碳化对蒸压加气混凝土砌块变形和力学性能的影响.pdf

2 0 1 1 年第 1 1期 1 1月 混 凝 土 与 水 泥 制 品 CHI NA CONC RE T E AND C EMEN T P RODUC T S 2 0 1 1 No l l No v e mb e r 碳化对蒸压加气混凝土砌块变形和力学性能的影响 王 甲春 一 ， 钱澄 ， 郑永尊 ( 1 ． 厦 门理工学院建筑工程系 ， 3 6 1 0 2 4 ； 2厦门理工学院建筑节能与检测技术研究所， 3 6 1 0 2 4 ) 摘 要 ： 通过碳化 实验 ， 测定了加 气混凝 土砌块在碳化条件下的收缩变形、 碳化深度 ， 碳化后加 气混凝土砌块 的 抗压强度和抗折强度。研究结果表明 ： 实验 室碳化条件下加 气混凝土砌块的收缩发展 呈现三 个阶段 ： ( I ) 早期 快速发 展 阶段 ， ( I I ) 稳 定阶段 ， ( I I I ) 加速发展阶段 ； 表 面砂浆层 能够明显降低碳化 收缩的发展 ， 加气混凝 土砌 块碳化深度 与 碳化 时间成正 比， 抗 压强度和抗折 强度都 随着碳化的发展而下降。 关键词 ： 加 气混凝 土砌块 ； 碳 化 ； 变形 ； 力学性 能 Ab s t r a c t ：T h r o u g h t h e c a r b o n a t i o n e x p e r i me n t ，t h e s h rin k a g e d e f o r ma t i o n ，c a r b o n a t i o n d e e p ，c o mp r e s s i v e s t r e n g t h a n d fl e x u r a l s t r e n g t h o f a u t o c l a v e d a e r a t e d c o n c r e t e b l o c k s a r e me a s u r e d ．T h e r e s u l t s i n d i c a t e t h a t t h e s h ri n k a g e d e v e l o p me n t 0 f a e r a t e d c o n c r e t e b l o c k s u n d e r l a b c a r b o n a t i o n c o n d i t i o n i s d i v i d e d t h r e e s t a g e s ： ( I )e a r l y a g e r a p i d d e v e l o p i n g s t a g e ， ( I I ) s t e a d y s t a g e a n d( I I I ) a c c e l e r a t i n g d e v e l o p i n g s t a g e ． e s u r f a c e mo r t ar o f a u t o c l a v e d a e r a t e d c o n c r e t e b l o c k s c a n o b v i o u s l y d e c r e a s e t h e c a r b o n a t i o n s h ri n k a g e v a l u e ．T h e c a r b o n a t i o n d e e p o f a u t o c l a v e d a e r a t e d c o n c r e t e b l o c k s i s p r o p o rt i o n a l t o t h e c a r b o n a t i o n t i me ，a n d t h e c o mp r e s s i v e s t r e n gth a n d fl e x u r a l s t r e n g t h d