混凝土多孔砖砌体墙干燥收缩性能研究.pdf

全国中文核心期刊 钎 鲤 建蟓 柑 混凝士多孔砖砌体墙干燥收缩J 生 能研究 李妍 “ ， 孟广伟 ， 尹新生 2 ( 1 吉林大学 机械科学与工程学院工程力学系， 吉林 长春1 3 0 0 2 5 ； 2 吉林建筑 工程学 院 寒地绿色建筑技术工程研究中心， 吉林 长春 1 3 0 0 2 1 ) 摘要： 对不同条件下混凝土多孔砖砌体墙进行连续6 0 d 干燥收缩变形试验， 分析了砌筑砂浆、 龄期、 混凝土多孔砖初始含水 率、 相对湿度和温度对混凝土多孔砖砌体墙收缩的影响， 并提出了标准养护及非标准养护条件下混凝土多孔砖砌体墙收缩率估算 公式， 研究结果可为混凝土多孔砖在我国北方地区应用提供参考依据。 关键词 ： 混凝土多孔砖砌体墙； 干燥收缩； 变形 中图分类号： T U 3 6 2 0 2 文献标识码： A 文章编号： 1 0 0 1 7 0 2 X( 2 0 1 0 ) 0 2 0 0 4 4 0 4 S t u d y o n d r y s h n k a g e d e f o r ma t i o n o f c o n c r e t e p e r f o r a t e d b r i c k ma s o n r y LI Ya h 。 ， MENG Gu a ng wei ， YI N Xi n s he ( 1 E n g i n e e r i n g Me c h a n i c s D e p a r t m e n t ， I n s t i t u t e o f Me c h a n i c a l S c i e n c e E n gi n e e r i n g ， J i l i n Un i v e r s i t y ， C h a n g c h u n 1 3 0 0 2 5 ， J i l i n ， C h i n a ； 2 T h e R e s e a r c h C e n t r e o f G r e e n A r c h i t e c t u r e T e c h n o l o g y i n C o l d A r e a ， J i l i n Ar c h i t e c t u r e a n d C i v i l E n gin e e ri n g I n s t i t u t e ， Ch a n g c h u n 1 3 0 0 21 ， J i l i n ， C h i n a ) Ab s t r a c t ： B a s e d o n t h e r e s u l t s f o r t h e d r y s h ri n k a g e d e f o r ma t i o n o f c o n c r e t e p e r f o r a t e d b ri c k ma s o n ri e s c u r e d u n d e r d i f f e r e n t c o n d i t i o ns f o r c o n t i n u o u s 6 0 d a y s ， t h e ma i n f a c t o r s a f f e c t i n g t h e d ry s h rin k a g e d e f o rm a t i o n， s u c h a s b ric k l a y i n g mo t o r ， t h e c u rin g a g e s ， t h e i n i t i a l i z a t i o n mo i s t u r e c o n t e nt ， t h e r e l a t i v e h u mi d i t y a n d t e mp e r a t u r e we r e a n a l y z e d Th e f o r mul a s e s t i ma t i n g t h e d ry s h rin k a g e d e f o rm a t i o n o f