[发明专利]一种水泥砂浆塑性收缩开裂减裂方法

说明书

本发明涉及一种水泥砂浆塑性收缩开裂减裂方法。属于材料科学与工程学科技术领域。在失水蒸发速率0.01kg/(m²·h)‑0.734kg/(m²·h)下测定水泥砂浆的约束度、毛细管收缩应力和塑性抗拉强度，然后计算该水泥砂浆的抗裂指数K；通过调整水泥砂浆的约束度、水灰比和集灰比，可使测定得到的抗裂指数K≥1；研究结果证明在不掺加纤维情况下，通过水泥砂浆的水灰比、集灰比和约束度3个参数的协同一致作用，可使水泥砂浆塑性收缩开裂减少，或者达到消除开裂的目的。本发明可使砂浆塑性收缩开裂大幅度减少，甚至达到不开裂程度，与掺加纤维材料抗裂相比，即简单又经济。

技术领域

本发明涉及一种水泥水泥砂浆塑性收缩开裂减裂方法。可用于减少水泥砂浆的塑性收缩开裂程度，属于材料科学与工程学科技术领域。

背景技术

水泥基材料需求大应用广，是建筑物、道路及桥梁等工程中必不可少的组成部分。但水泥基材料因其自身原因，存在易收缩开裂这一不可避免的缺陷，而收缩开裂会对水泥基材料的抗腐蚀性能，抗渗性能和使用寿命等方面有较大程度的影响，因此，众多学者针对这一问题进行了广泛研究。

鉴于此，本发明者曾在建筑材料学报，2000年3月第1期，pp48-52“聚丙烯纤维水泥基复合材料物理力学性能研究(Ⅰ)——抗塑性干缩开裂性能”中提出水泥基材料塑性收缩开裂机理：水泥基材料浇注成型后,由于水和水泥基材料的亲润性,在水分蒸发时,表层材料毛细管中便形成凹液面,而凹液面上表面张力的垂直分量形成了对管壁间材料的拉应力,此时材料处于塑性阶段,材料自身的塑性抗拉强度较低,若材料表层毛细管失水收缩产生的拉应力σ_c大于材料塑性抗拉强度f_p,即σ_cf_p,则材料表层出现开裂现象，反之，若采取适当措施使σ_c≤f_p,材料表层的开裂状况得以减轻，甚至消失。进而，本发明者又在建筑材料学报，2019年12月第6期，pp839-845“水泥砂浆塑性收缩开裂预警机制的初步建立”中公开了塑性阶段失水蒸发速率测试方法和未掺纤维水泥砂浆的一元本构方程，并自行设计建立了毛细管收缩应力σ_c、塑性抗拉强度测试方法f_p，以二者结合构建了水泥基材料塑性收缩开裂抗裂指数K＝f_p/σ_c，即有以下判据：

K＜1开裂

K≥1不开裂

本发明者依此技术路径深入开展了水泥基材料收缩开裂的研究，发现随失水蒸发速率增大，抗裂指数减小(且小于1)，开裂情况加大(详见该文2，1.3塑性阶段失水蒸发速率测试方法和2.1.1未掺纤维水泥砂浆的一元本构方程)。

本发明者发现当失水速率进一步增大至0.6kg/(m²·h)左右时，开裂更为严重，此时测得的抗裂指数K仅约为0.58，此时采用传统的掺加纤维的减裂方法：掺加高强度、高弹性模量的PVA纤维(抗拉强度约为1600MPa、弹性模量约为42GPa)，纤维长度18mm、纤维掺量1.5kg/m³，砂浆依然开裂，此时测得的K值约为0.69，虽然其值比不掺纤维者要大一些，但依然小于1，符合前述机理和判据。在此情况下，若进一步增加纤维长度，则纤维易弯曲，减少与基体接触的有效长度，使纤维与基体的粘结力降低；若进一步增加纤维掺量，水泥砂浆流动性会下降，影响其物理力学性能。如此可发现传统的掺加纤维减裂方法已无法解决此时砂浆塑性收缩开裂问题。

本发明者在研究水泥基材料塑性收缩开裂时经过思考发现，影响其塑性开裂的因素除了环境失水蒸发速率、材料组分外，还可能与其受到的收缩制约情况有很大关联。据此自行设计了约束度测定方法，开展了水泥基材料失水收缩时所经受的约束程度(即约束度)的研究。

约束度的定义：

约束度是衡量水泥砂浆中受到约束大小的指标，大小由式(1)计算：