大坝施工的"隐形裂缝"
建大坝、修机场跑道时,混凝土常分多层浇筑——像做三明治,一层铺完压实,再铺下一层。但如果两层间隔太久,就会形成"冷缝"(层间弱结合面),像三明治没压好,轻轻一掰就分家。这种冷缝有多危险?研究发现:两层间隔3小时(180分钟),碾压混凝土(RCC)的劈拉强度能暴跌31%,还可能漏水! 土耳其学者通过实验找到破解法:层间铺层砂浆,能把强度损失从31%降到10%,漏水风险降59%。
冷缝:混凝土的"三明治隐患"
碾压混凝土(RCC)是修路、建坝的"硬汉材料",靠振动碾压成型,比普通混凝土更密实、更省水泥。但它的致命弱点是分层施工——第一层初凝后,表面水分蒸发、硬度上升,第二层再铺上去,就像在硬化的面包片上抹果酱,很难粘牢。冷缝一出现,混凝土的抗拉、抗折强度大降,还成了"透水层",水一压就漏,大坝可能渗水、道路可能开裂。
三种"粘合术"大比拼
为解决冷缝问题,研究团队试了三种方法:
- 缓凝剂:让第一层混凝土晚点凝固,给第二层更多"粘合时间";
- 粘胶喷雾:在第一层表面喷聚合物胶,增加层间粘性;
- 砂浆层:在两层间铺1厘米厚的高强砂浆,像给"面包片"涂层强力果酱。
结果发现,砂浆层最管用:当两层间隔3小时(180分钟),没处理的试件劈拉强度暴跌31%,抗压强度降17%;而铺了砂浆层的试件,劈拉强度仅降10%,抗压强度降9%。更关键的是,没处理的试件3小时后完全透水(水直接穿透),铺了砂浆层的试件透水深度减少59%,相当于给混凝土加了层"防水膜"。
粉煤灰的"双刃剑"效应
研究还测试了粉煤灰替代水泥或骨料的效果——粉煤灰是电厂废料,能降低混凝土成本、减少碳排放,但对冷缝影响如何?
- 替代水泥:粉煤灰加得越多(替代20%、40%、60%水泥),混凝土强度越低。比如替代60%水泥时,28天抗压强度从46.3MPa降到29.1MPa,透水深度从62mm增至99mm。这是因为粉煤灰的早期活性不如水泥,层间更难粘牢。
- 替代骨料:粉煤灰替换部分石子(替代20%、40%、60%骨料),反而提升了强度和抗渗性。比如替代60%骨料时,28天抗压强度升到53.6MPa,透水深度降到47mm。这是因为粉煤灰更细,能填充骨料空隙,让混凝土更密实。
冷缝的"时间密码"
实验发现,冷缝的危害和两层间隔时间直接相关:
- 60分钟:间隔1小时,强度仅降1%-4%,像三明治刚烤好,层间还能部分粘合;
- 120分钟:间隔2小时,强度降2%-14%,面包片开始变硬,粘合难度上升;
- 180分钟:间隔3小时,强度暴跌10%-24%,面包片完全硬了,层间几乎"分家"。
未来:让冷缝"消失"的施工指南
目前,这项研究为碾压混凝土施工提供了明确建议:分层浇筑时,尽量控制在2小时内完成;若必须延长,层间铺1厘米砂浆。团队还计划进一步研究其他工业废料(如矿渣、硅灰)的替代效果,以及长期(超90天)性能变化,让混凝土更耐用、更环保。