防止干混砂漿開裂的技術措施分析 1防止干混砂漿開裂技術措施的理論分析 干混砂漿在使用過程中是否出現開裂取決于砂漿自身的抵抗外應力的能力與由于砂漿與基層材料變形不一致性所產生的應力之間的平衡。因此，防止商品砂漿開裂也必須從這兩個方面綜合考慮。 (1)砂漿的抵抗能力 砂漿對外應力的抵抗能力表現為抗拉強度。也就是說，硬化砂漿的抗拉強度越高，它的抵抗能力越強。但是，隨著硬化砂漿抗拉強度的提高，彈性模量也增大，因而由變形不一致性而在硬化砂漿中產生的應力也將增大。如果由此而引起的應力增長幅度大于硬化砂漿抗拉強度提高的幅度，硬化砂漿則更容易開裂。因此，提高抗拉強度不一定能夠提高商品砂漿的抵抗外應力能力。事實上，對于普通砂漿，無論強度多高，開裂總是不可避免的。 這一判據表明，只有硬化砂漿的極限彈性變形大于硬化砂漿與基層材料體積變形的差，砂漿才不會開裂。由此可見，提高干混砂漿抵抗外應力能力的關鍵不在于提高其抗拉強度，而在于提高硬化砂漿的極限彈性變形。也就是說，應盡可能地減小硬化砂漿的脆性，提高硬化砂漿的彈性。 (2)硬化砂漿的變形性能 防止硬化砂漿開裂的另一個方面是減小硬化砂漿與基層材料體積變形的差?；鶎硬牧系捏w積變形是由材料性能決定的，通常是不可改變的，所能改變僅僅是硬化砂漿的體積變形性能。因此，盡可能地減小硬化砂漿的體積變形是防止硬化砂漿開裂的一個重要的技術途徑。 上述提到了硬化砂漿的三種體積變形形式。從上述分析可以看到，在這三種體積變形形式中，硬化砂漿與基層之間差異最大的是干縮變形。而且干混砂漿的使用特點決定了砂漿很容易產生干縮變形，其原因是：a.干混砂漿的使用形式通常是薄層形式，與周圍環境有非常大的接觸面積，使得砂漿中的水分很容易失去；b.在實際工程中，干混砂漿的使用部位通常不易養護。因此，應該特別注意干混砂漿的干縮變形性能。 砂漿的干縮變形歸因于砂漿中水分的失去。在使用環境中，砂漿的失水一般有三個途徑： a.膠凝材料水化反應的消耗。砂漿中的膠凝材料將與水反應而形成水化產物，這一反應將消耗一部分水。由于由此而產生的體積變化與水化產物有關，通常將它稱為自生體積變形，而不作為干燥收縮。 b.蒸發。許多砂漿在使用狀態下直接與大氣接觸，當環境的濕度較小時，砂漿中的水分可以向環境中蒸發而失去。這一部分水分的失去將產生體積收縮，這種收縮稱為干燥收縮。 c.基層材料吸水。砂漿在使用時通常是附在基層材料的表面上的，大部分基層材料都具有一定的吸水能力，而且在商品砂漿使用時這些基層材料一般處于干燥狀態，有從砂漿中吸取水分的趨勢。砂漿由此而失水所產生的收縮也是干燥收縮的一部分。 既然干縮變形是由砂漿的失水引起的，砂漿的失水過程就會對砂漿的開裂產生顯著的影響。這里需要特別指出的是影響硬化砂漿開裂的不僅僅是失水的數量，還有失水的時間和失水的速度。 失水的數量直接影響到砂漿干縮變形的大小。顯然，硬化砂漿失水越多，干縮變形越大。 失水的時間影響到砂漿體積變形所產生的應力與砂漿自身抵抗能力之間的平衡。在使用環境下，砂漿的失水是砂漿中自由水分的失去，砂漿中自由水分的數量與膠凝材料的水化過程有關，隨著膠凝材料的水化，砂漿中的自由水向水化產物中轉移，使得自由水分減少。同時，硬化砂漿的強度和極限彈性變形也隨著膠凝材料的水化而增強。由此可見，隨著時間的推移，砂漿的干縮變形減小，表明導致開裂的動力減弱；硬化砂漿的強度和極限延伸率提高，表明砂漿的抵抗能力增強。平衡向不利于開裂的方向發展。因此，在較晚的齡期失水，砂漿不容易開裂。反之則容易開裂。 失水的速度影響到砂漿中應力的松弛。在應力作用下，砂漿將發生徐變變形，徐變變形將使得砂漿中的應力松弛。但是，徐變變形是一種依時性變形，需要時間。如果砂漿中的水分慢慢地失去，體積變形所產生的應力慢慢地施加，在施加應力的同時發生徐變變形，使得應力部分地得以松弛。當砂漿完全干燥時，盡管砂漿的干縮變形并不小，但砂漿中的應力不大，因而不容易開裂。如果砂漿的失水速度很快，砂漿中的應力來不及松弛，即便砂漿干縮變形不十分大，也有可能開裂。