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泡沫混凝土的變形和開裂問題及其可能的控制途徑
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| 發(fā)布時(shí)間：2012-01-05 14:33:36 來源：重慶泡沫混凝土 瀏覽次數(shù)：5858 |
重慶泡沫混凝土因?yàn)槠漭p質(zhì)多孔、保溫隔熱、吸聲隔音、減震緩沖等特殊性能和新拌漿體優(yōu)越的流動性和隨意澆注性，使其 在不僅在房屋建筑，而且在道路、橋梁、堤岸、隧道修筑等各種不同的工業(yè)領(lǐng)域都得到廣泛的應(yīng)用。近年來，國內(nèi)外在重慶泡沫混凝土制備和澆注設(shè)備上的快速發(fā)展更是 進(jìn)一步促進(jìn)了重慶泡沫混凝土應(yīng)用的快速推廣。但是，在重慶泡沫混凝土使用過程中，尤其是國內(nèi)，也暴露出諸多技術(shù)問題，亟待改善。其中重慶泡沫混凝土在使用服役過程中整 體性的保持欠佳，是一個(gè)極為普遍的工程質(zhì)量問題。而重慶泡沫混凝土的整體性保持欠佳與其體積變化有著密不可分的關(guān)聯(lián)，因此，本文嘗試從混凝土材料在外力及各種 環(huán)境因素作用下發(fā)生變形和開裂的基本作用機(jī)制出發(fā)，結(jié)合重慶泡沫混凝土的組成、結(jié)構(gòu)和性能特點(diǎn)，分析重慶泡沫混凝土在使用過程中發(fā)生變形和開裂的基本原因，并在此 基礎(chǔ)上提出減小重慶泡沫混凝土變形，防止其開裂的可能的技術(shù)途徑。希望能為重慶泡沫混凝土制造和應(yīng)用企業(yè)的技術(shù)人員在工廠制造優(yōu)質(zhì)重慶泡沫混凝土，在工程上高效、安全使用混凝土提供技術(shù)支持。
1 普通混凝土使用過程中的變形和開裂
變形和開裂是固體材料非常普遍的物理性質(zhì)，絕大多數(shù)的材料在不同外力和環(huán)境因素的作用下都會發(fā)生程度不同的變形，或收縮或拉伸，甚至開裂。也可以認(rèn)為，變形實(shí)際上是材料產(chǎn)生開裂和破壞的前奏。不同種類的材料對收縮或拉伸的敏感程度或由此產(chǎn)生的危害性并不相同。具 有明顯延展性的金屬材料，在外部因素的作用下產(chǎn)生收縮或拉伸，但是，在很大程度范圍內(nèi)并不產(chǎn)生裂紋，也不引起破壞，它們屬于彈性材料；而像水泥混凝土材料這類脆性材料就不一樣了，在各種外部因素作用下，只要發(fā)生少量收縮或拉伸就會引發(fā)開裂，進(jìn)而導(dǎo)致破壞。因此，與金屬等彈性材料相比，混凝土類材料的變形和開裂特別受到研究和工程界的關(guān)注。
1.1 混凝土材料變形的種類
混凝土材料的變形有很多種情況，概括起來主要有4種，即物理變形，指的是由物理作用引起的混凝土體積收縮和伸展現(xiàn)象，常見的有混凝土直接受機(jī)械力作用下的壓縮拉伸現(xiàn)象和周圍溫度變化引起的熱脹冷縮現(xiàn)象；化學(xué)變形，指的是純粹由于混凝土硬化過程中組分之間發(fā)生的各種 化學(xué)反應(yīng)前后反應(yīng)物與生成物之間因密度不同（不考慮混凝土內(nèi)部結(jié)構(gòu)因素）引起的理論上的體積變化；碳化變形，指的是混凝土材料在使用過程中混凝土內(nèi)的水化產(chǎn)物因受到周圍環(huán)境提供的CO2的碳化作用引起的混凝土體積變化；濕脹干縮，指的是混凝土在硬化或使用過程中與外部發(fā)生水分交換引起的體積變化。
1.2 混凝土材料的開裂
如上所述，混凝土材料屬于脆性材料，因此，當(dāng)變形達(dá)到一定數(shù)值，超過基體承受能力之后就可能引發(fā)開裂。變形的發(fā)生根源于應(yīng)力的產(chǎn)生，不論這種應(yīng)力來自于化學(xué)因素，還是物理因素，或者是直接機(jī)械外力因素。混凝土材料受應(yīng)力作用產(chǎn)生變形到達(dá)產(chǎn)生開裂的程度并不是完全固 定的，與自由變形或限制變形，均勻變形或非均勻變形，有著密切的關(guān)系。一般情況下，自由變形比限制變形有更大的允許應(yīng)力和收縮值，均勻變形比非均勻變形有 更大的允許應(yīng)力和變形限值。