e c r e a s e wi t h t h e c a r b o n a t i o n d e v e l o p me n t ． Ke y wo r ~ ： Au t o c l a v e d a e r a t e d c o n c r e t e b l o c k s ； C a r b o n a t i o n ； D e f o rm a t i o n ； Me c h a n i c a l p r o p e rti e s 中图分类号 ： T U5 2 8 文献标识码 ： A 文章编号 ： 1 0 0 0 — 4 6 3 7 ( 2 0 1 1 ) 1 1 — 4 8 — 0 3 0前言 加气混凝土砌块作为一种重要的墙体材料 ， 具 有导热系数低 ， 材质相对均匀 ， 隔音 ， 耐火性好等优 点 ． 在夏热冬暖地区单独使用就能够满足建筑节能 5 0 ％的要求Ⅲ ， 为实现国家建筑节能 的 目标 ， 厦 门市 于 2 0 0 9年 1 月 1日起全面禁止使用黏土烧结制品 ， 加气混凝土 已成为重要 的墙体材料。但长期以来 ， 加气混凝 土墙体的开裂 、 空鼓和渗漏一直困扰着加 气混凝土的应用和推广。现有 的研究表明[ 2 - 3 ] ， 加气 混凝 土墙体 开裂 的原 因很多 ，温度变化引起 的裂 缝 ， 砌体干燥收缩变形引起的裂缝 ， 构造不合理引 起的裂缝等。但是 ， 碳化对加气混凝土的变形和力 学性能影响的研究相对较少。为了探索加气混凝土 砌块在碳化条件下的变形和力学性能 ， 本文通过加 速碳化试 验方法 ， 测定了加气混凝土砌块的变形规 律和力学性能 ， 并分析探讨 了表面砂浆层 的影响。 1 研 究方 案 1 ． 1 原材料 厦 门某加气混凝土公 司生产 的粉煤 灰加气 混 凝土 A 5 ． 0 ，尺寸 6 0 0 m m 2 4 0 mm l 8 0 m m， C Q S专用 抹 面砂浆 。 基金 项 目： 福建省 自然基 金 ( 2 0 0 8 J 0 1 7 1 ) 和厦 门市 科技项 目 ( 3 5 0 2 Z 2 01 1 3 0 3 3) 。 —— 48— ． 1 ． 2 测 试方 法 根据 G B ／ T 1 1 9 6 9 — 2 0 0 8 ( 蒸压加气混凝土性能试 验方法》中碳化试验和收缩试验用仪器设备和试 剂 。 收缩测定仪 ： 数显千分表 ， 精度 0 ． 0 0 1 mm。 碳化 变形 的测 定试 件尺 寸 为 ： 4 0 mmx 4 O mmx 1 6 0 mm。 力学性能测定尺寸 ： 4 0 m mx 4 0 m mx 1 6 0 m m。 碳化深度试件尺寸 ： 1 0 0 m mx 1 0 0 mm x 1 0 0 mm。 碳化条件环境 ： 相对湿度 5 0 ％ 5 ％， 温度 2 0 ℃ 2 ℃， 二氧化碳浓度 2 0 ％ 2 ％。 碳化收缩试件制作时 ， 为了控制二氧化碳渗透 的方 向， 试验 采取 三维和一维碳化进行测试 ( 三维 碳化指试件表面都是处于二氧化碳 的环境之 中， 一 维是指 四个面表面封蜡 ， 只有两个相对的面进行二 氧化碳渗透 ) 。 为了测定表 面砂浆层对加气混凝土砌块碳化 作用的影响 ， 在加气混凝土收缩试件表面抹有抹面 砂浆 ， 砂浆层厚 6 ra m， 同样进行三维和一维碳化测 试 。 为了模 拟加气混凝土砌体在碳化环 境 中的变 形 ， 设计 了加气混凝 土砌块 五个 面封蜡 ， 一个大面 抹有抹面砂浆 ， 砂浆层厚 6 ra m。力学性能测定的试 王甲春， 钱澄， 郑永尊 碳化对蒸压加气混凝土砌块变形和力学性能的影响 件进行三维碳化进行测定 ；碳化深度采用 l ％酚酞 溶液测定。 2实验 结果 与分 析 2 ． 1 加气混凝土砌块碳化收缩 2 题 图 1 加气混凝土砌块碳化变形随时 间的发展 ( 三维 和一 维) 从 图 1可以看 出 ， 随着碳化 时间的增加 ， 无论 是三维还是一维碳化 ， 加气混凝土的收缩变形不断 增大。