纖維水泥砂漿的阻裂機理

1、概述我國古代建筑領域的偉大成就之一就是在自建的農用住房和糧倉等的土磚、土墻內和內外墻面粉刷的土泥漿內摻入植物纖維或毛發纖維之類。成為植物纖維的復合土漿或土體，在運用的一定時間中，使用的全過程防止了溫差變化和雨水的侵蝕，達到阻止裂縫大量發生，延長了泥土建筑物的使用壽命。

這種建筑實踐概念確實古老而新穎，可古為今用。當今建筑抹面水泥砂漿在重力和溫差變化的作用下，表面或內部發生了微觀甚至宏觀裂縫，由于微觀裂縫的寬度和深度擴展的結果，進而導致了墻體滲水和剝落，不能說這不是一種通病。

水泥砂漿是由固相中粗砂粒，液相水泥砂漿體，甚至氣相的不貫穿的微氣孔組成，在凝固和運用的過程中，隨著溫差、濕度、荷載的變化，產生體積變形的增大或縮小。如果在水泥砂漿中分散的摻入某種纖維，這些分散的纖維在混凝土中卻可以強有力的約制變形裂縫的產生，這就是人們常稱的某種纖維水泥砂漿。

現代工業與民用、高層、水工等建筑物，及貼磚或不貼磚的外墻面，絕大多數是用水泥砂漿直接或分格粉刷在墻面上的，即便是混凝土框架其間填充粉煤灰磚的砌體墻面也是這樣，粉煤灰磚墻面與混凝土間，在兩種收縮率不同的材料交界面，用鐵絲網釘上，再用水泥砂漿粉刷。以上的抹面方式仍然避免不了裂縫的發生和擴展，最后引起結構墻體滲漏和粉刷層脫落，導致內層混凝土的碳化及后期結構物的整體強度相應降低，危害建筑物的使用壽命，所以說裂縫是破壞建筑物的危險先兆。抹面水泥砂漿中的裂縫越來越令建筑工程師、監理工程師、技術工人和使用者頭痛。因此研究水泥砂漿的溫差裂縫變化與研究纖維水泥砂漿的阻裂機理是并列的。即是說摻纖維的水泥砂漿是減少或者消除微觀和宏觀裂縫的主要手段之一。本文對墻面抹面纖維水泥砂漿進行的研究和論述，是很有社會效益和技術價值的。

 

2、纖維水泥砂漿溫差裂縫特點纖維水泥砂漿微觀裂縫，受溫度變化作用，擴展成為貫穿型宏觀裂縫，導致滲水，其原因是水分子的直徑為0.3X1（T6mm可以穿過任何人肉眼可見的貫穿裂縫，滲水量大?。?Cmm裂縫長，滲水量m3/s）可由：其中：是裂縫長度，C是試驗系數，P是水的密度，g是重力速度，a是裂縫寬度，n是水的粘度，m是裂縫的條數。

該公式說明滲水量與裂縫的條數m2成反比，與裂縫的寬度成正比。如果在水泥砂漿中摻入分散的而且有一定量纖維率的某種纖維，例如：杜拉纖維就可以阻止這m條裂縫的發生或擴展。甚至將裂縫減少到零。那么纖維水泥砂漿刷在溫差變化大的外墻面上，向內墻體的滲水量就會大大減少，甚至完全消除其滲水。

水泥砂漿本身是一種脆性材料，極易脆斷，抗拉強度小，抗壓強度相對抗拉強度稍大，韌性很小很小，阻止溫差變形裂縫的能量非常微弱。

為了描述纖維水泥砂漿的抗裂能力，用纖維水泥砂漿的極限拉伸值與約束拉伸值之比K作為拉裂因子，表達式為其中：p―纖維水泥砂漿可能裂縫處的極限拉伸率，分一可能裂縫處溫差變形，一收縮變形，一其他影響變形，X―約束系數。

