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泡沫混凝土的变形和开裂问题及其可能的控制途径
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| 发布时间：2012-01-05 14:33:36 来源：重庆泡沫混凝土 浏览次数：5648 |
重庆泡沫混凝土因为其轻质多孔、保温隔热、吸声隔音、减震缓冲等特殊性能和新拌浆体优越的流动性和随意浇注性，使其 在不仅在房屋建筑，而且在道路、桥梁、堤岸、隧道修筑等各种不同的工业领域都得到广泛的应用。近年来，国内外在重庆泡沫混凝土制备和浇注设备上的快速发展更是 进一步促进了重庆泡沫混凝土应用的快速推广。但是，在重庆泡沫混凝土使用过程中，尤其是国内，也暴露出诸多技术问题，亟待改善。其中重庆泡沫混凝土在使用服役过程中整 体性的保持欠佳，是一个极为普遍的工程质量问题。而重庆泡沫混凝土的整体性保持欠佳与其体积变化有着密不可分的关联，因此，本文尝试从混凝土材料在外力及各种 环境因素作用下发生变形和开裂的基本作用机制出发，结合重庆泡沫混凝土的组成、结构和性能特点，分析重庆泡沫混凝土在使用过程中发生变形和开裂的基本原因，并在此 基础上提出减小重庆泡沫混凝土变形，防止其开裂的可能的技术途径。希望能为重庆泡沫混凝土制造和应用企业的技术人员在工厂制造优质重庆泡沫混凝土，在工程上高效、安全使用混凝土提供技术支持。
1 普通混凝土使用过程中的变形和开裂
变形和开裂是固体材料非常普遍的物理性质，绝大多数的材料在不同外力和环境因素的作用下都会发生程度不同的变形，或收缩或拉伸，甚至开裂。也可以认为，变形实际上是材料产生开裂和破坏的前奏。不同种类的材料对收缩或拉伸的敏感程度或由此产生的危害性并不相同。具 有明显延展性的金属材料，在外部因素的作用下产生收缩或拉伸，但是，在很大程度范围内并不产生裂纹，也不引起破坏，它们属于弹性材料；而像水泥混凝土材料这类脆性材料就不一样了，在各种外部因素作用下，只要发生少量收缩或拉伸就会引发开裂，进而导致破坏。因此，与金属等弹性材料相比，混凝土类材料的变形和开裂特别受到研究和工程界的关注。
1.1 混凝土材料变形的种类
混凝土材料的变形有很多种情况，概括起来主要有4种，即物理变形，指的是由物理作用引起的混凝土体积收缩和伸展现象，常见的有混凝土直接受机械力作用下的压缩拉伸现象和周围温度变化引起的热胀冷缩现象；化学变形，指的是纯粹由于混凝土硬化过程中组分之间发生的各种 化学反应前后反应物与生成物之间因密度不同（不考虑混凝土内部结构因素）引起的理论上的体积变化；碳化变形，指的是混凝土材料在使用过程中混凝土内的水化产物因受到周围环境提供的CO2的碳化作用引起的混凝土体积变化；湿胀干缩，指的是混凝土在硬化或使用过程中与外部发生水分交换引起的体积变化。
1.2 混凝土材料的开裂
如上所述，混凝土材料属于脆性材料，因此，当变形达到一定数值，超过基体承受能力之后就可能引发开裂。变形的发生根源于应力的产生，不论这种应力来自于化学因素，还是物理因素，或者是直接机械外力因素。混凝土材料受应力作用产生变形到达产生开裂的程度并不是完全固 定的，与自由变形或限制变形，均匀变形或非均匀变形，有着密切的关系。一般情况下，自由变形比限制变形有更大的允许应力和收缩值，均匀变形比非均匀变形有 更大的允许应力和变形限值。