碳化早期加气混凝土砌块 的收缩值较大 ， 在 4 8 h以后 ，加气混凝土砌块的碳化变形进人一个稳 定期 ； 超过 1 4 4 h以后 ， 收缩变形又进入加速发展 阶 段。这表明了碳化对于加气混凝土变形影响的复杂 性。碳化收缩 的本质是碳化反应 的发生 ， 加气混凝 土与二氧化碳发生反应 的晶体有托勃莫来石 、 水化 石榴石 、 晶结度较好 的 C — S - H、 C a ( O H) z 、 结 晶度不 好的 C ～ S ～ H等。 碳化反应的基本化学反应式为 ： ( 1 ) 5 C a O 6 S i O 2 5 H 2 0( 托勃莫来石 ) + 5 C 0 2 — 5 C a C O3 + 6 S i O2 + 5 H2 O ( 2 ) C a ( O H) 2 + C O 2 C a C O 3 + H2 0 ( 3 )x C a O y S i O z z H 2 0+ x C O 2 x C a C O 3 + y S i 0 2 + z H2 O 在 C O ： 作用下 ， 加气混凝土 的主要矿物相托勃 莫来石和 C — S — H凝胶逐渐分解 ， 少部分未参与合成 反应的氢氧化钙碳化生成 C a C O ， 。加气混凝土矿物 组成 的含量 以及结 晶度不 同，导致碳化速度 的不 同， 一般认 为Ⅲ， 结晶度不好 的 C — S — H凝胶 的溶解 度大 ， 首先进行碳化反应 ， 然后 是晶体和二氧化碳 反应 ， 这与加气混凝土砌块碳化收缩 的阶段性相吻 合 ， 可 以认为碳化收缩的早期主要是结 晶程度较低 的 C — S — H凝胶 的碳化引起 的； 在稳定阶段 ， 由于结 晶度较好 的 C — S — H凝胶和托勃莫来石 以及氢氧化 钙与 C O 的反应较慢 ，首先需要晶体 的溶解反应 ， 这段 时间加气混凝土砌块体积处于稳定期 ， 当晶体 与 C O z 进人反应期以后 ， 表现出来碳化收缩又明显 加速 。从碳化前和碳化后加气混凝土 X R D的对 比 可以看 出， 碳化后 的加气混凝土砌块 C a C O ， 的出现 以及 除了 S i O 。 以外原来 晶体衍射峰强度 的明显下 降( 图 2 ) 。 毪 鲢 爱 靛 骥 靛 2 0 1 。 碳化前 5 1 O 1 5 2 O 2 5 3 O 3 5 4 0 4 5 5 0 5 5 6 0 6 5 2 0 ／ 。 碳 化 后 ( 碳化 2 4 h ) 图 2 加气混凝土 X R D衍射曲线 2 ． 2 表面砂浆层对加气混凝土砌块碳化收缩 的影 响 如图 3所示 ， 加气混凝土砌块 由于表 面覆盖有 厚 6 ram的水泥砂浆层 ， 因此 ， 碳化反应首先是砂浆 层 ， 然后 才是加气混凝土砌块。由于水泥砂浆层 的 保护 ， 会使加气混凝土免于碳化 ， 在测试 的时间内， 加气混凝土没有表现 出碳化收缩 ， 这时试件的收缩 是由砂浆碳化收缩所引起 的， 所以收缩值 比较小。 宝 氆 图 3 带砂浆层的加气混凝土砌块的碳化收缩( 三维和一 维) —— 49— ． 2 0 1 1 年第 1 1 期 混凝土与水泥制品 总第 1 8 7期 从 图 4可以看出 ， 加气混凝土砌块大面有砂浆 层 ，其他 五个面封蜡来模拟加气混凝 土墙体 的情 况。可以看 出， 对于横 向的碳化反应也能引起试样 的纵 向收缩值 ， 在测试 时间内 ， 试样的收缩值表 现 为表面砂浆层 的碳化收缩。 2 目 越 时 间／ h 图 4 加气混凝土砌块的碳化收缩( 一维侧 向) 2 _ 3 碳化 深度 加气混凝土砌块一维碳化 时的碳化 深度 随时 间的变化如图 5所示。可以看出， 基本成线性关系， 与普通混凝 土的碳化深度与时间的关系相 比明显 加快 ， 这是由于普通混凝土碳化反应的产物会加速 混凝土 的表面层 的致密 ，使碳化反应速度越来越 慢 ； 而加气混凝土由于孔 隙率高， 孔径大 ， 反应产物 对碳化反应的影响基本可以忽略。