c o n c r e t e p e r f o r a t e d b ric k ma s o n rie s u n d e r t h e s t a n d a r d c u rin g c o n d i t i o n a nd t h e n a t u r al e n v i r o n me n t a r e p u t f o r w a r d T h e s t u d y r e s u l t s m a y b e a r e f e r e n c e f o r t h e a p p l i c a t i o n o f c o n c r e t e p e r f o r a t e d b ri c k s i n n o r t h r e gio n s Ke y wo r d s ： c o n c r e t e p e r f o r a t e d b ric k ma s o n r y ； d ry s h ri n k a g e ； d e f o r ma t i o n 自2 O 世纪9 O 年代以 来， 我国大力推进墙材革新， 其目的 就是以节能、 节土、 利废、 环保的新型墙体材料取代大量消耗 土地资源和生产能源的实心黏土砖。 2 0 0 5年6月6日， 国务 院办公厅国办发 2 0 0 5 1 3 3 号 关于进一步推进墙体材料革新 和推广节能建筑的通知 要求“ 到2 0 0 6年底， 使全国实心黏 土砖年产量减少8 0 0亿块。 到2 0 1 0年底， 所有城市禁止使用 实心黏土砖，全国实心黏土砖年产量控制在4 0 0 0亿块以 下。” 取而代之的是一大批新型墙体材料的利用， 混凝土多孔 砖即为其中之一。 以 往的 研究 表明， 尽管引 起混 凝土多 孔砖墙体开裂的原 因很多， 有温度变化引起的裂缝、 砌体沉缩变形引起的裂缝、 基金项 目： 吉林省科技厅基金项 目( 2 o o 6 O 5 3 8 ) 教育部博士点基金项 目( 2 0 0 6 0 1 8 3 0 6 3 ) 收稿 日期 ： 2 0 0 9 0 8 1 8 作者简介： 李妍， 女， 1 9 7 7 年生， 吉林长春人， 讲师， 博士研究生。 地址： 吉 林 省 长 春 市 红 旗 街 1 1 2 9号 ， 电 话 ： 0 4 3 1 8 5 9 6 0 6 7 4 ， E ma i l ： l e s s l e t o m C O rn 。 4 4 新型建筑材料 2 0 1 0 2 构造不合理引起的裂缝、 墙上开洞、 沟槽引起的裂缝等， 但是 混凝土多孔砖砌体( 以下简称砌体) 的干燥收缩往往被认为是 引起墙体开裂的重要原因。 而砌体干燥收缩的测试， 国家至今 没有统一的试验方法和标准。这种现状很不适应我国新型墙 体材料发展的需要。 由于国内在这方面的工作做得很少， 对于 开展混凝土多孔砖砌体模型的收缩试验研究尚未见报道。因 此， 研究制定一套适用的砌体干燥收缩率的试验方法， 己成为 当前迫切需要开展的研究课题之一。为了探讨混凝土多孔砖 砌体的收缩变化规律，我们制作了混凝土多孔砖和砂浆的组 合模型试件， 在规定的环境下， 进行连续测试， 测试结果可为 控制混凝土多孔砖墙体裂缝提供参考。 1 试验方案 本试验采用吉林省祝焰新型建材有限公司生产的同一批 刚出模的K P 型混凝土多孔砖，外形尺寸为 2 4 0 m m x l l 5 m m x 9 0 m m， 孔洞率约为2 8 ， 密度约 1 4 4 0 k g m ， 其材料配比 为： 水泥 1 8 ， 粉煤灰 1 9 ， 煤矸石 1 1 ， 中砂 1 7 ， 5 1 0 m m 的碎石3 5 t 1 。经测试出模时混凝土多孔砖的相对含水率为 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 李妍 ， 等： 混凝土多孔砖砌体墙干燥收缩性 能研究 4 1 2 。干燥收缩砌体试件类型、 几何尺寸、 使用的砖及砂浆 强度见表 1 。 