在正常情況下，溫度變化是緩慢的，因而溫度應力是慢慢施加的，容易得到松弛，因此，不是引起砂漿開裂的主要原因。 由上述分析可以看出，防止砂漿的開裂就是要提高砂漿的彈性變形能力，減少失水，推遲失水和減小失水速度。在這些方面，普通砂漿是不可能做到的。 2粘結劑和保水劑對提高砂漿抗裂能力的作用 從組成上說，現代干混砂漿與普通砂漿的區別在于大量化學添加劑的使用，其中最重要的是粘結劑和保水劑。這些組分在提高水平砂漿抗裂能力方面發揮了巨大的作用。這種作用表現在以下幾個方面： (1)減小商品砂漿的脆性，提高商品砂漿的彈性。細分散有機聚合物在水中溶解后形成的乳膠液將砂漿中各種顆粒粘結在一起，使硬化砂漿成為一個完整的整體。同時，這些乳膠液在顆粒周圍形成了一層膜，這層膜具有較強的彈性，可以吸收較大的能量。它一方面可以緩和砂漿各組分由于性能不一致性所導致的內應力，減少了形成微裂紋的可能性；另一方面也可以吸收外力的作用能，緩解外力對硬化砂漿的破壞作用。這就大大改變了硬化水泥石脆性較大的弱點，使得硬化砂漿具有較好的韌性。研究結果表明，摻入細分散有機聚合物對砂漿的抗壓強度影響不大，但可以顯著地提高砂漿的抗拉強度和延伸率，降低彈性模量，這對防止砂漿開裂是極為重要的。由于這兩個作用，使得硬化砂漿的變形能力增強。 (2)減慢砂漿的失水速度。砂漿的失水包括兩個過程：一是砂漿內部的水向表面擴散；二是砂漿表面的水蒸發或者向基層材料中擴散。只有砂漿內部的水源源不斷地向表面擴散，才有可能在表面蒸發或向基層材料中擴散。也只有砂漿表面的水大量地蒸發或向基層材料中擴散，才能在砂漿中形成較大的濕度梯度，推動砂漿內部的水向表面擴散。這兩個過程是相互影響的。然而，一些保水劑具有吸附水分子的作用，甚至通過分子間作用力牽制著水分子向表面擴散，從而使砂漿失水速度減慢。對于環境條件比較惡劣的施工場合，這種保水作用不僅可以贏得應力松弛的時間，也為膠凝材料的水化反應截留了水，從而保證砂漿性能的正常發展，提高了砂漿的抵抗能力。 (3)減少砂漿的失水率。粘結劑在水中溶解后形成的乳膠液分散在砂漿中，乳膠液凝固后在砂漿中形成連續的有機膜，這種有機膜可以阻止水的遷移，從而減少砂漿的失水。 實際上，粘結劑也是一種保水劑，與通常所說的保水劑的區別在于通常的保水劑是通過吸附作用或分子間作用力來牽制水分子的運動，粘結劑是通過所形成的有機膜來阻止水的運動，而有機膜是在乳膠液凝固后才形成的。因此，在漿體階段或砂漿硬化的初期，保水劑的保水作用占主要地位，而砂漿硬化后，粘結劑的保水作用逐步表現出來，甚至比保水劑的保水作用更強。這種保水作用以目前測定砂漿保水率方法是測不出的。 3.纖維對提高砂漿抗裂能力的作用 由于環境等各種因素，可能在砂漿引發不均勻的應力，這些如集中在某些部位，則可能使砂漿開裂。同時，由于在施工過程中，一些因素導致砂漿的局部損傷，留下薄弱部位，這些部位抵抗外力作用的能力較弱，也極容易產生裂縫。在砂漿中摻入一些纖維材料，這些纖維材料可以傳遞應力，使砂漿中的局部應力過載得到緩和，從而防止裂縫的產生。當砂漿中產生一些微裂縫時，這些纖維材料也可以承擔一定的應力，有效地防止裂縫的擴展。因此，纖維材料在硬化砂漿中可以起到阻裂，提高砂漿的抗裂能力。
根據上述分析，可以得出如下一些結論： 1.干混砂漿在使用過程中是否開裂取決于砂漿與基層變形的不一致性與砂漿的抵抗能力兩個方面。砂漿的對外應力的抵抗能力表現為砂漿的極限變形能力，而不是抗拉強度。砂漿與基層變形的不一致性表現在自生體積變形的不一致性、干縮變形的不一致性和溫度變形的不一致性，其中干縮變形的不一致性尤為突出。 2.砂漿的干縮變形是由失水引起的。防止砂漿的開裂不僅要考慮失水的數量，還應考慮失水的時間和失水速度。 3.有機聚合物可提高砂漿的彈性，減少失水的數量，減慢失水的速度。因此，在干混砂漿中摻用粘結劑和保水劑有利于防止砂漿的開裂。 在硬化砂漿中，纖維材料可以起到阻裂作用，從而提高砂漿的抗裂能力。 |
