商品砂漿抗裂性能的理論分析

1、文檔文檔商品砂漿抗裂性能的理論分析商品砂漿抗裂性能的理論分析王愛勤馬新芬張承志白憲臣(1北京市建筑材料科學(xué)研究院，北京100041；2河南大學(xué)土木建筑學(xué)院，開封475001)摘要：本文通過對(duì)商品砂漿產(chǎn)生開裂原因的分析，指出導(dǎo)致商品砂漿開裂的動(dòng)力是砂漿與基層變形的不一致性，這種不一致性來(lái)源于自生體積變形、干縮變形和溫度變形，其中砂漿與基層干縮變形的不一致性尤為突出。干縮變形對(duì)砂漿開裂的影響不僅取決于失水量，也與失水時(shí)間和失水速度有著密切的

2、關(guān)系。砂漿開裂的阻力是砂漿的彈性，而不是抗拉強(qiáng)度。解決砂漿開裂的根本途徑是提高硬化砂漿的彈性變形能力，控制失水。關(guān)鍵詞：商品砂漿；開裂；機(jī)理；措施1引言盡管商品砂漿品種繁多，但許多砂漿都是用于表面，如：抹灰砂漿、地面砂漿、防水砂漿、修補(bǔ)砂漿、裝飾砂漿等等。然而，在通常情況下，砂漿是一種脆性材料，在各種使用環(huán)境下極易產(chǎn)生開裂。事實(shí)上，普通砂漿的開裂已屢見不鮮。因此，如何提高砂漿的抗裂性能，避免砂漿開裂是許多商品砂漿研發(fā)人員所關(guān)心的問題。防

3、止商品砂漿的開裂首先要明白砂漿開裂的原因，并在此基礎(chǔ)上尋找防止砂漿開裂的措施。本文將對(duì)這些問題進(jìn)行理論上的分析，為廣大商品砂漿研發(fā)人員提供防止商品砂漿開裂的理論依據(jù)。2商品砂漿開裂原因分析與混凝土不同，砂漿通常都是使用在一定的基材上。由于砂漿與基材在性能、初始狀態(tài)和所處環(huán)境等方面的不一致性，必然導(dǎo)致變形的不一致性，而這種變形的不一致性使得它們之間存在著相互作用。另一方面，硬化砂漿具有一定的強(qiáng)度，以及一定的彈性變形性能。因此，能夠松弛一部

4、分應(yīng)力，也具有一定的抵抗外應(yīng)力的能力。砂漿在使用過程中是否開裂取決于砂漿和基材之間由于變形的不一致性而產(chǎn)生的相互作用與砂漿自身抵抗變形能力間的相互關(guān)系。如果前者大于后者，砂漿將開裂。反之則不會(huì)開裂。21砂漿與基材變形不一致性分析砂漿與基材變形的不一致性表現(xiàn)在三個(gè)方面：(1)自生體積變形砂漿中的膠凝材料發(fā)生水化反應(yīng)時(shí)通常伴隨著體積變化，特別是以水泥作為膠凝材料的商品砂漿，水泥水化時(shí)通常表現(xiàn)為收縮。而基材通常是一些成熟度較高的材料，在商品砂

5、漿使用時(shí)，這些材料的反應(yīng)已經(jīng)基本結(jié)束，因而不再產(chǎn)生自生體積變形，或者說(shuō)自生體積變形將是非常小的。因此，砂漿與基材的自生體積變形存在著較大的差異。(2)干縮變形砂漿與基材干縮變形通常有非常大的差異，這種差異歸因于三個(gè)方面：1)干縮變形率不同。由于砂漿與基材是不同的材料，因而它們的干縮變形性能通常是不一樣的。2)初始狀態(tài)不同。所謂初始狀態(tài)不同，是指在商品砂漿使用時(shí)，砂漿與基材的含水狀態(tài)是不同的。在商品砂漿使用時(shí)，基層材料可能是干燥的，或者含

6、有少量的水分。由于所能失去的水較少，因而也將產(chǎn)生較小的干縮變形。換句話說(shuō)，在商品砂漿使用時(shí)，基層材料已經(jīng)發(fā)生一定數(shù)量的干縮變形，剩余的干縮變形量與基層材料的剩余含水量有關(guān)。而砂漿處于完全飽水的狀態(tài)，因而有大量的水可能失去，也就可能產(chǎn)生較大的干縮變形。由于砂漿與基層含水量不同，基層材料還可能從砂漿吸取水分產(chǎn)生濕脹。而砂漿一方面由于水分的蒸發(fā)，另一方面由于基層材料的吸水，大量的水分失去。同時(shí)，由于膠凝材料水化，使得游離水轉(zhuǎn)變?yōu)榻Y(jié)晶水或結(jié)構(gòu)水

