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干燥知识
第三十六篇:粉煤灰加气混凝土干燥收缩特性的研究

摘 要:试验研究了初始含水率、相对湿度、温度和试件尺寸等因素对粉煤灰加气混凝土干燥收缩的影响,并结合实
际使用条件就各因素对粉煤灰加气混凝土应用过程的干燥收缩进行了分析。
    关键词:粉煤灰加气混凝土;干燥收缩;初始含水率;相对湿度;温度

     加气混凝土是高分散性多孔结构轻质混凝土,总孔隙率可达70 %~85 %。在使用过程中,环境温度和相对湿度等因素不断变化导致加气混凝土含水率相应变化,水分迁移使水、水蒸气和孔结构之间产生强烈的相互作用,使加气混凝土体积改变。本文研究了初始含水率、相对湿度、温度和试件尺寸等因素对粉煤灰加气混凝土干燥收缩的影响,并结合实际使用条件分析了各因素对粉煤灰加气混凝土干燥收缩的影响程度。
1  试验原材料和试验方法
    试验采用密度级别为B05 级、强度级别为A2. 5级的粉煤灰加气混凝土。试件的加工按照《加气混凝土性能试验方法》( GB/ T 11969 - 1997) ,干燥收缩值测量及试验仪器按照《加气混凝土干燥收缩试验方法》( GB/ T11972 - 1997) 。调温调湿箱,湿度范围40 %~95 %R. H ,温度范围+ 10 ℃~80 ℃。
2  试验结果
    (1) 初始含水率不同时粉煤灰加气混凝土试件在温度(20 ±2) ℃、相对湿度60 %~65 %时干燥收缩见图1 。(2) 粉煤灰加气混凝土试件吸水饱和后(含水率约为80 %~85 %) 放置在温度为(20 ±2) ℃,相对湿度不同的调温调湿箱中的干燥收缩见图2 。

(3) 不同相对湿度条件下,温度为(20 ±2) ℃时粉煤灰加气混凝土试件从绝干状态吸附和从吸水饱和状态解吸的平衡含水率见表1 。

(4) 外界环境温度和相对湿度始终在不断变化,使加气混凝土含水率发生相应变化,影响加气混凝土的长期变形。从长期来看,外界环境温度和相对湿度是循环变化的[1 ] 。将一组粉煤灰加气混凝土试件放置在温度为(20 ±2) ℃、相对湿度为60 %的调温调湿箱中,以试件在该状态下达到平衡含水率后的长度为初值,然后,调整相对湿度分别为75 %和95 % ,待含水率稳定时测量试件长度,结果见图3 (图中曲线上方括号内数字为相应的相对湿度下的平衡含水率) 。
    (5)《加气混凝土干燥收缩试验方法》( GB/T11972 - 1997) 采用的标准试件尺寸为40 mm ×40mm ×160 mm ,而加气混凝土砌块的尺寸明显大于标准试件,试件尺寸不同,干燥收缩值也可能不同。采用40mm ×40mm ×160mm (1 # ) 、80mm ×80mm ×160mm(2 # ) 、80mm ×80mm ×320mm # 的粉煤灰加气混凝土试件做干燥收缩试验。三组试件吸水饱和后,放置在温度(20 ±2) ℃、相对湿度60 %的调温调湿箱中,测量试件的干燥收缩值,结果见图4 。