無論如何，應(yīng)力是混凝土產(chǎn)生開裂的根本原因，變形只不過是作用于混凝土上的力的一種外觀顯示，而開裂則是變形發(fā)展到一定限度的破壞性外觀表現(xiàn)。
此外，與收縮引起的開裂不同的是拉應(yīng)力的作用同樣可能導(dǎo)致混凝土伸展，最終引起開裂破壞，局部的不均勻膨脹也會導(dǎo)致混凝土開裂破壞。劇烈熱振、機(jī)械力沖擊、凍融循環(huán)等外部作用也都會導(dǎo)致混凝土開裂破壞。
2 重慶泡沫混凝土使用過程中的變形和開裂
與結(jié)構(gòu)混凝土一樣，重慶泡沫混凝土在使用過程中也經(jīng)受來自環(huán)境的各種物理、化學(xué)或機(jī)械等作用，引起其體積變形，當(dāng)變形超過一定限度，最終導(dǎo)致開裂破壞。所不同的是重慶泡沫混凝土在絕大多數(shù)情況下被用于非結(jié)構(gòu)場合，因此，直接機(jī)械力作用，尤其是持久載荷，導(dǎo)致的變形和開裂破 壞情況相對較少。重慶泡沫混凝土在使用過程中的開裂破壞以干燥收縮、熱脹冷縮、化學(xué)減縮、非正常外界沖擊等引起的體積變形最為常見。
2.1 重慶泡沫混凝土與普通混凝土的異同
重慶泡沫混凝土與普通結(jié)構(gòu)混凝土同屬于水泥基材料，同屬于脆性材料，這是它們之間的根本共同之處。它們之間的不同首 先在于組成的不同，普通結(jié)構(gòu)混凝土中包含石子、砂子等粗細(xì)骨料，而重慶泡沫混凝土中一般不含骨料；其次在于內(nèi)部結(jié)構(gòu)的不同，普通結(jié)構(gòu)混凝土之內(nèi)極少含有毫米尺 度以上的大孔，一般以毛細(xì)孔（0.01-10mm）和凝膠孔（<0.01mm）為主，孔隙率也比較低，而重慶泡沫混凝土內(nèi)部則含有相當(dāng)部分毫米尺度的孔 隙，而且這些毫米孔基本上是封閉的球形孔，孔隙率高達(dá)40％以上；再次是表現(xiàn)為性能上的不同，結(jié)構(gòu)混凝土密度大，強(qiáng)度高，彈性模量大，導(dǎo)熱系數(shù)大，收縮小，而重慶泡沫混凝土密度小，強(qiáng)度低，彈性模量小，導(dǎo)熱系數(shù)小，收縮大。
上述有關(guān)混凝土體積變形和開裂方面的原因和開裂破壞機(jī)制基本上適用于重慶泡沫混凝土。結(jié)合上述混凝土體積變形類型和開裂情況和原因的分析，不難推斷，導(dǎo)致重慶泡沫混凝土整體性不佳的基本原因在于組成上以水泥為主，結(jié)構(gòu)上多孔和性能上強(qiáng)度低。
如上所述，骨料在混凝土硬化過程中實(shí)際上變化很小，在使用過程中也很少變化，除非受冷熱作用會產(chǎn)生較明顯的體積 變化。化學(xué)減縮、碳化收縮、干燥收縮等都來自于水泥漿，重慶泡沫混凝土以水泥為主要組成材料，不含骨料，就基本決定了其大的收縮量。其次，重慶泡沫混凝土在初始養(yǎng) 護(hù)階段強(qiáng)度發(fā)展比較慢，而其低熱傳導(dǎo)性能又使水化產(chǎn)生的熱量難以及時(shí)向外界排出，往往導(dǎo)致初始重慶泡沫混凝土溫度急劇升高，導(dǎo)致體積膨脹，在冷卻過程中就會在 內(nèi)部產(chǎn)生溫度應(yīng)力和裂縫。重慶泡沫混凝土即使在完全硬化之后強(qiáng)度也處于較低的水平（一般不高于10MPa），因此，任何非正常外來的機(jī)械作用力也都會引起其變 形甚至開裂破壞。
3 減小重慶泡沫混凝土收縮控制開裂的可能的技術(shù)途徑
基于上述混凝土在水化硬化過程中和使用過程中體積變形現(xiàn)象和內(nèi)在原因分析和對重慶泡沫混凝土與普通結(jié)構(gòu)混凝土在組成、結(jié)構(gòu)和性能方面的異同點(diǎn)的分析，結(jié)合重慶泡沫混凝土制備和應(yīng)用中可能出現(xiàn)的情況，就如何減小重慶泡沫混凝土收縮控制開裂本文提出以下幾點(diǎn)可能的技術(shù)途徑。
1）選用快硬低發(fā)熱水泥作為重慶泡沫混凝土用膠凝材料；
2）添加適量細(xì)骨料，選擇合理的水泥、砂子配合比；
3）加強(qiáng)早期養(yǎng)護(hù)和及時(shí)散熱，減少人為非正常外來機(jī)械沖擊；
4）引入適宜和適量的膨脹組分，彌補(bǔ)體積收縮；
6）采取適當(dāng)措施，減少空間約束，增加自由變形成分；
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