加气混凝土的碳 化模型可以根据普通混凝土的碳化模型形式。 f=k t ( 1 ) 式 中， _厂为碳化深度 ； 为碳化系数 ； n为时间指数 ； 为碳化 时 间。 根据这个模型， 实验测定 的 a = 1 ． 0 ， k = O ． 3 4 。 吕 赋 毽 时 l 司／ h 图 5 加气混凝土砌块的碳化 收缩 ( 一维侧向) 2 ． 4 力学性能 从 图 6可以看 出， 加气混凝土的抗压强度随着 碳化时间的进行而明显地下降 ， 碳化 2 4 h ， 由原来 的 5 ． 3 MP a 下降到 3 ． 2 MP a ， 抗压强度下降了近 4 0 ％； 抗 折强度 的下降也 比较 明显， 力学性能的下降是因为 加气混凝土 的强度主要来 源于托勃莫来石 和结 晶 度较好的 C - S - H凝胶 ，碳化反应使得他们分解 ， 结 晶接触点减少 ， 以至力学性能下降 。 一 50一 善 嘎 日 窖 嘿 图 6 加气混凝土碳化力学性能随碳化时间的变化 3结论 ( 1 ) 加气混凝土砌块的碳化收缩整体上非常迅 速 ， 在同等条件下 ， 三维碳 比一维碳 化引起 的加气 混凝土收缩值 明显增加 ； 表面砂浆层对 于减少加气 混凝土碳化收缩的作用十分明显。 ( 2 ) 加气混凝土砌块的碳化深度与时间成线性 关系 ， 是时间的一次方 函数 ； 碳化使 加气混凝土 的 抗压强度和抗折强度明显下降。 参考 文献 ： [ 1 ] 张艳 ， 龚 希武 ， 段玮玮． 蒸 压加气混 凝土砌块 应用经 济性 分析[ J ] ． 混凝 土与水泥制 品， 2 0 1 0 ( 5 ) ： 6 0 — 6 2 ． [ 2 ]2 N a r a y a n a n N ， R a m a mu r t h y K ．S t r u c t u r e a n d p r o p e r t i e s o f a e r a t e d c o n c r e t e ： a r e v i e w f J 1 ． C e m e n t & C o n c r e t e C o m p o s i t e s ， 2 0 O 0． Vo 1 ． 2 2： 3 21 — 3 2 9 ． [ 3 】 F ． H． Wi t t m a n n ， I ． G h e o r g h i t a ． F r a c t u r e t o u g h H e s s o f a u t o c l a v e d a e r a t e d c o n c r e t e[ J 1 ． C e m e n t a n d C o n c r e t e R e s e a r c h ， 1 9 8 4 ， V o 1 ． 1 1 4 ： 3 6 9 — 3 7 4 ． 【 4 ]F u m i a k i M． ， Y o s h i m i e h i A ，S u m i o S h i b a t a ． C a r b o n a t i o n d e g r e e o f a u t o c l a v e d a e r a t e d c o n c r e t e f J ] ． C e m e n t a n d C o n c r e t e Re s e a r c h ， 2 0 0 0 ， Vo 1 3 0 ： 1 7 41 — 1 7 4 5 ． 【 5 】 贾兴文． 粉煤灰加 气混凝 土碳化性 能研究【 J 】 ． 建 筑砌块 与 砌块建筑 ， 2 0 0 7 ( 2 ) ： 4 6 — 4 7 ． 收稿 日期 ： 2 0 1 1 — 0 9 — 0 3 作者简介 ： 王甲春( 1 9 7 2 一 ) ， 男 ， 博士 、 副教授 。 通讯地址 ： 厦门理工学 院建 筑工程 系 联系电话 ： 1 3 6 0 0 9 4 0 4 9 7 E — ma i l ： j c h w a n g @x mu 1 ． e d u ． o n