粉煤灰加气混凝土干燥收缩特性的研究

摘要：试验研究初始含水率、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这些因素对加气混凝土使用过程干燥收缩的影响。

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

中图分类号：TU522.3+2 文献标识码：B 文章编号：1001- 702X10- 0029- 03

　　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%，孔表面积约40～50 m2/g[1- 2]。在使用过程中，环境温度和相对湿度等因素的不断变化导致加气混凝土含水率的相应变化及水分迁移，使水、水蒸气和孔结构之间产生了强烈的相互作用，造成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这些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GB/T 11969—1997《加气混凝土性能试验方法总则》，干燥收缩值测量及试验仪器按照GB/T11972—1997《加气混凝土干燥收缩试验方法》。调温调湿箱为重庆试验设备厂生产的WS/08- 01 型，相对湿度范围40%～95%，温度范围10～80 ℃。

2 试验结果

　　温度℃、相对湿度60%～65%时，初始含水率不同的粉煤灰加气混凝土的干燥收缩见图1。

　　粉煤灰加气混凝土试件吸水饱和后，放置在温度为℃而相对湿度不同的调温调湿箱中的干燥收缩见图2。

　　不同相对湿度条件下，温度为℃时粉煤灰加气混凝土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。

　　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[3]。将1 组加气混凝土试件放置在温度为℃、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。

　　GB/T 11972—1997 采用的标准试件尺寸为40 mm×40 mm×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3 组尺寸分别为40 mm×40 mm×160 mm 、80 mm×80 mm×160 mm、80 mm×80 mm×320 mm的试件做干燥收缩试验。3 组试件吸水饱和后，放置在温度℃、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。

　　温度℃、相对湿度60%时，1# 试件从吸水饱和状态到含水率小于5%大约需要20 d，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1 d，干燥收缩值约为1.0 mm/m。温度越高，加气混凝土试件失水速度越快，干燥收缩值明显增大。

3 讨论

3.1 初始含水率对干燥收缩的影响

　　由图1 可知，初始含水率分别为85.4%、57.1%、18.7%的试件在温度℃、相对湿度60%～65%的环境中，干燥至平衡含水率时，干燥收缩值分别为0.625、0.521、0.312 mm/m。初始含水率是影响加气混凝土干燥收缩值的主要因素，加气混凝土的干燥收缩值随着含水率的降低而明显减小。在温度、相对湿度相同时，随着初始含水率的降低，试件干燥收缩值的降低近似于线性。

　　相关规范[4- 5]对加气混凝土砌块施工时的含水率都做了较为严格的规定，要求加气混凝土制品施工时的含水率一般宜小于15%，对于粉煤灰加气混凝土制品可不大于20%。但是实际施工过程中，往往在施工前对加气混凝土制品大量浇水，造成初始含水率过高，使其在使用过程中产生较大的干燥收缩。

3.2 相对湿度对干燥收缩的影响

　　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[6- 7]。温度一定时，相对湿度不同，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，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；反之，相对湿度越低，加气混凝土失水越迅速，平衡含水率也越低，试件干燥收缩值越大。

　　由图2 可知，相对湿度分别为43%、60%和80%时，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2%～4%这两个阶段，其中当含水率从20%下降到10%时，干燥收缩占总收缩的30%～40%；含水率从10%下降到2%～4%时，干燥收缩占总收缩的40%～50%；相对湿度为95%时，加气混凝土试件失水非常缓慢，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0.1 mm/m。

　　由图3 可知，当环境相对湿度发生变化时，加气混凝土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。加气混凝土在使用过程中达到气干状态以后，相对湿度的明显变化使加气混凝土产生较大的干缩湿胀变形。同时，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加气混凝土墙体裂缝的主要原因。

3.3 温度对干燥收缩的影响

　　含水率相同时，随着温度的升高，加气混凝土干燥收缩值增大。由于加气混凝土具有良好的绝热性能，导热系数较小，夏季施工时加气混凝土表面干燥迅速，易产生较大的干燥收缩，而内部温度变化较小，温度梯度使制品表面和内部产生较大的变形差异。

3.4 试件尺寸对干燥收缩的影响

　　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16、40、44 d，干燥收缩值分别为0.621、0.278、0.281mm/m。

　　加气混凝土的干燥收缩与试件的体积V 和表面积S 的比值密切相关，V/S 越小，干燥收缩越快，干燥收缩值越大。加气混凝土干燥收缩具有明显的尺寸效应，由于加气混凝土砌块的尺寸远大于标准试件，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

　　初始含水率越低，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，加气混凝土干燥收缩值增大。

　　相对湿度越低，加气混凝土的平衡含水率越低。相对湿度变化，加气混凝土的平衡含水率也随之变化，产生相应的干缩湿胀变形。

　　加气混凝土达到气干状态以后，相对湿度的明显变化可以使加气混凝土产生较大的干缩湿胀变形，由此产生的应力可能大于加气混凝土的抗拉强度。

　　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。

　　加气混凝土干燥收缩具有明显的尺寸效应，加气混凝土砌块的尺寸远大于标准试件，因此砌块的干燥收缩值必然小于标准试件。

参考文献:

[1] A.Georgiades，CH.Ftikos.Effect of microspore on autoclaved aeratedconcrete shrinkage.Cement and Concrete Research，1991，：655- 662.

[2] N.Narayanan，K.Ramamurthy.Structure and properties of aeratedconcrete：a review.Cement & Concrete Composites，2000，：321- 329.

[3] L.Vandewalle.Concrete creep and shrinkage at cyclic ambientconditions.Cement & Concrete Composites，2000，：201- 208.

[4] JGJ 17—84，蒸压加气混凝土应用技术规程.

[5] GB 50204—2002，砌体工程施工质量验收规范.

[6] 郑万廪.加气混凝土孔结构及其对强度和干缩性能的影响.硅酸盐通报，1986，5：18- 25.

[7] 尚建丽，王秀芬.加气混凝土等温吸湿性质的试验研究.新型建筑材料，2005，：25- 27.