防止干混砂浆开裂的技术措施分析 1防止干混砂浆开裂技术措施的理论分析 干混砂浆在使用过程中是否出现开裂取决于砂浆自身的抵抗外应力的能力与由于砂浆与基层材料变形不一致性所产生的应力之间的平衡。因此，防止商品砂浆开裂也必须从这两个方面综合考虑。 (1)砂浆的抵抗能力 砂浆对外应力的抵抗能力表现为抗拉强度。也就是说，硬化砂浆的抗拉强度越高，它的抵抗能力越强。但是，随着硬化砂浆抗拉强度的提高，弹性模量也增大，因而由变形不一致性而在硬化砂浆中产生的应力也将增大。如果由此而引起的应力增长幅度大于硬化砂浆抗拉强度提高的幅度，硬化砂浆则更容易开裂。因此，提高抗拉强度不一定能够提高商品砂浆的抵抗外应力能力。事实上，对于普通砂浆，无论强度多高，开裂总是不可避免的。 这一判据表明，只有硬化砂浆的极限弹性变形大于硬化砂浆与基层材料体积变形的差，砂浆才不会开裂。由此可见，提高干混砂浆抵抗外应力能力的关键不在于提高其抗拉强度，而在于提高硬化砂浆的极限弹性变形。也就是说，应尽可能地减小硬化砂浆的脆性，提高硬化砂浆的弹性。 (2)硬化砂浆的变形性能 防止硬化砂浆开裂的另一个方面是减小硬化砂浆与基层材料体积变形的差。基层材料的体积变形是由材料性能决定的，通常是不可改变的，所能改变仅仅是硬化砂浆的体积变形性能。因此，尽可能地减小硬化砂浆的体积变形是防止硬化砂浆开裂的一个重要的技术途径。 上述提到了硬化砂浆的三种体积变形形式。从上述分析可以看到，在这三种体积变形形式中，硬化砂浆与基层之间差异最大的是干缩变形。而且干混砂浆的使用特点决定了砂浆很容易产生干缩变形，其原因是：a.干混砂浆的使用形式通常是薄层形式，与周围环境有非常大的接触面积，使得砂浆中的水分很容易失去；b.在实际工程中，干混砂浆的使用部位通常不易养护。因此，应该特别注意干混砂浆的干缩变形性能。 砂浆的干缩变形归因于砂浆中水分的失去。在使用环境中，砂浆的失水一般有三个途径： a.胶凝材料水化反应的消耗。砂浆中的胶凝材料将与水反应而形成水化产物，这一反应将消耗一部分水。由于由此而产生的体积变化与水化产物有关，通常将它称为自生体积变形，而不作为干燥收缩。 b.蒸发。许多砂浆在使用状态下直接与大气接触，当环境的湿度较小时，砂浆中的水分可以向环境中蒸发而失去。这一部分水分的失去将产生体积收缩，这种收缩称为干燥收缩。 c.基层材料吸水。砂浆在使用时通常是附在基层材料的表面上的，大部分基层材料都具有一定的吸水能力，而且在商品砂浆使用时这些基层材料一般处于干燥状态，有从砂浆中吸取水分的趋势。砂浆由此而失水所产生的收缩也是干燥收缩的一部分。 既然干缩变形是由砂浆的失水引起的，砂浆的失水过程就会对砂浆的开裂产生显著的影响。这里需要特别指出的是影响硬化砂浆开裂的不仅仅是失水的数量，还有失水的时间和失水的速度。 失水的数量直接影响到砂浆干缩变形的大小。显然，硬化砂浆失水越多，干缩变形越大。 失水的时间影响到砂浆体积变形所产生的应力与砂浆自身抵抗能力之间的平衡。在使用环境下，砂浆的失水是砂浆中自由水分的失去，砂浆中自由水分的数量与胶凝材料的水化过程有关，随着胶凝材料的水化，砂浆中的自由水向水化产物中转移，使得自由水分减少。同时，硬化砂浆的强度和极限弹性变形也随着胶凝材料的水化而增强。由此可见，随着时间的推移，砂浆的干缩变形减小，表明导致开裂的动力减弱；硬化砂浆的强度和极限延伸率提高，表明砂浆的抵抗能力增强。平衡向不利于开裂的方向发展。因此，在较晚的龄期失水，砂浆不容易开裂。反之则容易开裂。 失水的速度影响到砂浆中应力的松弛。在应力作用下，砂浆将发生徐变变形，徐变变形将使得砂浆中的应力松弛。但是，徐变变形是一种依时性变形，需要时间。如果砂浆中的水分慢慢地失去，体积变形所产生的应力慢慢地施加，在施加应力的同时发生徐变变形，使得应力部分地得以松弛。当砂浆完全干燥时，尽管砂浆的干缩变形并不小，但砂浆中的应力不大，因而不容易开裂。如果砂浆的失水速度很快，砂浆中的应力来不及松弛，即便砂浆干缩变形不十分大，也有可能开裂。