(6) 温度(20 ±2) ℃、相对湿度60 %时,1 # 从吸水饱和状态到含水率小于5 %大约需要20d ,干燥收缩值为0. 7 mm/ m。温度35 ℃~40 ℃、相对湿度40 %时,粉煤灰加气混凝土试件从吸水饱和状态到含水率小于5 %只需1d ,干燥收缩值约为1. 0 mm/ m。温度越高,试件失水速度越快,干燥收缩值明显增大。
3  讨  论
3. 1  初始含水率对粉煤灰加气混凝土干燥收缩的影响
    根据图1 , 初始含水率分别为85. 4 %、57. 1 %、18. 7 %的粉煤灰加气混凝土试件在温度(20 ±2) ℃、相对湿度60 %~65 %的环境中干燥至平衡含水率(含水率约3. 4 %) , 干燥收缩值分别为0. 625 mm/ m 、0. 521mm/ m、0. 312mm/ m。初始含水率是影响粉煤灰加气混凝土干燥收缩的主要因素,干燥收缩值随着含水率的降低而明显减小。在温度和相对湿度相同时,随着初始含水率的降低,粉煤灰加气混凝土试件干燥收缩值的降低近似于线性。
    相关规范[2 ,3 ] 对加气混凝土砌块施工时的含水率做了较为严格的规定, 要求其含水率一般宜小于15 % ,对于粉煤灰加气混凝土砌块可不大于20 %。但是实际施工过程中,在施工前对粉煤灰加气混凝土砌块大量浇水,造成初始含水率过高,以致在使用过程中产生较大的干燥收缩。
3. 2  相对湿度对粉煤灰加气混凝土干燥收缩的影响
    根据吸附和凝聚理论,一定温度和相对湿度下,多孔材料存在一个固定的平衡含水率[4 ,5 ] 。温度一定时,相对湿度不同,粉煤灰加气混凝土解吸和吸附的平衡含水率不同。从表1 和图2 可知,温度相同时,相对湿度越高,粉煤灰加气混凝土失水越缓慢,平衡含水率越高,试件干燥收缩值越小;相对湿度越低,则失水越迅速,平衡含水率也越低,试件干燥收缩值越大。
    由图2 可知,相对湿度为43 %、60 %和80 %时,粉煤灰加气混凝土试件的干燥收缩主要产生在含水率从20 %左右下降到约10 %和从10 %左右下降到约2 %~4 %这两个阶段,其中当含水率从20 %下降到10 %时干燥收缩约占总收缩的30 %~40 % ,含水率从10 %下降到2 %~4 %时干燥收缩约占总收缩的40 %~50 %;相对湿度为95 %时,试件失水非常缓慢,平衡含水率为75. 0 %~80. 0 % ,失水后试件没有收缩,反而产生较小的膨胀,膨胀值约0. 1mm/ m。
    根据图3 ,当环境相对湿度发生变化时,粉煤灰加气混凝土试件的平衡含水率随之变化,产生相应的干缩湿胀变形,在较短的时间内产生了较大变形。粉煤灰加气混凝土在使用过程中达到气干状态(平衡含水率小于5 %) 以后,相对湿度的明显变化使粉煤灰加气混凝土试件产生较大的干缩湿胀变形。但是,粉煤灰加气混凝土砌块尺寸比标准试件的尺寸大得多。因
此,粉煤灰加气混凝土砌块的含水率在通常环境下变化缓慢,砌块表层含水率很低时,砌块内部含水率仍然较高,含水率梯度产生较大的收缩应力。很多裂缝都是在砌块达到气干状态以后出现的,说明由于外界相对湿度变化造成的砌块含水率变化和含水率梯度产生的收缩应力是引起墙体裂缝的主要原因。
3. 3  温度对粉煤灰加气混凝土干燥收缩的影响
    含水率相同时,随着温度的升高,粉煤灰加气混凝土试件干燥收缩值增大。由于加气混凝土具有良好的绝热性能,导热系数较小,夏季施工时,砌块表面迅速干燥,产生较大的干燥收缩,而内部温度变化较小,温度梯度使砌块表面和内部产生较大的变形差异。
3. 4  试件尺寸对粉煤灰加气混凝土干燥收缩的影响
    由图4 可以看出,1 # 试件的收缩曲线比较陡峭,干燥收缩较快;2 # 和3 # 试件的收缩曲线比较平缓,干燥收缩缓慢。试验过程中,1 # 、2 # 、3 # 试件从吸水饱和状态到平衡含水率经历的时间分别为16d、40d、44d ,干燥收缩值分别为0. 621 mm/ m、0. 278 mm/ m、0. 281 mm/ m。粉煤灰加气混凝土的干燥收缩与试件的体积和表面积的比值(V/ S) 密切相关,V/ S 越小,干燥收缩越快,干燥收缩值越大。粉煤灰加气混凝土干燥收缩具有明显的尺寸效应,由于粉煤灰加气混凝土砌块尺寸比标准试件大得多,相同条件下砌块的干燥收缩值必然明显小于标准试件的干燥收缩值。
4  结  论
    (1) 初始含水率越低,粉煤灰加气混凝土的干燥收缩值越小。初始含水率相同时,随着温度的升高或相对湿度的降低,干燥收缩值增大。(2) 相对湿度越低,粉煤灰加气混凝土的平衡含水率越低。相对湿度变化,其平衡含水率也随之变化,产生相应的干缩湿胀变形。(3) 粉煤灰加气混凝土达到气干状态(平衡含水率小于5 %) 以后,相对湿度的明显变化可使其产生较大的干缩湿胀变形,由此产生的应力可以大于其抗拉强度。(4) 粉煤灰加气混凝土砌块含水率在通常环境下变化缓慢,表层含水率很低时,内部含水率仍然较高,含水率梯度使砌块表层和内部产生较大的收缩变形差异。(5) 粉煤灰加气混凝土干燥收缩具有明显的尺寸效应,粉煤灰加气混凝土砌块的尺寸比标准试件大得多,因此砌块的干燥收缩值必然小于标准试件。

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