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毛细管微泵开裂机理原理及裂缝控制
admin在2018-01-25发布 频道:行业资讯 标签:机理 裂缝 原理
     

一  毛细管微泵开裂机理

    本人经过长期研究发现,当混凝土拌合物经过振捣密实后经过一次抹压,在混凝土表面形成上部弯曲的毛细管,混凝土内部水分沿毛细管上升至表面,由于表面张力的作用以很小的液滴存在,当环境温度较高或有风吹过时,水滴掉下或蒸发,混凝土内部水分沿毛细管上升,补充到正好有半滴悬而不掉的位置,依次循环,混凝土中的毛细管就如同一个微型水泵一样,将混凝土内部的水份源源不断地带走,导致塑性混凝土在内压力的拉伸下开裂,见图1,由计算可知开裂强度为3.5Mpa,由公式P=2σ/R可知:水泥细度为280m2毛细管压力为1.8 Mpa,水泥细度为330m2毛细管压力为2.4 Mpa,水泥细度为380m2毛细管压力为3.6 Mpa,水泥细度为400m2毛细管压力为4.5 Mpa,因此我们建议水泥的细度控制在330m2最有利于裂缝控制,提出在混凝土初凝之前进行及时的抹压,破坏毛细管结构,使塑性混凝土表面封堵,阻止水分上升,及时在混凝土上表面进行覆盖,减少水分的蒸发,便可以消除塑性混凝土引起的裂缝。
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图1  毛细管微泵开裂机理示意图

二  自由水(汽)上浮消泡机理模型

    本人经过多年现场观察研究发现,混凝土在拆模后表面出现的气泡的形成,其一是含气量较大的混凝土在成型时由于振动不到位而没有排除残留于混凝土内部汽泡,这些汽泡位于紧贴模扳部位时形成开口泡,这种汽泡是规则的圆形泡;另一种是混凝土在浇成型时由于振捣不到位或水分在上浮过程中受到的阻碍而停留在混凝土中,混凝土硬化后,由于这些水份的蒸发留下孔洞,这些孔洞一般为不规则的椭圆形。根据以上分折,在混凝土结构施工过程中,为了减少紧贴模扳的外侧气泡,需要加强振捣,适当延长振捣时间,使混凝土内部的自由水份充分上浮,使混凝土拌合物内部的汽泡尽可能破裂溢出。也可以通过预先插入紧贴模扳内表面的薄扳向上拉伸,使水份和气体上升时混凝土中的浆体饱满地填充在模板表面,确保拆模后混凝土外表面的致密和美观。

三  及时抹压时间计算公式

    通过现场观察总结,我们建立了水泥初凝时间、环境温度和混凝土出机时间等因素与及时抹压破坏毛细管微泵防止裂缝最佳时间之间的数学是关系式:
    Tm=Tco+(Tco—Ts)(t-t0)/t0
    式中:
    Tm——最佳抹压时间(h);
    Tco——水泥初凝时间(h);
    Ts——混凝土以加水搅拌至初步收面完毕所用时间(h);
    t——施工现场温度(℃);
    t0——标准温度(20℃)。
    要及时充分湿养护时间的确定
    最佳时间及时抹压后,必须立即对混凝土进行及时充分的湿养护,以避免没有破坏的毛细管引起混凝土再次失水产生裂缝。只有这样,才能保证混凝土早期发育良好,提高硬化混凝土的质量,为混凝土耐久性的提高打下早期质量基础。
    1.混凝土湿养护要素
    根据毛细管微泵开裂机理,混凝土湿养护成功的三大要素:
    (1)湿养护开始前,混凝土表面进行及时的二次抹压使多数毛细管被封闭;
    (2)湿养护开始时,混凝土表面保持相对湿度,确保毛细管水分不蒸发;
    (3)湿养护过程中(早期硬化过程中),混凝土不出现失水缺陷,确保毛细管开口一侧始终处于饱水状态。
    我们同时必须明确,混凝土本体一旦失水,其表面或内部就存在缺陷和裂缝,湿养护要求从振实抹平至湿养护结束的整个早期硬化过程,混凝土都不出现失水。
    2.湿养护的关键时间
    以往现场搅拌的普通混凝土,是在混凝土终凝后才开始湿养护的,一般不覆盖,每天浇水约2~5次。只要不出现可见裂缝,就认为湿养护满足要求。即使出现少量裂缝,只要裂缝对结构无害,也不是很介意。只有在裂缝出现较多,或较长、较宽时,才被认为养护不够,采取的措施一般也是增加浇水次数。近年来频频发生的混凝土早期开裂现象,向这种传统的湿养护方法发出了挑战。从塑性混凝土毛细管微泵开裂机理的观点来看,传统湿养护方法,是既不够及时也不够充分的,由于毛细管微泵的作用,混凝土内部必然存在大量的不可见裂缝,导致抗渗性能降低。
    根据试验资料和生产资料,商品混凝土的7d强度约为28d强度的60%~85%,一般为72%左右。规范要求湿养护7d,是合理的。最好能保持7d不失水。在这7d中,时间越靠前,混凝土越容易失水,越容易形成裂缝,防止失水也越重要。3d强度约为28d强度的35%~60%,一般为48%左右,所以前3d防止失水尤为关键。前3d若不失水,之后继续浇水保湿至7d,工程实际表明,效果已很不错。而第一天,则又为关键前3d中的关键。如果第一天失水过多,所造成的裂缝可能以后都很难弥补。有的工程第一天不注意保养,第二天才蓄水养护,结果板面还是开裂了;分析其原因,第一天已经有裂缝产生。也有的工程,同配比不同部位的抗渗混凝土分次施工,每次抽样送检的试件抗渗等级都很高,偶尔一次由于特殊原因造成疏忽,第一天没有保养,试件露天下放置一天后,第二天脱模浸水,结果最高抗渗压力只有0.3MPa。这说明第一天的不养护致使粗大的裂缝已经形成。但养护良好的搅拌站生产抽样试件依然达到高抗渗。还有很多的工程实例也都表明,第一天及时充分的湿养护,无论是对于混凝土的抗裂性还是抗渗性,都至关重要。工程实际的结果与我们的生产试验结果是一致的。
    综上所述,在进行最佳时间抹压后,要实现饱水湿养护7d,关键前3d,最关键第l天。不管用什么方式保养,都要达到不失水的目的。在不失水的前提下,再考虑是否需要保温等其他辅助措施。这一原则被一些施工单位坚持,对工程实际的防渗抗裂效果十分显著。
    3.及时充分湿养护的要求
    (1)及时的要求
   所谓及时,即完成混凝土表面的及时抹压使多数毛细管被封闭后立即进行混凝土的湿养护,使混凝土表面保持相对湿度,确保毛细管水分不蒸发,混凝土表面的裂缝就能得到有效控制。
    (2)充分的要求
    所谓充分,即湿养护的整个过程中,确保毛细管开口一侧始终处于饱水状态,混凝土表面和体内都不失水。
    由此可见,如果我们对混凝土表面进行最佳时间及时的抹压,破毁毛细管微泵,控制塑性混凝土失水,也就控制了混凝土的不可见裂缝。同样条件下,湿养护越及时充分混凝土的防裂效果就越好。

作者:朱效荣          
信息来源:混凝土第一视频网    
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