌注工藝的要求,還須添加稀釋劑、增塑劑、固化劑等摻加劑以提高灌漿效果。同樣,為了功能性的目的,有時(shí)還須摻入各種外加劑。修補(bǔ)漿液的配制需要有一定的經(jīng)驗(yàn)和嚴(yán)格的操作工藝。壓漿泵的配置,壓力的選擇,壓漿咀的間距等工藝參數(shù),應(yīng)根據(jù)裂縫檢測(cè)結(jié)果經(jīng)估算確定。
(2)抽吸灌漿。
其利用抽吸真空造成的負(fù)壓,將修補(bǔ)材料的漿液吸入裂縫內(nèi)部,從而消除裂縫。工藝原理為封閉裂縫后,利用扣吸管的吸盤對(duì)裂縫內(nèi)抽氣造成負(fù)壓,將涂布在裂縫表面的漿液吸入裂縫內(nèi),從而達(dá)到封閉裂縫的目的。當(dāng)然,漿液的配制、吸管的規(guī)格、布置的間距等工藝參數(shù),也應(yīng)由裂縫檢測(cè)的結(jié)果經(jīng)估算確定。
常用的漿液包括環(huán)氧樹脂、丙烯酸脂以及其他專用的混凝土膠粘劑。封閉前需注意清除裂縫內(nèi)影響粘結(jié)的污染物。
(3)浸漬混凝土。
被裂縫分割破碎的混凝土,當(dāng)其范圍較廣且寬度和深度也很大的情況下,靠壓力或抽吸灌漿已很難解決問題。此時(shí),為了恢復(fù)混凝土的整體性,可以通過(guò)鉆孔后的高壓灌漿形成浸漬混凝土,以恢復(fù)混凝土的抗力。具體方法是在需處理的混凝土區(qū)域內(nèi)鉆孔,并高壓注入修補(bǔ)材料。使其沿裂縫和缺陷深入材料內(nèi)部,填補(bǔ)所有的縫隙,從而增強(qiáng)混凝土的密實(shí)性。浸漬混凝土的實(shí)質(zhì)已經(jīng)屬于改性的混凝土了,經(jīng)處理以后的混凝土力學(xué)性能實(shí)際上已有了很大的改善。
(4)鉆孔灌漿。
鉆孔灌漿法一般可分為騎縫鉆孔法和斜孔埋管法兩種。
①騎縫鉆孔法;②斜孔處理法。
(5)補(bǔ)充加強(qiáng)筋。
①普通鋼筋;②預(yù)應(yīng)力筋。
2.3.3 驗(yàn)收
灌漿、吸漿或浸漬混凝土施工需要有配套的專用設(shè)備,施工的工藝參數(shù)須通過(guò)檢測(cè)計(jì)算并結(jié)合工程經(jīng)驗(yàn)確定。普通鋼筋錨固需有專門的材料,預(yù)應(yīng)力鋼筋張拉應(yīng)有相應(yīng)的設(shè)備。因此通常應(yīng)請(qǐng)素質(zhì)較高,并具有實(shí)際經(jīng)驗(yàn)和專用裝備的專業(yè)隊(duì)伍進(jìn)行施工。封閉裂縫需有專門制訂的施工技術(shù)方案,比如上述處理方法1、3和4中關(guān)于漿液的配制、灌漿口的布置、壓力的選擇、灌入量的確定、灌漿的質(zhì)量等要求均應(yīng)明確規(guī)定。一般通過(guò)控制灌漿量并由漿液從裂縫溢出判斷灌漿的效果。
驗(yàn)收時(shí)需檢查施工操作記錄,并由觀察、判斷進(jìn)行驗(yàn)收。若采用補(bǔ)充加強(qiáng)筋的方法修復(fù)裂縫,驗(yàn)收時(shí)一定要檢查鋼筋的錨固措施是否可靠。
2.4 加固處理
2.4.1 適用范圍
在混凝土結(jié)構(gòu)中,由于鋼筋變形、屈服而引起的裂縫,具有一定的延性性質(zhì);而以混凝土破碎為特征的裂縫,則很容易迅速發(fā)展為酥裂、壓潰而具有突然破壞的危險(xiǎn)。尤其是混凝土受壓、受剪形式的破壞,從開裂到崩潰的發(fā)展過(guò)程很快,容易形成無(wú)預(yù)兆的脆性破壞,甚至引起構(gòu)件斷裂、壓潰乃至結(jié)構(gòu)解體、倒塌。若經(jīng)檢測(cè)和復(fù)核發(fā)現(xiàn)結(jié)構(gòu)抗力不足,且有作為破壞預(yù)兆標(biāo)志而有安全隱患的裂縫,則應(yīng)對(duì)相關(guān)的構(gòu)件進(jìn)行加固處理。此時(shí)裂縫問題已退居次要地位,結(jié)構(gòu)安全已成為問題的關(guān)鍵。
2.4.2 處理方法
(1)增大截面法。
增大截面法系采用與原結(jié)構(gòu)相同的材料增大混凝土結(jié)構(gòu)件的截面面積,同時(shí)增配鋼筋,從而提高其承載力、剛度或改變其自然頻率的和直接加固方法。這種方法可廣泛用于混凝土結(jié)構(gòu)梁、板、柱、墻體等構(gòu)件的加固。增大截面法優(yōu)點(diǎn)是工藝簡(jiǎn)單、適用范圍廣;缺點(diǎn)是施工期間建筑結(jié)構(gòu)不能正常使用且周期較長(zhǎng),此外由于增大構(gòu)件截面,在增加構(gòu)件自重的同時(shí)減少了使用空間。
(2)外包鋼材法。