表 1 干燥收缩砌体试件 类型及 几何尺寸 A l m u d a i h e e m等对不同形状、尺寸的混凝土试件进行了 干缩试验， 结果表明干缩应变的最终值与试件的尺寸、 形状无 关， 形状、 尺寸仅影响干缩的进行过程 。 A l m u d a i h e e m等还指 出， 以往的混凝土干缩预测是考虑了材料、 配合等因素用经验 公式表示干缩最终值， 误差较大， 可考虑采用短期干燥收缩实 测值预测混凝土干燥收缩的最终值I2 - 3 1 。因此， 对于混凝土多 孔砖砌体墙的干燥收缩试验， 我们考察的主要变化参数为环 境温度、 相对湿度和龄期， 并对比砌筑砂浆、 混凝土多孔砖初 始含水率对干缩试件的影响。 1 1 环境要求 研究砌体的干燥收缩性能需要较长的周期， 故设计的环 境条件为标准养护条件和自然养护条件。其中， 我们把试件 s l ( 混凝土多孔砖的初始含水率为出模含水率， 其中5 组用水 泥砂浆砌筑， 5 组用混合砂浆砌筑) 、 S 2 ( 混凝土多孔砖经过浸 水饱和， 砌筑方式同上) 放置在远离振动源的标准养护室内 温度( 2 0 3 ) q C ， 相对湿度6 0 8 O 1 养护， 为了避免温差的影 响，砌体的所有砌筑材料在砌筑前2 4 h 运进标准养护室， 砌 体水平灰缝饱满度控制在 8 0 左右； 试件 N l ( 混凝土多孔砖 的初始含水率为出模含水率， 其中5 组用水泥砂浆砌筑， 5 组 用混合砂浆砌筑) 、 N 2 ( 混凝土多孔砖经过浸水饱和， 砌筑方 式同上) 置于自然环境中。在砌筑砌体的同时砌筑3 爪 湿度 参考” 试件， 其长度和高度为试验砌体的 1 2 ， 宽度与试验砌 体相同， 这样便于随时用称量法了 解砌体的湿度变化， 最后测 出试件的绝干密度， 推算出各阶段砌体的含湿率。 1 2 支承情况 支承每个砌体的钢梁是2 根并列的钢轨。为使试件自由 收缩变形， 砌体与钢梁之间设有圆柱滚动铰。为减少砌体与 铰之间的摩擦阻力， 在砌体底部的砖上涂 1 层薄薄的环氧树 脂。 1 3 变形传递 混凝土多孔砖砌体的变形通过砌体两端的千分表测量 变形的传递用热膨胀系数很低的石英玻璃棒完成， 石英玻璃 棒引起的误差远小于l 。 砌体干缩稳定判断根据 2 个指标： “ 湿度参考” 试件的质 量不再变化， 即砌体达到平衡含水率； 绘出的收缩曲线跟时间 轴基本趋于平行。最后测得的砌体干缩值与砌体原始长度之 比即为砌体的干缩率。砌体干燥收缩率的测试装置见图l 。 石英玻璃棒 图 1 混凝土 多孔砖砌体干燥收缩率 的测试装置 2 混凝土多孔砖砌体墙收缩影响因素的 分析 2 1 砌筑砂 浆的影响 水泥砂浆和混合砂浆是目 前应用最为广泛的2 类建筑砂 浆。 在标准养护和自 然养护环境下， 使用不同砂浆砌筑墙体模 型6 0 d 以内的干燥收缩值见表2 。 表 2 混凝土 多孔砖砌体墙干燥收缩值m m m 从表2可以看出， 混合砂浆砌筑的墙体收缩平均值较水 泥砂浆砌筑的墙体收缩平均值大， 在早期尤为显著， 但总体相 差不大嘲 。 2 2 龄期 的影响 在标准养护环境和自 然养护环境下水泥砂浆砌筑试件 6 0 d 的收缩曲线如图2 所示。 从图2 可以看出， 开始时试件收缩较快， 之后逐渐变得缓 慢， 到2 8 d 左右渐趋稳定。干燥收缩的特点是早期发展比较 快， 以后逐渐放慢， 2 8 d 后各试件虽仍有收缩， 但大致已趋于 稳定， 几年后才能停止干缩。 在标准养护环境下， S l 试件6 0 d 的收缩值为0 0 3 9 m m m ， s 2 试件6 0 d的收缩值为0 1 5 4 m m N E W BUl L DI NG MAT ER I AL S 4 5 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 李妍， 等： 混凝土多孔砖砌体墙干燥收缩性能研究 m ；在自然养护环境下， N 1 试件6 0 d的收缩值为0 1 2 2 m m m ， N 2 试件6 0 d 的收缩值为0 2 5 0 m m m 。 0 1 0 2 0 3 0 4 0 5 0 6 0 7 0 8 0 龄期 d 图 2 混凝土多孔砖砌体墙收缩 曲线 ( 水泥砂浆砌筑) 我国 砌体结构设计规范 指出嘲 ， 对于烧结的黏土砖及其 它烧结制品砌体， 其干燥收缩变形较小。