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砂浆收缩是建筑工程中一个不可忽视的问题。了解其原因和影响,并采取有效的应对策略,对于提高工程质量、确保建筑物的安全和耐久性具有重要意义。
一、砂浆裂缝
砂浆是由水泥浆体硬化的水泥石与骨料组成,它们的物理力学性能不一致,水泥浆体硬化后的干燥收缩比较大,而砂浆骨料可以限制水泥浆体的自由收缩,这中约束力使得砂浆在硬化开始就在骨料与水泥浆体的粘结面上出现裂缝,因此,微裂缝则是砂浆所固有。也就是说在无荷载作用时,砂浆内部就会出现裂缝,当外力或变形作用较大时,这些裂缝就会发展,盈速粒进而扩展穿过硬化的水泥石,逐渐发展成可见的宏观裂缝。砂浆出现宏观裂缝(这里指宽度在0.05mm以上)的原因多种多样,通常因为砂浆发生体积变化时受到约束力,或因受到荷载作用时,在砂浆内部引起过大拉应力而产生裂缝。但总体可以归结为是由于砂浆原材料质量低劣、配合比选定不当,施工过程施工方法有误、工艺欠佳、设计有误,或对温度变化和砂浆收缩产生的应力估计不足等等。表1裂缝产生的原因
分类 原因
与设计及受力荷载有关 1.设计不合理,超过设计荷载范围
2.结构物的沉降
3.次应力作用
4.对温度应力和砂浆收缩应力估计不足
使用环境条件有关 1.环境或结构物温度、湿度变化(低温、高温)
2.酸碱盐类化学作用
3.冲击、振动影响
与材料性质和配合比有关 1.水泥非正常凝结、非正常膨胀
2.水泥水化热
3.骨料含泥量过大、碱活性骨料
4.砂浆配合比不合理
5.选用的外加剂、掺合料与水泥适应性差
6.外加剂、掺合料掺量过大
与施工有关 1.拌合不均匀、搅拌时间不足或过长,拌合到施工时间间隔过长
2.硬化前遭受扰动或承受荷载
3.养护不当或不及时
4.砂浆表面抹压不及时
二、砂浆收缩变形种类
抹面砂浆涂抹于建筑物表面,可以抵抗风、雨、雪及有害介质对建筑物的侵蚀,提高建筑物的耐久性的同时使得建筑物表面平整美观。抹面砂浆通常施工厚度很薄,暴露在空气中的面积很大,柳州盈速粒因此引起砂浆开裂的主要原因是砂浆收缩。砂浆收缩变形主要包括终凝前的塑性收缩、硬化砂浆的干燥收缩、自主收缩、低温冷缩及碳化收缩五种类型。
2.1塑性收缩
又称为凝缩,发生在终凝前,由于砂浆拌合后,水泥水化激烈,出现泌水及体积缩小现象,这种体积缩小称为塑性收缩。砂浆凝缩导致骨料受压、水泥石受拉,在水泥与骨料的粘结界面产生微裂缝。通常凝缩与砂浆组成材料有关,随用水量及水泥用量的减少而减小。砂浆表面蒸发失水或基底干燥吸水引起的失水均能增加砂浆的凝缩,引起表面开裂。因此早期养护,减少砂浆表面干燥程度,可有效减少开裂风险。2.2化学收缩
砂浆在恒温绝湿条件下,由于胶凝材料的水化作用引起的体积收缩称之为自生收缩,是化学收缩之一。
自缩主要发生在早期,与水泥品种、水泥用量及掺合料有关,水泥用量少,自缩值小。几种水泥矿物中,C3A水化减缩大。C3S在水泥中含量大,它水化后体积减缩次之,但是其水化生成的托勃莫来石凝胶很大程度决定水泥石的收缩。C2S水化缓慢、含量低,因此他对水泥浆体收缩影响很小,C4AF亦是如此。据学者研究水泥石的收缩2/3来自于托勃莫来石凝胶,1/3来自于C3A水化反应造成。石膏、f-CaO和f-MgO由于吸水,对体积膨胀,并生成稳定的结晶结构,具有补充收缩的作用。因此水泥中f-CaO和f-MgO含量高时,砂浆表现出自生体积膨胀,而不是收缩。2.3温度收缩
通常由于温度下降而发生的温度收缩,简称冷缩。主要是施工环境、养护条件导致砂浆中各组分(水、凝胶颗粒以及集料)产生温度收缩裂缝。2.4干燥收缩
在未饱和空气中的砂浆因水分散失而引起的体积缩小变形,称为干燥收缩,属于物理收缩的范畴。严格来说,干燥收缩应为砂浆在干燥条件下实测的变形扣除相同温度下密封试件的自生体积收缩。砂浆自主体积收缩变形时干燥收缩变形的1/10。因此一般对自主收缩和干燥收缩不再分开研究,而是用干燥收缩试验综合评价将两者影响。
砂浆的干燥收缩由于受到集料的约束,因此砂浆干燥收缩比水泥净浆体干燥收缩要小。水泥砂浆中含有毛细孔和大孔,在干燥开始时,水泥砂浆中的大孔的自由水先蒸发(不产生收缩),接着毛细管水散失,然后是凝胶体粒子的吸附水开始散失。2.5碳化收缩
碳化作用是指大气中的二氧化碳在有水分条件下与水泥的水化物发生化学反应产生CaCO3和游离水等从而引起收缩。由于各种水化物的碱度、结晶水及所含水分子数等各不相同它们碳化后的收缩值也不同。碳化速度取决于砂浆含水率,过高的湿度使得砂浆孔隙充满水,二氧化碳不易扩散到水泥石中去,或者水泥石中钙离子通过水扩散到砂浆表面,广西新型保温材料盈速粒碳化生成CaC03把表面孔隙堵塞,碳化速度慢。相反,过低的湿度,孔隙中没有足够的水是二氧化碳生成碳酸,显然碳化作用也不以进行,碳化收缩相应也很小。三、应对砂浆收缩的策略
3.1.材料选择
选用合适的水泥品种和外加剂可以有效控制砂浆收缩。例如,使用低收缩水泥、添加膨胀剂等,可以在一定程度上补偿砂浆的收缩。3.2优化配合比
合理的配合比可以减少砂浆的收缩。通过控制水泥用量、增加粉煤灰等掺合料的比例,可以降低砂浆的水化热,减少收缩。3.3 施工控制
在施工过程中,应注意控制砂浆的水灰比和搅拌时间。避免过度加水,确保砂浆的均匀性。同时,加强养护,保持砂浆表面湿润,减少水分蒸发,有助于降低收缩。
普通砂浆的抗拉强度低、极限延伸率小、脆性,拌和物在日照、风吹等情况下没有足够的时间形成抗拉强度以抵抗由于快速蒸发产生的毛细孔收缩应力,容易产生收缩开裂。但是在普通砂浆中掺入抗拉强度高、极限延伸率大、抗碱性好的纤维作为增强体、对砂浆进行聚合物改性的方法,就可以使上述缺陷得到很大改善。