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、相對濕度、溫度和試件尺寸等因素對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；相對濕度；溫度

中圖分類號：TU522.3+2 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：B 文章編號：1001- 702X10- 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、相對濕度、溫度和試件尺寸等因素對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)采用密度級別為B05 級、強(qiáng)度級別為A2.5 級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，相對濕度范圍40%～95%，溫度范圍10～80 ℃。

2 試驗(yàn)結(jié)果

　　溫度℃、相對濕度60%～65%時，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，放置在溫度為℃而相對濕度不同的調(diào)溫調(diào)濕箱中的干燥收縮見圖2。

　　不同相對濕度條件下，溫度為℃時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期變形。從長期來看，外界環(huán)境溫度和相對濕度是循環(huán)變化的[3]。將1 組加氣混凝土試件放置在溫度為℃、相對濕度為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度為初值，然后，調(diào)整相對濕度分別為75%和95%，待含水率穩(wěn)定時測量試件長度，結(jié)果見圖3。

　　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 、80 mm×80 mm×160 mm、80 mm×80 mm×320 mm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℃、相對濕度60%的調(diào)溫調(diào)濕箱中，測量試件的干燥收縮值，結(jié)果見圖4。

　　溫度℃、相對濕度60%時，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 ℃、相對濕度40%時，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℃、相對濕度60%～65%的環(huán)境中，干燥至平衡含水率時，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、相對濕度相同時，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]對加氣混凝土砌塊施工時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的含水率一般宜小于15%，對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 相對濕度對干燥收縮的影響

　　根據(jù)吸附和凝聚理論，一定溫度和相對濕度下，多孔材料存在一個固定的平衡含水率[6- 7]。溫度一定時，相對濕度不同，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，相對濕度越高，加氣混凝土失水越緩慢，平衡含水率越高，試件干燥收縮值越小；反之，相對濕度越低，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，相對濕度分別為43%、60%和80%時，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%這兩個階段，其中當(dāng)含水率從20%下降到10%時，干燥收縮占總收縮的30%～40%；含水率從10%下降到2%～4%時，干燥收縮占總收縮的40%～50%；相對濕度為95%時，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)境相對濕度發(fā)生變化時，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)以后，相對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，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，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 溫度對干燥收縮的影響

　　含水率相同時，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，隨著溫度的升高或相對濕度的降低，加氣混凝土干燥收縮值增大。

　　相對濕度越低，加氣混凝土的平衡含水率越低。相對濕度變化，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。

　　加氣混凝土達(dá)到氣干狀態(tài)以后，相對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，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。

參考文獻(xiàn):

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