2010年建筑师考试：聚合物砂浆整体地面产生裂缝起壳和脱层的原因

裂缝和脱层现象表明，在聚合物砂浆内、聚合物砂浆与水泥混凝土界面区存在较高的残余应力，一旦这种残余应力超过水泥混凝土抗剪强度或聚合物砂浆的抗拉强度，就会出现上述现象。残余应力产生的原因和聚合物砂浆整体地面的应力状态又是如何呢？聚合物砂浆是由无机和有机材料组成的多相复合材料。无机材料一般为硅质或碳质材料，主要用作砂浆中的惰性填料；有机材料则以环氧、不饱和聚酯、乙烯基酯等热固性树脂为主，用作砂浆中的胶结材料。以环氧、聚酯、乙烯基酯为代表的聚合物的硬化过程是放热反应过程，放热峰值一般都在100℃以上，放热反应所产生的热量使砂浆温度上升，长度略有增长，随后聚合物砂浆慢慢冷却并收缩。此外树脂内线性分子要交联形成网状高分子而产生聚合收缩，贯穿于整个硬化过程。据测算聚合物砂浆收缩率一般都在1×10、6×10之间，远远大于水泥混凝土的收缩率（约在3×10～5×10 ），因此收缩是聚合物砂浆硬化过程的必然结果。聚合物砂浆整体地面的浇注是在早已硬化的水泥混凝土基层上进行，间隔时间一般在28天或更长。水泥混凝土基层厚度比聚合物砂浆面层厚度大得多，一般在30～60倍之间，而此时的水泥混凝上的硬化收缩基本完成，可以认定水泥混凝土是无变形的刚性体，粘结层中不产生任何相对变形，亦即聚合物砂浆面层变形与水泥混凝土协调一致；由于面层刚度远远小于基层刚度，而且聚合物砂浆弹性模量比水泥混凝土要小5～10倍，因而面层的收缩变形对基层影响甚微，完全受到基层控制，变形几乎为零。
因此，聚合物砂浆整体地面系统中，面层的变形滞后受阻。硬化初期，在聚合物砂浆变热期问，由于此时材料弹性模量较小，应力松驰较大，在聚合物砂浆面层产生较小的收缩应力；而在硬化后期，聚合物砂浆要冷却，聚合收缩增大，此时弹性模量增大，应力松驰减小，在聚合物砂浆面层将产生较大的拉伸应力，而与水泥混凝土的界面区将产生剪应力。收缩变形越大，弹性模量越大，应力也就越大。一旦这种应力超过混凝上的抗剪强度，就会产生裂缝、起壳和脱层的现象