自流平水泥开裂起壳的原因及解决方案

       本文技术人员笔者主要分享了水泥自流平开裂起壳的原因以及对应的解决方案——硅镁自流平水泥控制体积稳定性的技术路线及效果，核心是在水泥加水硬化后12h产生其体积量千分级的膨胀及随后的延时缓慢膨胀，有效抵消砂浆因几种因素引起的收缩，做到微应力甚至无应力自流平砂浆，并且硅镁自流平水泥可以增强砂浆与基层的粘结能力，从而基本杜绝裂缝、空鼓起壳的产生。

  自流平水泥砂浆具有优良的施工性能，降低了施工费用，缩短了施工周期，同时保证了更好的施工质量。

  自流平水泥地坪材料是一种以无机胶凝材料为基材，与塑化剂、可分散乳胶粉等外加剂及石英砂等混合而成的地面材料。根据使用功能不同，水泥自流平砂浆可分为垫层材料和面层材料两类，垫层自流平材料仅作为塑胶地板、木地板等材料铺装前的地面找平材料使用，而面层材料则同时肩负找平、使用、装饰等功能于一身，可以整体施工，更加美观，更有效地保证施工效果。

  我国水泥基自流平砂浆市场目前主要产品为垫层材料，从欧美等发达国家和北京奥运场馆的地坪建设来看，平整度好、耐火等级高、使用寿命长的面层自流平水泥材料具有的价值和市场潜力更大，但目前面层自流平水泥材料施工成型后的地坪产生微裂缝甚至是贯穿性大裂纹及局部空鼓起壳对面层自流平推广使用形成了非常大的阻碍，这一系列问题可导致地坪丢失装饰功能甚至丧失使用功能。需要清理掉重新施工，耽误了工期，浪费大量的人力物力财力等成本。

  自流平水泥地坪出现开裂、起壳的主要原因：

  1、水泥自身的特有属性

　水泥在水化过程中生成的水化产物发生的体积收缩，形成了收缩应力，水泥收缩变化过大导致开裂。

  2、硬化收缩

　自流平水泥砂浆施工后在硬化过程中，由于为保证施工性而多掺入的水分会不断散失，并形成干缩，也是收缩应力的来源，且随着时间的推移，收缩应力会逐渐增大（一般在7d以后干缩应力的增幅逐渐变小，应力趋于稳定），如果收缩应力过大，超出了水泥自流平砂浆的某些区域或者粘结层所能承受的拉力，则水泥自流平砂浆将产生开裂、空鼓现象。

  3、材料配方不合理，硬化砂浆与基层粘结力不强产生开裂起壳

　以上原因产生的应力持续作用于硬化薄层砂浆中，一旦自流平水泥砂浆某个区域有缺陷或薄弱点，应力就像是在这里找到了一个发泄口，到一定程度后产生裂纹，一旦某个区域与基层粘结不牢，同样由于应力的作用而将薄弱的粘结破坏，产生空鼓起壳。由于墙角区域的砂浆与墙体不是一个整体，一般只受到朝向中心方向的应力作用，所以更容易出现起鼓开裂。

  关于以上问题，经过长期的实验研究验证，引入含有活性镁的多组分水泥膨胀材料、配制成硅镁自流平水泥，终于得到一种控制自流平水泥收缩的有效解决方案。该自流平水泥控制收缩应力的方式有以下几个方面：

  1、水化体积收缩，一般自流平水泥在加水成型后约12h就会产生显著的收缩，此时的收缩主要为材料相变收缩及失水收缩，如果此时收缩不加以控制，则收缩应力会逐步增大，对材料与基层连接强度持续产生不利影响，同时由于此时材料强度不高，收缩应力容易集中到某些强度薄弱区，形成肉眼不可见的内部微裂纹，为以后宏观可见的裂纹出现提供了条件。

  硅镁自流平水泥其特有的膨胀组分可以在水化成型后3h硬化，12h后产生约1‰的可控体积膨胀，从而杜绝了微观裂纹的产生，同时由于合理的膨胀，收缩应力不再产生，墙角等处的界面层也没有应力的作用，其粘结强度得到了充分的保障。

  硅镁自流平水泥早期的体积显著膨胀不是采用以损失强度为代价的塑形膨胀剂，而是通过引入的活性膨胀组分，减少了水泥水化产物中的凝胶相，生成了产生膨胀的凝胶相，随着早期水化膨胀的不断产生，砂浆中会产生少量的膨胀应力，以供部分抵消后期将要继续产生的水化收缩、干缩等。

  2、水泥干缩，随着水泥水化的进行，其化学收缩与干缩相伴相生，砂浆体随着水分的不断散失，干缩变形也越来越大，实验发现砂浆试块在水养条件下与在65%湿度的空气中养护，其体积变形值达到0.5‰，再加上化学收缩等因素，水泥砂浆的变形值不断增大，同样会引起开裂空鼓现象。硅镁自流平水泥含有活性氧化镁组分，氧化镁具有延时膨胀性，能够不断地产生适量膨胀来抵消干缩等带来的不良影响。

  3、与基层粘结力，由于有效地控制了自流平水泥的体积收缩，大大减少了收缩应力对界面层的不良作用，同时由于硅镁自流平水泥含有一定量的聚合物改性材料，界面层的粘结强度获得了良好的发展，从而有效地避免了空鼓的可能性。

  为了直观地表示出硅镁自流平水泥的尺寸变化特点，可以用一个简易的定性实验进行展示：使用一块长宽为1.2×0.1m的铝薄片，其四周贴上封边条，将硅镁自流平水泥搅拌浇筑于铝薄片上，置于室内环境中，待其硬化后撕去封边条，观察铝薄片的形状变化情况，如果铝薄片承载面两端上翘，则证明砂浆体产生了收缩，如果铝薄片承载面的中心上鼓，则证明砂浆体产生了体积膨胀。实验发现：硅镁自流平砂浆成型后12h左右，铝片的中心会上鼓2～4mm，半个月后铝片会慢慢恢复为直线，约20d左右，铝片两端上翘约1mm，此后砂浆试块没有再产生明显的体积变化。若用市面上普通自流平水泥做同等条件对比实验，没有发现铝片有中间鼓起现象，而是初始即产生收缩导致两端上翘，最终的尺寸变化一般都是两端上翘3～4mm。

  结论

  多次尺寸变化率实验得出结论：硅镁自流平水泥1～28d的体积变化率为-0.3‰至0.5‰之间，远低于标准要的±1.5‰。良好的尺寸稳定性有效地避免了有害应力的出现，从而从根本上减少了裂缝、空鼓和起壳等现象出现的可能性。

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2017年09月28日