无论如何，应力是混凝土产生开裂的根本原因，变形只不过是作用于混凝土上的力的一种外观显示，而开裂则是变形发展到一定限度的破坏性外观表现。
此外，与收缩引起的开裂不同的是拉应力的作用同样可能导致混凝土伸展，最终引起开裂破坏，局部的不均匀膨胀也会导致混凝土开裂破坏。剧烈热振、机械力冲击、冻融循环等外部作用也都会导致混凝土开裂破坏。
2 重庆泡沫混凝土使用过程中的变形和开裂
与结构混凝土一样，重庆泡沫混凝土在使用过程中也经受来自环境的各种物理、化学或机械等作用，引起其体积变形，当变形超过一定限度，最终导致开裂破坏。所不同的是重庆泡沫混凝土在绝大多数情况下被用于非结构场合，因此，直接机械力作用，尤其是持久载荷，导致的变形和开裂破 坏情况相对较少。重庆泡沫混凝土在使用过程中的开裂破坏以干燥收缩、热胀冷缩、化学减缩、非正常外界冲击等引起的体积变形最为常见。
2.1 重庆泡沫混凝土与普通混凝土的异同
重庆泡沫混凝土与普通结构混凝土同属于水泥基材料，同属于脆性材料，这是它们之间的根本共同之处。它们之间的不同首 先在于组成的不同，普通结构混凝土中包含石子、砂子等粗细骨料，而重庆泡沫混凝土中一般不含骨料；其次在于内部结构的不同，普通结构混凝土之内极少含有毫米尺 度以上的大孔，一般以毛细孔（0.01-10mm）和凝胶孔（<0.01mm）为主，孔隙率也比较低，而重庆泡沫混凝土内部则含有相当部分毫米尺度的孔 隙，而且这些毫米孔基本上是封闭的球形孔，孔隙率高达40％以上；再次是表现为性能上的不同，结构混凝土密度大，强度高，弹性模量大，导热系数大，收缩小，而重庆泡沫混凝土密度小，强度低，弹性模量小，导热系数小，收缩大。
上述有关混凝土体积变形和开裂方面的原因和开裂破坏机制基本上适用于重庆泡沫混凝土。结合上述混凝土体积变形类型和开裂情况和原因的分析，不难推断，导致重庆泡沫混凝土整体性不佳的基本原因在于组成上以水泥为主，结构上多孔和性能上强度低。
如上所述，骨料在混凝土硬化过程中实际上变化很小，在使用过程中也很少变化，除非受冷热作用会产生较明显的体积 变化。化学减缩、碳化收缩、干燥收缩等都来自于水泥浆，重庆泡沫混凝土以水泥为主要组成材料，不含骨料，就基本决定了其大的收缩量。其次，重庆泡沫混凝土在初始养 护阶段强度发展比较慢，而其低热传导性能又使水化产生的热量难以及时向外界排出，往往导致初始重庆泡沫混凝土温度急剧升高，导致体积膨胀，在冷却过程中就会在 内部产生温度应力和裂缝。重庆泡沫混凝土即使在完全硬化之后强度也处于较低的水平（一般不高于10MPa），因此，任何非正常外来的机械作用力也都会引起其变 形甚至开裂破坏。
3 减小重庆泡沫混凝土收缩控制开裂的可能的技术途径
基于上述混凝土在水化硬化过程中和使用过程中体积变形现象和内在原因分析和对重庆泡沫混凝土与普通结构混凝土在组成、结构和性能方面的异同点的分析，结合重庆泡沫混凝土制备和应用中可能出现的情况，就如何减小重庆泡沫混凝土收缩控制开裂本文提出以下几点可能的技术途径。
1）选用快硬低发热水泥作为重庆泡沫混凝土用胶凝材料；
2）添加适量细骨料，选择合理的水泥、砂子配合比；
3）加强早期养护和及时散热，减少人为非正常外来机械冲击；
4）引入适宜和适量的膨胀组分，弥补体积收缩；
6）采取适当措施，减少空间约束，增加自由变形成分；
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