认为碳化收缩与干燥收缩共同作用可导致表面 开裂和面层碳化。 F.M.李[1]在其专著中谈到了细裂纹与碳化 收缩的关系,认为产生细裂纹的原因不仅仅是干燥收缩引起, 碳化作用也是一个重要的原因,并认为细裂纹一般产生于表 面上。F.M.李从碳化深度与裂纹深度相一致的实验判断细裂 纹的产生与大气中的碳化有着某种联系,这一判断是在裂纹 刚产生不久尚未扩展时所测数据来确定的。笔者前面提到的 实验中,虽然管片碳化深度远小于裂缝深度,但显然可看出该 裂缝是表面裂纹向纵深发展的结果,与 F1M1 李的判断不相矛 盾。 众所周知,并不是只要产生收缩就会引起开裂,只有当混 凝土的抗拉强度不足以抵抗收缩所产生的拉应力时才会产生 开裂。 而表面抗拉强度的发展往往滞后于收缩拉应力的发展。 管片表面龟裂形成的基本机理是其表面抗拉强度不足以抵抗 收缩所产生的拉应力而产生的裂纹。 4 3 关于混凝土的碳化 碳化的含义包括水化产物 Ca(OH)2 的碳化和其他水化产 物(例如 C-S-H 凝胶)的碳化两个方面[3]。 笔者认为这是混凝 土碳化的两个阶段,首先是水化产物 Ca(OH)2 的碳化,然后当 碱度下降到一定程度时,其他水化产物(例如 C-S-H 凝胶)才开 始碳化。 文献[3]报道,混凝土碳化需要很长时间。笔者认为这里 所说的很长时间,是指第二阶段的碳化(即其他水化产物如 C-S-H 凝胶的碳化)需要较长的时间才能发生,也是指碳化程 度达到一定的深度需要较长的时间。但是混凝土的表面碳化 [Ca(OH)2 的碳化]并不需要很长的时间,其在数小时内就可能 发生。并且会引起混凝土的表面收缩[1],再加上干缩的叠加 作用,当混凝土本身的抗拉强度不足以抵抗收缩所产生的拉 应力时,将导致混凝土的开裂,从而产生微细裂纹。 一般说来,碱度越高,碳化越慢[3~4]。这一规律是对混 凝土的整体碳化而言的,混凝土的表面碳化并非如此。 因为混 凝土的表面主要成份为 Ca(OH)2,根据化学平衡原理,碱度 [Ca(OH)2 含量]越高,越有利于 Ca(OH)2 的碳化。 因此,混凝土 5 的表面碱度越高,则表面的碳化越快,收缩也越大,越易产生 裂纹(特别是在早期)。因此,降低混凝土表面的碱度(特别是 早期)可减少龟裂的产生。 提高混凝土的整体碱度,可减慢混凝土内部的碳化速度。 这是因为碱度提高,即 Ca(OH)2 含量提高,会延迟其他水化产 物如 C-S-H 凝胶的碳化,因而会减慢混凝土内部的碳化速度。 那么究竟是碱度高好还是碱度低好呢?笔者认为要辩证地对 待这一问题。 在避免或减轻管片的表面龟裂方面,不管混凝土 的整体碱度如何,都希望降低混凝土的表面碱度。 粉煤灰固然对降低混凝土的整体碱度有很大作用,然而 它却并不能降低混凝土的表面碱度,其中的原因主要在于:① 粉煤灰在早期的活性较低,不能消耗大量的水化产物 Ca(OH)2, 不能阻止大量的 Ca(OH)2 向混凝土表面析出;②即使其活性增 大 后 可 消 耗 大 量 的 Ca(OH)2, 但 仍 不 能 阻 止 未 被 消 耗 的 Ca(OH)2 向表面迁移和富集。 因此掺加粉煤灰对减轻表面龟裂 的作用不大,而且掺粉煤灰之后,会降低混凝土的表面强度 (特别是抗拉强度),更不利于裂纹的减少,而且还有可能加重 龟裂的出现。 我公司的生产实践已证明了这一点,生产中改为 不加粉煤灰之后,龟裂程度减轻很多。 6 笔者进行了如下实验:用养护剂喷洒在刚脱模的管片(未 经蒸养)上的某一部位,定期观察管片的情况。第二天就发现 未喷的部位出现了龟裂,而喷养护剂的部位则未出现龟裂,以 后一段时间观察,情况仍然如此。 笔者认为这一现象的原因是 养护剂一方面阻隔了 CO2 与管片表面的直接接触,另一方面也 减少了水份的蒸发,既延缓或避免了碳化,又减少了干燥收缩, 因而延缓或避免了龟裂的出现。可见表面龟裂与碳化有很大 的关系。 4 龟裂的解决思路 笔者认为,管片产生龟裂的主要原因是两个因素:干燥收 缩和碳化收缩。 这两者的作用相互叠加,使龟裂的产生更趋容 易。当然,管片表面抗拉强度相对不足,也是一个重要原因。 正如前面所述,收缩拉应力的产生超前于表面抗拉强度的发 展会引起裂纹,表明收缩是其主导原因。 所以在解决龟裂方面, 其思路应该是:①减少或避免收缩(干缩和碳化收缩)所产生 的影响;②采取措施使混凝土表面的抗拉强度发展超前于收 缩拉应力的产生。 龟裂是一种较特殊的表面裂纹,与一般工程上所指的裂 缝不同,它们产生的原因也不太一致,因此在处理龟裂与处理 7 一般裂缝时其方法上应有所不同。笔者认为避免或延缓龟裂 的出现,主要方法有以下几个方面:①表面屏蔽法,既阻隔 CO2 与表面的直接接触,延缓或避免表面碳化,又减少干缩,例如 喷养护剂等;②表面增强法,使表面强度发展加快,例如掺杜 拉纤维处理表面;③表面碱度降低法,以减少碳化的影响,例 如用草酸处理表面;④表面收缩补偿法,以减少表面收缩,例 如,使用含膨胀剂的复合脱模剂。 此外还可选择收缩小而早期 强度高的水泥以及降低混凝土的塌落度等措施。 5 结论 (1)管片表面龟裂是一种微细裂纹,与一般工程所指的裂 缝不同,其在发展初期肉眼不可见,但随着干湿和冷热交替的 作用,会发展成肉眼可见的有害裂缝。 (2)碳化是产生微细裂纹的重要原因,碳化收缩和干燥收 缩的共同叠加作用是导致管片产生表面龟裂的主要原因。 (3)混凝土表面的碳化主要是 Ca(OH)2 的碳化,这一过程 在短时间内就可以发生,并不需要很长的时间,而且会引起混 凝土表面的收缩,是产生表面龟裂的一个重要原因。 8 (4)掺加粉煤灰能降低混凝土的整体碱度,但在降低混凝 土的表面碱度方面不起作用,对减轻表面碳化的作用不大,而 且有可能加重龟裂的出现。 (5)在一定程度上解决管片的表面龟裂的主要办法是避 免或减少收缩的影响,特别是减少碳化的影响。