通过试验发现， 对于 像混凝土多孔砖这样的非烧结块材砌体，其干燥收缩变形较 大。 由此可以解释为什么黏土砖墙体不易出现裂缝： 这一方面 是干缩值小，另一方面是黏土砖3 d 便完成收缩值的8 0 以 上， 此时灰缝的砂浆强度还很低， 水泥含量低的砂浆甚至还处 于塑性状态， 这就保证了在混合结构房屋各层 1 0 d 左右的工 期中，上层楼盖加在黏土砖墙上时墙体的收缩与混凝土构件 自身收缩叠加后， 墙体与混凝土板之间的相对变形已很小。 相 反， 混凝土多孔砖墙体收缩率大于黏土砖墙体， 且其收缩稳定 需要较长时间， 此时灰缝砂浆早已硬化， 即墙体与混凝土板之 间的相对变形还较大，这种变形由于上下楼盖的约束将使墙 体产生拉应力， 再叠加上温度应力的作用， 所以墙体容易出 现 裂缝。 2 3 混凝土多孔砖初始含水率的影响 从图2 可见，砌体的收缩率也与混凝土多孔砖初始含水 率有关： S 1 试件的混凝土多孔砖初始含水率为4 1 2 ，其用 混合砂浆砌筑砌体6 0 d的收缩值为0 0 3 9 m m m ； S 2 试件的 混凝土多孔砖经浸水饱和，其砌体6 0 d的收缩值为 0 1 5 5 m m m； N I 试件的混凝土多孔砖初始含水率为4 1 2 ， 其砌体 6 0 d 的收缩值为O 1 2 2 m m m； N 2 试件的混凝土多孔砖经浸 水饱和， 其砌体6 0 d 的收缩值为0 2 5 1 m m m。 因此， 我们可以 得出， 混凝土多孔砖的初始含水率越高， 砌体的收缩率越大。 可见， 严格控制混凝土多孔砖上墙含水率， 有助于减少墙体的 开裂变形6 1 。 2 4 相对湿度的影响 混凝土多孔砖在砌筑后要受到环境的影响，环境的湿度 会使混凝土多孔砖的含水率发生变化，进而影响其砌体的干 缩率( 见图3 ) 。 因此， 对混凝土多孔砖砌体的干缩率和湿度的 关系进行研究很有必要。 4 6 新型建筑材料 2 0 1 0 2 重 趔 姆 图 3 相对湿度变化 混凝士多孔砖砌体墙 收缩 曲线 从图3 可以看出， 相对湿度越大， 收缩越小。例如， S 1 所 处环境的相对湿度为 6 0 以上，其 6 0 d的收缩值为0 , 0 3 9 m m m ； N 1 所处环境的相对湿度为4 0 以上，其6 0 d的收缩 值为0 1 2 2 m m m ，且在自 然环境中N 1 一直处于不断的涨缩 交替的波动状态。 湿度变化越大， 干缩率值变化越大， 因此， 干 缩率是在最大湿度和最小湿度之间变化的。如果干缩率变化 值大于安全干缩率将会引起墙体开裂。安全干缩率指混凝土 多孔砖砌成墙体后， 虽产生干缩， 但不致使墙体开裂时墙体的 最大干缩率。 由此可见， 要对砌体抹面后到抹面砂浆达到设计 强度这段时间加以重视，因为墙体的砂浆还没有达到设计强 度， 抵抗砌体变形的能力不足， 所以应避免墙体受到雨淋和暴 晒， 同时要加强施工现场的养护。 2 5 温度的影响( 见图4 ) 图4 自然环境温度变化下混凝土多孔砖砌体墙收缩曲线 从图4 中可以看出，虽然砌体的干缩速度受环境温度的 影响， 但总的收缩趋势是不变的 温度越高， 收缩越小。例如， N 1 所处环境的温度为1 3 9 c C 时，其2 0 d的收缩值为0 0 8 7 m m m ； 而N 1 所处环境的温度为2 l 时， 其6 0 d的收缩值为 O 1 2 2 m m m 。 温度改变后， 一般会引起环境湿度的变化和混凝 土多孔砖含水率的变化， 从而使砖本身发生干缩或湿涨， 此时 温度对砌体变形或者进一步说温度对砌体的干缩率就有间接 的影响。 同理， 湿度对干缩率的影响也是间接的。 这一点从图 2 也可看出， 在 1 6 0 d 后期测量中， 随着标准养护室的温度 的略微增高， 试件S 1 的收缩曲线就有所下降， 这就说明了混 财茛 阳 肋m 0 M 全 j 0 加 0 0 0 0 O O 一 g一 婚 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 李妍 ， 等： 混凝土多孔砖砌体墙干燥收缩性能研 究 凝土多孔砖砌体的收缩性能具有一定的可逆性。 