粉煤灰加氣混凝土干燥收縮特性的研究

摘要：試驗(yàn)研究初始含水率、相對(duì)濕度、溫度和試件尺寸等因素對(duì)粉煤灰加氣混凝土干燥收縮的影響，并結(jié)合實(shí)際使用條件分析了這些因素對(duì)加氣混凝土使用過程干燥收縮的影響。

關(guān)鍵詞：粉煤灰加氣混凝土；干燥收縮；初始含水率；相對(duì)濕度；溫度

中圖分類號(hào)：TU522.3+2 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：B 文章編號(hào)：1001- 702X（2006）10- 0029- 03

　　加氣混凝土是高分散性多孔結(jié)構(gòu)輕質(zhì)混凝土，總孔隙率可達(dá)70%～85%，孔表面積約40～50 m2/g[1- 2]。在使用過程中，環(huán)境溫度和相對(duì)濕度等因素的不斷變化導(dǎo)致加氣混凝土含水率的相應(yīng)變化及水分遷移，使水、水蒸氣和孔結(jié)構(gòu)之間產(chǎn)生了強(qiáng)烈的相互作用，造成加氣混凝土體積改變。本文研究了初始含水率、相對(duì)濕度、溫度和試件尺寸等因素對(duì)粉煤灰加氣混凝土干燥收縮的影響，并結(jié)合實(shí)際使用條件分析了這些因素對(duì)粉煤灰加氣混凝土干燥收縮的影響程度。

1 試驗(yàn)原材料和試驗(yàn)方法

　　試驗(yàn)采用密度級(jí)別為B05 級(jí)、強(qiáng)度級(jí)別為A2.5 級(jí)的粉煤灰加氣混凝土。試件的加工按照GB/T 11969—1997《加氣混凝土性能試驗(yàn)方法總則》，干燥收縮值測(cè)量及試驗(yàn)儀器按照GB/T11972—1997《加氣混凝土干燥收縮試驗(yàn)方法》。調(diào)溫調(diào)濕箱為重慶試驗(yàn)設(shè)備廠生產(chǎn)的WS/08- 01 型，相對(duì)濕度范圍40%～95%，溫度范圍10～80 ℃。

2 試驗(yàn)結(jié)果

　?。?）溫度（20±2）℃、相對(duì)濕度60%～65%時(shí)，初始含水率不同的粉煤灰加氣混凝土的干燥收縮見圖1。

　?。?）粉煤灰加氣混凝土試件吸水飽和后（含水率為80%～85%），放置在溫度為（20±2）℃而相對(duì)濕度不同的調(diào)溫調(diào)濕箱中的干燥收縮見圖2。

　?。?）不同相對(duì)濕度條件下，溫度為（20±2）℃時(shí)粉煤灰加氣混凝土從絕干狀態(tài)吸附和從吸水飽和狀態(tài)解吸的平衡含水率見表1。

　?。?）外界環(huán)境溫度和相對(duì)濕度始終在不斷變化，使加氣混凝土含水率發(fā)生相應(yīng)變化，影響加氣混凝土的長(zhǎng)期變形。從長(zhǎng)期來看，外界環(huán)境溫度和相對(duì)濕度是循環(huán)變化的[3]。將1 組加氣混凝土試件放置在溫度為（20±2）℃、相對(duì)濕度為60%的調(diào)溫調(diào)濕箱中，以試件在該狀態(tài)下達(dá)到平衡含水率后的長(zhǎng)度為初值，然后，調(diào)整相對(duì)濕度分別為75%和95%，待含水率穩(wěn)定時(shí)測(cè)量試件長(zhǎng)度，結(jié)果見圖3（圖中曲線上括號(hào)內(nèi)數(shù)字為相應(yīng)的相對(duì)濕度下的平衡含水率）。

　?。?）GB/T 11972—1997 采用的標(biāo)準(zhǔn)試件尺寸為40 mm×40 mm×160 mm，而加氣混凝土砌塊的尺寸明顯大于標(biāo)準(zhǔn)試件，試件尺寸不同，干燥收縮值也可能不同。采用3 組尺寸分別為40 mm×40 mm×160 mm （1#）、80 mm×80 mm×160 mm（2#）、80 mm×80 mm×320 mm（3#）的試件做干燥收縮試驗(yàn)。3 組試件吸水飽和后，放置在溫度（20±2）℃、相對(duì)濕度60%的調(diào)溫調(diào)濕箱中，測(cè)量試件的干燥收縮值，結(jié)果見圖4。

　?。?）溫度（20±2）℃、相對(duì)濕度60%時(shí)，1# 試件從吸水飽和狀態(tài)到含水率小于5%大約需要20 d，干燥收縮值為0.7 mm/m。溫度35～40 ℃、相對(duì)濕度40%時(shí)，粉煤灰加氣混凝土試件從吸水飽和狀態(tài)到含水率小于5%只需1 d，干燥收縮值約為1.0 mm/m。溫度越高，加氣混凝土試件失水速度越快，干燥收縮值明顯增大。

3 討論

3.1 初始含水率對(duì)干燥收縮的影響

　　由圖1 可知，初始含水率分別為85.4%、57.1%、18.7%的試件在溫度（20±2）℃、相對(duì)濕度60%～65%的環(huán)境中，干燥至平衡含水率（約為3.4%）時(shí)，干燥收縮值分別為0.625、0.521、0.312 mm/m。初始含水率是影響加氣混凝土干燥收縮值的主要因素，加氣混凝土的干燥收縮值隨著含水率的降低而明顯減小。在溫度、相對(duì)濕度相同時(shí)，隨著初始含水率的降低，試件干燥收縮值的降低近似于線性。

