摘 要:試驗研究了初始含水率、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,并結合實
際使用條件就各因素對粉煤灰加氣混凝土應用過程的干燥收縮進行了分析。
關鍵詞:粉煤灰加氣混凝土;干燥收縮;初始含水率;相對濕度;溫度
加氣混凝土是高分散性多孔結構輕質混凝土,總孔隙率可達70 %～85 %。在使用過程中,環境溫度和相對濕度等因素不斷變化導致加氣混凝土含水率相應變化,水分遷移使水、水蒸氣和孔結構之間產生強烈的相互作用,使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,并結合實際使用條件分析了各因素對粉煤灰加氣混凝土干燥收縮的影響程度。
1 試驗原材料和試驗方法
試驗采用密度級別為B05 級、強度級別為A2. 5級的粉煤灰加氣混凝土。試件的加工按照《加氣混凝土性能試驗方法》( GB/ T 11969 - 1997) ,干燥收縮值測量及試驗儀器按照《加氣混凝土干燥收縮試驗方法》( GB/ T11972 - 1997) 。調溫調濕箱,濕度范圍40 %～95 %R. H ,溫度范圍+ 10 ℃～80 ℃。
2 試驗結果
(1) 初始含水率不同時粉煤灰加氣混凝土試件在溫度(20 ±2) ℃、相對濕度60 %～65 %時干燥收縮見圖1 。(2) 粉煤灰加氣混凝土試件吸水飽和后(含水率約為80 %～85 %) 放置在溫度為(20 ±2) ℃,相對濕度不同的調溫調濕箱中的干燥收縮見圖2 。
(3) 不同相對濕度條件下,溫度為(20 ±2) ℃時粉煤灰加氣混凝土試件從絕干狀態吸附和從吸水飽和狀態解吸的平衡含水率見表1 。
(4) 外界環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生相應變化,影響加氣混凝土的長期變形。從長期來看,外界環境溫度和相對濕度是循環變化的[1 ] 。將一組粉煤灰加氣混凝土試件放置在溫度為(20 ±2) ℃、相對濕度為60 %的調溫調濕箱中,以試件在該狀態下達到平衡含水率后的長度為初值,然后,調整相對濕度分別為75 %和95 % ,待含水率穩定時測量試件長度,結果見圖3 (圖中曲線上方括號內數字為相應的相對濕度下的平衡含水率) 。
(5)《加氣混凝土干燥收縮試驗方法》( GB/T11972 - 1997) 采用的標準試件尺寸為40 mm ×40mm ×160 mm ,而加氣混凝土砌塊的尺寸明顯大于標準試件,試件尺寸不同,干燥收縮值也可能不同。采用40mm ×40mm ×160mm (1 # ) 、80mm ×80mm ×160mm(2 # ) 、80mm ×80mm ×320mm # 的粉煤灰加氣混凝土試件做干燥收縮試驗。三組試件吸水飽和后,放置在溫度(20 ±2) ℃、相對濕度60 %的調溫調濕箱中,測量試件的干燥收縮值,結果見圖4 。
(6) 溫度(20 ±2) ℃、相對濕度60 %時,1 # 從吸水飽和狀態到含水率小于5 %大約需要20d ,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到含水率小于5 %只需1d ,干燥收縮值約為1. 0 mm/ m。溫度越高,試件失水速度越快,干燥收縮值明顯增大。
3 討 論
3. 1 初始含水率對粉煤灰加氣混凝土干燥收縮的影響
根據圖1 , 初始含水率分別為85. 4 %、57. 1 %、18. 7 %的粉煤灰加氣混凝土試件在溫度(20 ±2) ℃、相對濕度60 %～65 %的環境中干燥至平衡含水率(含水率約3. 4 %) , 干燥收縮值分別為0. 625 mm/ m 、0. 521mm/ m、0. 312mm/ m。初始含水率是影響粉煤灰加氣混凝土干燥收縮的主要因素,干燥收縮值隨著含水率的降低而明顯減小。在溫度和相對濕度相同時,隨著初始含水率的降低,粉煤灰加氣混凝土試件干燥收縮值的降低近似于線性。