7、，產(chǎn)生白干燥作用。這些作用綜合的結(jié)果，砂漿層有可能產(chǎn)生較大的干縮變形。3)環(huán)境不同。一般來(lái)說(shuō)，基層是處于內(nèi)部，而砂漿層是處于外部。即便砂漿層與基層可能的失水量和干縮變形是相同的，但由于所處的位置不同，其干燥過程也是不同。由于砂漿處于面層，直接與周圍環(huán)境接觸，因而對(duì)環(huán)境的變化更為敏感。當(dāng)環(huán)境比較干燥時(shí)，砂漿層首先失去水分產(chǎn)生干縮變形，而基層由于有砂漿層的保護(hù)，因而失水較遲。環(huán)境越干燥，砂漿層越致密，基層材料的初始含水量越少，砂漿層與基層失

8、水速率的差別也就越大，因而所產(chǎn)生的干縮變形差別也就可能越大。從砂漿與基材的接觸面來(lái)看，砂漿層的外側(cè)是一個(gè)含水率低于它的材料，因而砂漿層有失去水分的趨勢(shì)。而基層材料的外側(cè)則是一個(gè)含水率高于它的材料，因而有從外部得到水分的趨勢(shì)。由于上述這些原因，砂漿層與基層所產(chǎn)生的干縮變形是不一致的，而且砂漿層的干縮變文檔文檔中產(chǎn)生的應(yīng)力正比于兩者之間的變形差及砂漿的彈性模量。砂漿層出現(xiàn)開裂的判據(jù)是：бsRpl，即：Es(εsεb)Rpl(5)3防止商品砂

9、漿開裂的技術(shù)措施分析31防止商品砂漿開裂技術(shù)措施的理論分析商品砂漿在使用過程中是否出現(xiàn)開裂取決于砂漿自身的抵抗外應(yīng)力的能力與由于砂漿與基層材料變形不一致性所產(chǎn)生的應(yīng)力之間的平衡。因此，防止商品砂漿開裂也必須從這兩個(gè)方面綜合考慮。(1)砂漿的抵抗能力從式(5)的判據(jù)看，砂漿對(duì)外應(yīng)力的抵抗能力表現(xiàn)為抗拉強(qiáng)度。也就是說(shuō)，硬化砂漿的抗拉強(qiáng)度越高，它的抵抗能力越強(qiáng)。但是，隨著硬化砂漿抗拉強(qiáng)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

10、產(chǎn)生的應(yīng)力也將增大。如果由此而引起的應(yīng)力增長(zhǎng)幅度大于硬化砂漿抗拉強(qiáng)度提高的幅度，硬化砂漿則更容易開裂。因此，提高抗拉強(qiáng)度不一定能夠提高商品砂漿的抵抗外應(yīng)力能力。事實(shí)上，對(duì)于普通砂漿，無(wú)論強(qiáng)度多高，開裂總是不可避免的。式(5)判據(jù)可以轉(zhuǎn)變?yōu)椋篟plεsεb=εsb(6)Es式中——εse硬化砂漿的極限彈性變形。這一判據(jù)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，砂漿就不會(huì)開裂。由此可見，提高商品砂漿抵抗外應(yīng)力能力的

11、關(guān)鍵不在于提高其抗拉強(qiáng)度，而在于提高硬化砂漿的極限彈性變形。也就是說(shuō)，應(yīng)盡可能地減小硬化砂漿的脆性，提高硬化砂漿的彈性。(2)砂漿的變形性能防止硬化砂漿開裂的另一個(gè)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(gè)重要的技術(shù)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

12、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。而且商品砂漿的使用特點(diǎn)決定了砂漿很容易產(chǎn)生干縮變形，其原因是：1)商品砂漿的使用形式通常是薄層形式，與周圍環(huán)境有非常大的接觸面積，使得砂漿中的水分很容易失去。2)在實(shí)際工程中，商品砂漿的使用部位通常不易養(yǎng)護(hù)。因此，應(yīng)該特別注意商品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(huán)境中，砂漿的失水一般有三個(gè)途徑：1)膠凝材料水化反應(yīng)的消耗。砂漿中的膠凝材料將與水反應(yīng)

13、而形成水化產(chǎn)物，這一反應(yīng)將消耗一部分水。由于由此而產(chǎn)生的體積變化與水化產(chǎn)物有關(guān)，通常將它稱為自生體積變形，而不作為干燥收縮。2)蒸發(fā)。許多砂漿在使用狀態(tài)下直接與大氣接觸，當(dāng)環(huán)境的濕度較小時(shí)，砂漿中的水分可以向環(huán)境中蒸發(fā)而失去。這一部分水分的失去將產(chǎn)生體積收縮，這種收縮稱為干燥收縮。3)基層材料吸水。砂漿在使用時(shí)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(shí)這些基層材料一般處于干燥狀態(tài)，有從砂漿中吸