3 混凝土多孔砖砌体墙收缩率的估算 影响混凝土多孔砖砌体墙收缩的因素众多，本文主要考 虑了砌筑砂浆， 初始含水率， 环境温、 湿度及龄期对其干燥收 缩的影响。 从试验内容及结果来看， 我们可以先考虑砌体在标 准养护条件下的收缩公式作为基本公式，然后通过线性回归 得到非标准养护条件下温、湿度对砌体收缩变形影响的多系 数估算公式。 3 1 标准养护条件下收缩变形的基本公式 由试验的基础数据，回归得出砌体用水泥砂浆砌筑时在 标准养护条件下的基本收缩公式 见式( 1 ) 】 ； 砌体用混合砂浆 砌筑时在标准养护条件下的基本收缩公式见式( 2 ) 。 由于混凝 土多孔砖砌体墙大多用混合砂浆砌筑， 故建议采用式( 2 ) 作为 基本公式。 e o ( t ) - 0 0 0 8 0 1 n ( ) + 0 0 0 8 4 ( 1 ) s 0 ( ) = 0 0 0 3 5 1 n ( ) + 0 0 2 7 0 ( 2 ) 式中： 龄期， d ： 8 ( f ) 、 8 。 ( f ) 分别为标准养护条件下水泥砂浆砌筑、 混合砂浆砌筑的混凝土多孔砖砌体墙收缩率， m n d m。 基本收缩公式与S 1 ( M ) 试样试验数据的比较见图5 。 量 趔 婷 图 5 标准养护条件下混凝土多子 L 砖砌 体墙收缩 基本公式 曲线与 s 1 试样 的试验数据 比较 3 2 非标准养护条件下收缩变形 的多系数 估算公式 本文试验所指的非标准养护条件是指自然环境，即温度 及相对湿度在不断的变化。按照多系数叠加原理建立的计算 模式见式( 3 ) ： ( t ) = 0 ( ) 1 ( 3 ) 式中： s( ) 非标准养护条件下混凝土多孔砖砌体墙收缩 率， m m m ： 温度及相对湿度对混凝土多孔砖砌体墙收缩的 影响系数。 此次试验所考虑的不同环境条件见表3 。 表 3 试件 N 所处 自然环境 平均温 度及 平均相对 湿度 S 1试件所处平均温度为 2 0 0，平均相对湿度为 7 0 0 。则取N 1 试件各龄期的实测干缩率与S 1 试件对应龄 期的实测干缩率之比作为因变量，上述对应的平均温度及平 均相对湿度为自变量， 回归出温、 湿度影响系数口 的估算公 式 见式( 4 ) 1 。 1 = 0 6 8 5 1 + 0 0 1 5 7 T - 0 9 7 5 4 R H ( 4 ) 式中： 卜温度， ； 相对湿度， 。 自然环境下不饱和混合砂浆砌筑混凝土多孔砖砌体墙 N l 试件试验值与估算公式计算值的比较见图6 。 售 量 姆 图 6 N1 试件试验值与估算公式计算值的 比较 由图6 可以看出， 在非标准条件下， 混凝土多孔砖砌体墙 收缩变形的多系数估算的公式值与试验值较为符合。 4 结语 ( 1 ) 本文主要考虑了砌筑砂浆、 龄期、 混凝土多孔砖初始 含水率、 相对湿度和温度对混凝土多孔砖砌体墙收缩的影响， 并依据试验数据回归得到标准养护条件下及非标准养护条件 下混凝土多孔砖砌体墙收缩率估算公式。 ( 2 ) 混凝土多孔砖砌体墙试件开始时收缩较快， 之后逐渐 变得缓慢， 到2 8 d 左右渐趋稳定。 ( 3 ) 浸水饱和的混凝土多孔砖砌体墙在自然环境下的收 缩率是在同样环境下初始含水率为出模含水率砌体的2 2 倍 左右。 ( 4 ) 本试验有助于我们根据工程中不同环境下的混凝土 ( 下 转 第 8 5页 ) N E W BUl L DI NO MAT ER I AL 5 47 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 徐春利， 等 ： 木质素磺酸钠改性 丙烯酸酯乳液的制备及其性能研究 缺陷，使得共聚物的吸水率增大、耐水性差。而本文研制的 s I J s 改性丙烯酸酯乳液，虽然加入了带亲水性离子基团的共 聚单体木质素磺酸钠，但它们发生共聚反应以后不会形成物 理缺陷， 所以共聚物的吸水率低、 耐水性提高。 