在正常情况下，温度变化是缓慢的，因而温度应力是慢慢施加的，容易得到松弛，因此，不是引起砂浆开裂的主要原因。 由上述分析可以看出，防止砂浆的开裂就是要提高砂浆的弹性变形能力，减少失水，推迟失水和减小失水速度。在这些方面，普通砂浆是不可能做到的。 2粘结剂和保水剂对提高砂浆抗裂能力的作用 从组成上说，现代干混砂浆与普通砂浆的区别在于大量化学添加剂的使用，其中最重要的是粘结剂和保水剂。这些组分在提高水平砂浆抗裂能力方面发挥了巨大的作用。这种作用表现在以下几个方面： (1)减小商品砂浆的脆性，提高商品砂浆的弹性。细分散有机聚合物在水中溶解后形成的乳胶液将砂浆中各种颗粒粘结在一起，使硬化砂浆成为一个完整的整体。同时，这些乳胶液在颗粒周围形成了一层膜，这层膜具有较强的弹性，可以吸收较大的能量。它一方面可以缓和砂浆各组分由于性能不一致性所导致的内应力，减少了形成微裂纹的可能性；另一方面也可以吸收外力的作用能，缓解外力对硬化砂浆的破坏作用。这就大大改变了硬化水泥石脆性较大的弱点，使得硬化砂浆具有较好的韧性。研究结果表明，掺入细分散有机聚合物对砂浆的抗压强度影响不大，但可以显著地提高砂浆的抗拉强度和延伸率，降低弹性模量，这对防止砂浆开裂是极为重要的。由于这两个作用，使得硬化砂浆的变形能力增强。 (2)减慢砂浆的失水速度。砂浆的失水包括两个过程：一是砂浆内部的水向表面扩散；二是砂浆表面的水蒸发或者向基层材料中扩散。只有砂浆内部的水源源不断地向表面扩散，才有可能在表面蒸发或向基层材料中扩散。也只有砂浆表面的水大量地蒸发或向基层材料中扩散，才能在砂浆中形成较大的湿度梯度，推动砂浆内部的水向表面扩散。这两个过程是相互影响的。然而，一些保水剂具有吸附水分子的作用，甚至通过分子间作用力牵制着水分子向表面扩散，从而使砂浆失水速度减慢。对于环境条件比较恶劣的施工场合，这种保水作用不仅可以赢得应力松弛的时间，也为胶凝材料的水化反应截留了水，从而保证砂浆性能的正常发展，提高了砂浆的抵抗能力。 (3)减少砂浆的失水率。粘结剂在水中溶解后形成的乳胶液分散在砂浆中，乳胶液凝固后在砂浆中形成连续的有机膜，这种有机膜可以阻止水的迁移，从而减少砂浆的失水。 实际上，粘结剂也是一种保水剂，与通常所说的保水剂的区别在于通常的保水剂是通过吸附作用或分子间作用力来牵制水分子的运动，粘结剂是通过所形成的有机膜来阻止水的运动，而有机膜是在乳胶液凝固后才形成的。因此，在浆体阶段或砂浆硬化的初期，保水剂的保水作用占主要地位，而砂浆硬化后，粘结剂的保水作用逐步表现出来，甚至比保水剂的保水作用更强。这种保水作用以目前测定砂浆保水率方法是测不出的。 3.纤维对提高砂浆抗裂能力的作用 由于环境等各种因素，可能在砂浆引发不均匀的应力，这些如集中在某些部位，则可能使砂浆开裂。同时，由于在施工过程中，一些因素导致砂浆的局部损伤，留下薄弱部位，这些部位抵抗外力作用的能力较弱，也极容易产生裂缝。在砂浆中掺入一些纤维材料，这些纤维材料可以传递应力，使砂浆中的局部应力过载得到缓和，从而防止裂缝的产生。当砂浆中产生一些微裂缝时，这些纤维材料也可以承担一定的应力，有效地防止裂缝的扩展。因此，纤维材料在硬化砂浆中可以起到阻裂，提高砂浆的抗裂能力。
根据上述分析，可以得出如下一些结论： 1.干混砂浆在使用过程中是否开裂取决于砂浆与基层变形的不一致性与砂浆的抵抗能力两个方面。砂浆的对外应力的抵抗能力表现为砂浆的极限变形能力，而不是抗拉强度。砂浆与基层变形的不一致性表现在自生体积变形的不一致性、干缩变形的不一致性和温度变形的不一致性，其中干缩变形的不一致性尤为突出。 2.砂浆的干缩变形是由失水引起的。防止砂浆的开裂不仅要考虑失水的数量，还应考虑失水的时间和失水速度。 3.有机聚合物可提高砂浆的弹性，减少失水的数量，减慢失水的速度。因此，在干混砂浆中掺用粘结剂和保水剂有利于防止砂浆的开裂。 在硬化砂浆中，纤维材料可以起到阻裂作用，从而提高砂浆的抗裂能力。 |