顯然，K值大于1，表示具有大的抗裂能力。

其中：一纖維水泥砂漿的抗拉強度。Pp式說明，只要摻入了某種規格的纖維，增加一定含量的纖維率，K值就會隨之增大，纖維水泥砂漿的抗裂能力也隨之提高，反之亦然。

受溫差變化影響的外墻體，粉刷的水泥砂漿，除荷載不均勻沉降引起荷載裂縫外，多是溫差變化產生的收縮和膨脹體積變形引起的裂縫，溫差越大越易裂開。溫度急冷急熱越易開裂。未分格的抹面水泥砂漿水刷石及水泥砂漿貼磚墻面更易裂開。對溫度產生的變形十分敏感，發生裂縫的機率很高。

某面積外墻混凝土面或外墻砌磚面作為纖維水泥砂漿的基面，纖維水泥砂漿在受溫差應力大于自身的拉伸應力時，便產生裂縫，假定裂縫發生在板塊面中間，交界面粗糙，應力發生最大值為cmax，粉刷砂漿表面應力較小為in，如建立近似公式：ax（y）應力沿墻的粉刷砂漿厚度的變化，假定是指數函數曲線變化則表達式為：越大，越大；奴（一從界面到自由面，由大到小見。上式說明Pp大就小。證明水泥砂漿中的纖維有力的阻止了溫差裂縫的發生。

如果外墻墻面或墻體墻面處理不濕水，抹面纖維水泥砂漿散失水份較快，產生體積收縮導致干縮裂縫（龜裂）和自重下滑導致塑性裂縫均較外墻面抹純水泥砂漿發生裂縫為少?？傊w維水泥砂漿抗拉強度大，有利于阻裂縫的發生或擴展。

 

3、纖維水泥砂漿溫差應力計算及裂縫控制溫度場基本方程：抹面水纖維泥砂漿面積塊ABCD某一點（x，yz）粉刷厚度為且很薄，在時間t的溫度是TUy△），則偏微分方程寄=a△T+a，=―比熱，⑴一單位時間內和單位體積內發生的熱量，a'-導熱系數，X―導溫系數，dt―時間。

流過A、B、C、D面積塊以n為法線的dF的熱量dq與溫度梯度2T/2h的關系，是dq=―x“，一個體積元4（在時間！1溫度應力，抹入外墻面的纖維水泥砂漿受到氣溫和自身水化熱的影響，均會發生膨脹和收縮的變形，在變形過程中存在著混凝土面或磚面的外約束和質點間，特別是纖維的內約束。面積A、BCD塊在太陽的輻射下溫度分布是不均勻的，大多屬部分約束，故稱為彈性約束，正是這種約束阻止表面的局部表面裂縫、內部裂縫和貫穿裂縫的發生。

―溫差，―約束應力，E―纖維水泥砂漿的彈性模量溫度裂縫的控制：為了防止室外雨水向室內滲透，對外墻面、抹面纖維水泥砂漿在使用過程中是不會出現裂縫或限制允許裂縫的出現。但實際工程中往往使用的是水泥砂漿卻在施工過程中或數年后出現了裂縫，嚴重的影響著住戶使用功能的完善，令住戶頭痛。水泥砂漿的裂縫問題是與溫差膨脹或收縮、線膨脹系數、彈性模量、厚度、分格塊面積的大小，基底界面（混凝土或磚）對水泥砂漿的約束程度、摻加劑的種類、極限拉伸率、施工工藝等因素是多元互為影響的關系。

當CTx達到纖維水泥砂漿的抗拉極限強度Rsf時，即=Rf，極限拉伸變形5p=e，則由此式知阻止抹面水泥砂漿裂縫發生的措施為：①改善水泥砂漿的組成成分，主要摻入一定量的纖維，如杜拉纖維，以提高值使②減少水泥砂漿界面糙率系數。Cx的變化至最小，使之能自由伸縮，使界面拉應力減小以阻止裂縫的產生；③設置分格縫，使周邊能自由伸縮。

 

4、結束語目前工業與民用建筑、高層建筑的外墻和墻面，特別是大面積粘貼有磁磚的外墻面，可以說99%用的是粉刷水泥砂漿，在施工中或幾年后發生裂縫滲水的可能性是不可避免的，因此有推廣纖維水泥砂漿粉刷外墻面的必要性，這樣會給社會極大地帶來經濟和技術效益的。