2 5 乳液 的其它性 能( 见表2 ) 表 2 S I S改性丙 烯酸 酯乳液 的技术性能 项目 测试结果 外观 固含量， 黏度， ( mP a s ) p H值 p H稳定性 ( p H = 3 1 4 ) 稀释稳定性 ( 7 2 h ) 冻融稳定性 微黄、 泛 白 1 9 3 l 6l 0 7 -8 稳定 无分层、 沉淀、 絮凝物 无分层 、 沉 淀、 絮凝物 由 表2 可以看出， 在引发剂用量为5 、 S L S 用量为2 0 一 3 0 的条件下， 改性乳液的固含量为 1 9 一 3 1 ， 随着丙烯酸 酯单体量的增多， 固含量逐渐增大； 黏度很小且变化不大， 为 6 1 0 m P a s ， 与纯丙烯酸酯乳液的黏度相差不多。 本文制得的S L S改性丙烯酸酯乳液的p H值为7 8 ， 乳 液粒径分布均匀且在纳米级范围，决定了乳液在该p H值条 件下可长期稳定保存。乳液的耐酸碱性很好， 在 p H值为3 l 4 的条件下储存稳定性好。在p H值为3 7 时， 乳液颜色变 浅， 在p H值为 8 1 4时， 乳液颜色变为深黄色； 将乳液稀释 后， 不会出现分层、 沉淀、 絮凝等异常现象， 说明乳液的稀释稳 定性很好； 另外， 将乳液置于( - 2 0 1 ) o C 下冷冻 1 6 h ， 然后于 3 0 下熔化6 h ， 也无异常现象产生， 冻融稳定性符合要求。 由此可见， 用此种工艺合成的S L S改性丙烯酸酯乳液的综合 性能优异。 3 结语 利用木质素磺酸钠和聚乙二醇6 0 0作为表面活性剂取代 传统的乳化剂O P - I O 和十二烷基硫酸钠， 成功制备了丙烯酸 酯乳液。 红外光谱分析表明， 该乳液是木质素磺酸钠与丙烯酸 酯单体的接枝共聚产物， 基本结构与纯丙乳液结构相似。 采用 此工艺在引发剂用量为5 、 S L S 用量为2 0 3 0 的条件下， 合成的改性丙烯酸酯乳液稳定性好， 粒径分布均匀、 平均粒径 为2 0 0 6 0 0 l l m ， 乳液成膜均匀； S I S用量为2 0 、 引发剂用量 为5 时， 合成乳胶膜的耐水性好， 可广泛应用于木材改性及 外墙涂料等方面。 参考文献： 【 1 】 N a d if A， H u n k e l e r D， K a u p e r P S u l f u r - f r e e l i g n i n s f r o m a l k a l i n e p u l p i n g t e s t e d i n mo r t a r f o r u s e a s m o r t a r a d d i t i v e s J 】 B i o r e s o u r T e c h n o l ， 2 0 0 2， 8 4( 1 )： 4 9 5 5 【 2 】 Y a s u y u k i Ma t s u s h i t a ， S e i i c h i Y a s u d a P r e p a r a t i o n a n d e v alu a t i o n o f l i g n o s u l f o n a t e s a s a d i s p e r s a n t f o r g y ps u m p a s t e f r o m a c i d h y d r o l y s i s l i g n i n J B i o r e s o u r T e c h n o l ， 2 0 0 5 ， 9 6( 4 ) ： 4 6 5 - 4 7 0 3 邱学青 ， 周明松 ， 王卫星 ， 等 不同分子质量木质 素磺 酸钠对煤粉 的分散作用研 究 J 燃料化学学报 ， 2 0 0 5 ， 3 3 ( 2 ) ： 1 7 9 1 8 3 4 】 Z AS IVS K Y D， R O Z E N B E R G L V L i g n o s u l f o n a t e- b a s e d g r a f t p o l y me r s ， t h e i r p r e p a r a t i o n a n d u s e s ： U S ， 4 2 7 6 0 7 7 P 1 9 8 1 - 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