外包鋼筋法系對(duì)鋼筋混凝土梁、柱外包型鋼、扁鋼焊成的構(gòu)架,并灌注結(jié)構(gòu)膠點(diǎn)接,以達(dá)到構(gòu)件整體受力,共同約束原構(gòu)件的加固方法。這種方法適用于使用上不允許增大混凝土截面尺寸,而又需要大幅度地提高承載力和抗震能力的混凝土梁、柱。加固結(jié)構(gòu)的環(huán)境溫度不應(yīng)高于60 ℃;當(dāng)環(huán)境具有腐蝕性介質(zhì)時(shí),還應(yīng)有可靠的防護(hù)措施。外包鋼材法在基本不增大構(gòu)件截面尺寸的情況下增加構(gòu)件的延性和剛度,提高了承載力,特別適用于大跨度的受彎或受壓結(jié)構(gòu)件,但加固費(fèi)用較高。
(3)錨貼鋼板法。
錨貼鋼板法系采用結(jié)構(gòu)膠粘劑及錨栓將鋼板粘貼于混凝土受彎、大偏心受壓或受拉構(gòu)件的表面,使鋼板參與受力,形成整體性的復(fù)合截面,以提高構(gòu)件承載力的一種加固方法。這確保長(zhǎng)期使用安全,加固后構(gòu)件的環(huán)境溫度不應(yīng)高于60℃。當(dāng)環(huán)境具有腐蝕性介質(zhì)時(shí),還應(yīng)有可靠的防護(hù)措施。有防火要求時(shí),應(yīng)按構(gòu)件耐火等級(jí)要求進(jìn)行防護(hù)處理。
(4)粘貼纖維法。
粘貼纖維法是用膠粘劑將纖維布或纖維板等復(fù)合材料粘貼到構(gòu)件需要加強(qiáng)的部位,常用于承受靜力作用下的受彎或受拉構(gòu)件。加固時(shí)可選用玻璃纖維(GFRP)、周期短、對(duì)環(huán)境影響小、加固后不影響結(jié)構(gòu)外觀。
粘貼碳纖維復(fù)合材料的施工工藝如下:①混凝土表面處理。②放線與下料。③粘貼纖維片材。④養(yǎng)護(hù)后驗(yàn)收。
(5)外加預(yù)應(yīng)力法。
外加預(yù)應(yīng)力法系采用在構(gòu)件體外加預(yù)應(yīng)力的鋼拉桿(分水平拉桿、下?lián)问嚼瓧U和組合式拉桿三種)或撐桿,對(duì)結(jié)構(gòu)進(jìn)行加固的方法。這種方法適用于要求提高承載力、剛度和抗裂性及加固后占用空間粘的混凝土承重結(jié)構(gòu)。加固后可以減少構(gòu)件的撓度、縮小裂縫寬度甚至可以使裂縫完全閉合。但此法不宜用于處在溫度高于60 ℃環(huán)境下的混凝土結(jié)構(gòu),否則應(yīng)進(jìn)行防護(hù)處理;也不適用于收縮徐變大的混凝土結(jié)構(gòu)。
(6)混凝土置換法。
混凝土置換法是處理嚴(yán)重?fù)p壞混凝土的一種有效方法。這種方法是先將損壞的混凝土剔除,然后再置換入新的混凝土或其他材料。常用的置換材料有:普通混凝土或水泥砂漿、聚合物或改性聚合物混凝土或砂漿。施工中,可采用噴射混凝土的方法以確保新老混凝土界面粘結(jié)良好。
(7)改變傳力途徑法。
改變傳力途徑法是對(duì)結(jié)構(gòu)的計(jì)算圖加以改選,增加新的傳力途徑,從而達(dá)到加固結(jié)構(gòu)體系的目的。主要方法有以下幾種:
①增設(shè)構(gòu)件加固法;②增設(shè)支點(diǎn)加固法;③增加結(jié)構(gòu)整體性加固法;④改變結(jié)構(gòu)剛度比加固法;⑤卸載加固法。
(8)基礎(chǔ)加固。
在加固上部結(jié)構(gòu)的同時(shí),如果基礎(chǔ)本身承載力不足,地基承載力或變形無(wú)法滿足安全和正常使用的要求,則應(yīng)優(yōu)先采用增大截面法、改變持力層和改變基礎(chǔ)類型的方法對(duì)基礎(chǔ)進(jìn)行加固。一般增大截面法適用于柱下獨(dú)立基礎(chǔ)、條形基礎(chǔ)的加固,通過(guò)擴(kuò)大基礎(chǔ)底板面積,可降低地基附加壓力達(dá)到滿足地基承載力和變形的要求。如果建筑原持力層土質(zhì)太差,可通過(guò)豎向構(gòu)件將上部荷載傳遞到下部較好土層。當(dāng)局部增大截面不能滿足要求時(shí),可將原獨(dú)立或條形基礎(chǔ)改造成筏形基礎(chǔ)或箱形基礎(chǔ),以提高基礎(chǔ)的承載能力和抵抗不均勻沉降的能力。如果建筑在使用過(guò)程中由于地基不均勻沉降而出現(xiàn)傾斜開裂等危險(xiǎn)跡象,應(yīng)待上部結(jié)構(gòu)加固完成后再進(jìn)行紀(jì)偏或加固作業(yè)。結(jié)構(gòu)加固比較復(fù)雜,已不單是裂縫處理問題而屬于另外的范疇了。
結(jié)構(gòu)加固意味著對(duì)原有設(shè)計(jì)的修改變動(dòng)。根據(jù)《混凝土結(jié)構(gòu)工程施工質(zhì)量驗(yàn)收規(guī)范》的要求,應(yīng)按加固設(shè)計(jì)方案中所提出的質(zhì)量要求,按非正常驗(yàn)收?qǐng)?zhí)行。
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[定稿日期]2016-07-13