　　相關(guān)規(guī)范[4- 5]對(duì)加氣混凝土砌塊施工時(shí)的含水率都做了較為嚴(yán)格的規(guī)定，要求加氣混凝土制品施工時(shí)的含水率一般宜小于15%，對(duì)于粉煤灰加氣混凝土制品可不大于20%。但是實(shí)際施工過程中，往往在施工前對(duì)加氣混凝土制品大量澆水，造成初始含水率過高，使其在使用過程中產(chǎn)生較大的干燥收縮。

3.2 相對(duì)濕度對(duì)干燥收縮的影響

　　根據(jù)吸附和凝聚理論，一定溫度和相對(duì)濕度下，多孔材料存在一個(gè)固定的平衡含水率[6- 7]。溫度一定時(shí)，相對(duì)濕度不同，加氣混凝土解吸和吸附的平衡含水率不同。從表1 和圖2 可知，溫度相同時(shí)，相對(duì)濕度越高，加氣混凝土失水越緩慢，平衡含水率越高，試件干燥收縮值越?。环粗?，相對(duì)濕度越低，加氣混凝土失水越迅速，平衡含水率也越低，試件干燥收縮值越大。

　　由圖2 可知，相對(duì)濕度分別為43%、60%和80%時(shí)，加氣混凝土試件的干燥收縮主要產(chǎn)生在含水率從20%左右下降到約10%和從10%左右下降到2%～4%這兩個(gè)階段，其中當(dāng)含水率從20%下降到10%時(shí)，干燥收縮占總收縮的30%～40%；含水率從10%下降到2%～4%時(shí)，干燥收縮占總收縮的40%～50%；相對(duì)濕度為95%時(shí)，加氣混凝土試件失水非常緩慢，平衡含水率為75.0%～80.0%，失水后試件沒有收縮反而產(chǎn)生較小的膨脹，膨脹值約0.1 mm/m。

　　由圖3 可知，當(dāng)環(huán)境相對(duì)濕度發(fā)生變化時(shí)，加氣混凝土的平衡含水率隨之變化，產(chǎn)生相應(yīng)的干縮濕脹變形，在較短的時(shí)間內(nèi)產(chǎn)生了較大變形。加氣混凝土在使用過程中達(dá)到氣干狀態(tài)（平衡含水率小于5%）以后，相對(duì)濕度的明顯變化使加氣混凝土產(chǎn)生較大的干縮濕脹變形。同時(shí)，加氣混凝土砌塊含水率在通常環(huán)境下變化緩慢，表層含水率很低時(shí)，內(nèi)部含水率仍然較高，含水率梯度產(chǎn)生較大的收縮應(yīng)力。很多裂縫都是在砌塊達(dá)到氣干狀態(tài)以后出現(xiàn)的，說明由于外界相對(duì)濕度變化造成的砌塊含水率變化和含水率梯度產(chǎn)生的收縮應(yīng)力是引起加氣混凝土墻體裂縫的主要原因。

3.3 溫度對(duì)干燥收縮的影響

　　含水率相同時(shí)，隨著溫度的升高，加氣混凝土干燥收縮值增大。由于加氣混凝土具有良好的絕熱性能，導(dǎo)熱系數(shù)較小，夏季施工時(shí)加氣混凝土表面干燥迅速，易產(chǎn)生較大的干燥收縮，而內(nèi)部溫度變化較小，溫度梯度使制品表面和內(nèi)部產(chǎn)生較大的變形差異。

3.4 試件尺寸對(duì)干燥收縮的影響

　　由圖4 可以看出，1# 試件的收縮曲線比較陡峭，干燥收縮較快；2# 和3# 試件的收縮曲線比較平緩，干燥收縮緩慢。試驗(yàn)過程中，1#、2#、3# 試件從吸水飽和狀態(tài)到平衡含水率經(jīng)歷的時(shí)間分別為16、40、44 d，干燥收縮值分別為0.621、0.278、0.281mm/m。

　　加氣混凝土的干燥收縮與試件的體積V 和表面積S 的比值密切相關(guān)，V/S 越小，干燥收縮越快，干燥收縮值越大。加氣混凝土干燥收縮具有明顯的尺寸效應(yīng)，由于加氣混凝土砌塊的尺寸遠(yuǎn)大于標(biāo)準(zhǔn)試件，相同條件下砌塊的干燥收縮值必然明顯小于標(biāo)準(zhǔn)試件的干燥收縮值。

4 結(jié)論

　?。?）初始含水率越低，加氣混凝土的干燥收縮值越小。初始含水率相同時(shí)，隨著溫度的升高或相對(duì)濕度的降低，加氣混凝土干燥收縮值增大。

　?。?）相對(duì)濕度越低，加氣混凝土的平衡含水率越低。相對(duì)濕度變化，加氣混凝土的平衡含水率也隨之變化，產(chǎn)生相應(yīng)的干縮濕脹變形。

　　（3）加氣混凝土達(dá)到氣干狀態(tài)（平衡含水率小于5%）以后，相對(duì)濕度的明顯變化可以使加氣混凝土產(chǎn)生較大的干縮濕脹變形，由此產(chǎn)生的應(yīng)力可能大于加氣混凝土的抗拉強(qiáng)度。

　?。?）加氣混凝土砌塊含水率在通常環(huán)境下變化緩慢，表層含水率很低時(shí)，內(nèi)部含水率仍然較高，含水率梯度使砌塊表層和內(nèi)部產(chǎn)生較大的收縮變形差異。

　?。?）加氣混凝土干燥收縮具有明顯的尺寸效應(yīng)，加氣混凝土砌塊的尺寸遠(yuǎn)大于標(biāo)準(zhǔn)試件，因此砌塊的干燥收縮值必然小于標(biāo)準(zhǔn)試件。

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