相關規范[2 ,3 ] 對加氣混凝土砌塊施工時的含水率做了較為嚴格的規定, 要求其含水率一般宜小于15 % ,對于粉煤灰加氣混凝土砌塊可不大于20 %。但是實際施工過程中,在施工前對粉煤灰加氣混凝土砌塊大量澆水,造成初始含水率過高,以致在使用過程中產生較大的干燥收縮。
3. 2 相對濕度對粉煤灰加氣混凝土干燥收縮的影響
根據吸附和凝聚理論,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[4 ,5 ] 。溫度一定時,相對濕度不同,粉煤灰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,粉煤灰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;相對濕度越低,則失水越迅速,平衡含水率也越低,試件干燥收縮值越大。
由圖2 可知,相對濕度為43 %、60 %和80 %時,粉煤灰加氣混凝土試件的干燥收縮主要產生在含水率從20 %左右下降到約10 %和從10 %左右下降到約2 %～4 %這兩個階段,其中當含水率從20 %下降到10 %時干燥收縮約占總收縮的30 %～40 % ,含水率從10 %下降到2 %～4 %時干燥收縮約占總收縮的40 %～50 %;相對濕度為95 %時,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,反而產生較小的膨脹,膨脹值約0. 1mm/ m。
根據圖3 ,當環境相對濕度發生變化時,粉煤灰加氣混凝土試件的平衡含水率隨之變化,產生相應的干縮濕脹變形,在較短的時間內產生了較大變形。粉煤灰加氣混凝土在使用過程中達到氣干狀態(平衡含水率小于5 %) 以后,相對濕度的明顯變化使粉煤灰加氣混凝土試件產生較大的干縮濕脹變形。但是,粉煤灰加氣混凝土砌塊尺寸比標準試件的尺寸大得多。因
此,粉煤灰加氣混凝土砌塊的含水率在通常環境下變化緩慢,砌塊表層含水率很低時,砌塊內部含水率仍然較高,含水率梯度產生較大的收縮應力。很多裂縫都是在砌塊達到氣干狀態以后出現的,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生的收縮應力是引起墻體裂縫的主要原因。
3. 3 溫度對粉煤灰加氣混凝土干燥收縮的影響
含水率相同時,隨著溫度的升高,粉煤灰加氣混凝土試件干燥收縮值增大。由于加氣混凝土具有良好的絕熱性能,導熱系數較小,夏季施工時,砌塊表面迅速干燥,產生較大的干燥收縮,而內部溫度變化較小,溫度梯度使砌塊表面和內部產生較大的變形差異。
3. 4 試件尺寸對粉煤灰加氣混凝土干燥收縮的影響
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。試驗過程中,1 # 、2 # 、3 # 試件從吸水飽和狀態到平衡含水率經歷的時間分別為16d、40d、44d ,干燥收縮值分別為0. 621 mm/ m、0. 278 mm/ m、0. 281 mm/ m。粉煤灰加氣混凝土的干燥收縮與試件的體積和表面積的比值(V/ S) 密切相關,V/ S 越小,干燥收縮越快,干燥收縮值越大。粉煤灰加氣混凝土干燥收縮具有明顯的尺寸效應,由于粉煤灰加氣混凝土砌塊尺寸比標準試件大得多,相同條件下砌塊的干燥收縮值必然明顯小于標準試件的干燥收縮值。
4 結 論
(1) 初始含水率越低,粉煤灰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,干燥收縮值增大。(2) 相對濕度越低,粉煤灰加氣混凝土的平衡含水率越低。相對濕度變化,其平衡含水率也隨之變化,產生相應的干縮濕脹變形。(3) 粉煤灰加氣混凝土達到氣干狀態(平衡含水率小于5 %) 以后,相對濕度的明顯變化可使其產生較大的干縮濕脹變形,由此產生的應力可以大于其抗拉強度。(4) 粉煤灰加氣混凝土砌塊含水率在通常環境下變化緩慢,表層含水率很低時,內部含水率仍然較高,含水率梯度使砌塊表層和內部產生較大的收縮變形差異。(5) 粉煤灰加氣混凝土干燥收縮具有明顯的尺寸效應,粉煤灰加氣混凝土砌塊的尺寸比標準試件大得多,因此砌塊的干燥收縮值必然小于標準試件。
