蒸壓粉煤灰磚體干燥收縮試驗研究及其預測模型
2012-04-29 00:00:00梁建國劉鑫程少輝
湖南大學學報·自然科學版 2012年8期
1.長沙理工大學 土木與建筑學院，湖南 長沙 410114；2.湖南省建筑工程集團，湖南 長沙 410004） 摘 要：蒸壓粉煤灰磚砌體房屋的裂縫很大程度上由砌筑后使用階段砌體干燥收縮引起.基于復合材料力學，推導了正交各向異性砌體的干燥收縮與磚和砂漿干燥收縮的關系.理論分析表明，砂漿的干燥收縮對砌體干燥收縮的影響可忽略不計，砌體干燥收縮近似等于砌體中磚在使用階段干燥收縮.為考察試驗方法、上墻含水率、環境相對濕度、體積/暴露面積比對蒸壓粉煤灰磚的干燥收縮的影響，進行了試驗研究.試驗結果表明，按快速法得到的蒸壓粉煤灰磚的干燥收縮值比慢速試驗法小，且蒸壓粉煤灰磚的干燥收縮率隨著上墻相對含水率的增大而增大，隨著環境相對濕度增大而減小，隨著體積/暴露面積比的增大而減小，并由試驗結果得到了砌體中磚的干燥收縮預測模型.還對不同上墻含水率和不同環境相對濕度的6片砌體墻干燥收縮進行了試驗研究，試驗值與理論推導的結果符合良好.
關鍵詞：蒸壓粉煤灰磚；砌體材料；干燥收縮；含水率；相對濕度；體積/暴露面積比；齡期
中圖分類號：TU362 文獻標識碼：AExperimental Research and Prediction Formulation of the Drying
為了很好地控制蒸壓粉煤灰磚砌體房屋的干燥收縮裂縫，國內外進行了大量塊體干燥收縮試驗研究.張鐘陵\\[1\\]用試驗結果統計得到了燒結磚、灰砂磚以及多種非燒結砌塊的干燥收縮率與含水率的關系.陳偉等\\[2\\]研究了含水率及環境溫度和濕度對混凝土磚的干燥收縮的影響.梁建國等\\[3\\]研究了混凝土磚的自身收縮以及不同失水階段磚的干燥收縮與含水率的關系.梁建國等\\[4\\]對不同試驗方法、不同上墻含水率和不同環境相對濕度時，蒸壓粉煤灰磚的干燥收縮規律進行了對比試驗研究，得到了上墻含水率及環境濕度對蒸壓粉煤灰磚干燥收縮的影響系數，提出了磚在使用階段的干燥收縮率與標準法［5-6］得到的磚的干燥收縮值ε0之間的關系.非燒結砌體干燥收縮裂縫產生的原因是砌體在使用階段產生過大干燥收縮，而砌體是由磚和砂漿砌筑而成的復合材料，其干燥收縮除與磚的干燥收縮大小有關外，還受到以下因素的影響：砂漿的干燥收縮\\[7\\]、磚在砌體中的體積/暴露面積比\\[8-9\\]、砌筑時磚從砂漿中吸水導致磚的上墻含水率增加\\[10\\]等.顯然，砌體的干燥收縮規律與塊體的干燥收縮是有區別的.Hughes等 \\[11\\]和周瑾等\\[12\\]對不同環境相對濕度時混凝土砌塊砌體的干燥收縮性能進行了試驗研究，得到了砌體受環境相對濕度等因素影響的結論.Brooks\\[8\\]將砂漿和磚分別看成是彈性分離單元，然后將兩者組合起來，用該模型得到了砌體的收縮變形公式，但形式過于復雜.
本文力圖從復合材料力學濕熱效應［13］的角度出發，推導出正交各向異性砌體墻的干燥收縮率與磚和砂漿干燥收縮率的關系，進行簡化后，并經試驗驗證，得到用單磚使用階段的干燥收縮規律表達的砌體干燥收縮隨時間的變化規律.
1 砌體干燥收縮與磚和砂漿干燥收縮的關系
假設磚和砂漿是各向同性彈性材料，近似取水平灰縫上下半磚作為代表性體積單元來研究砌體的干燥收縮變形，如圖1(a)所示.在實際工程中，干燥收縮裂縫通常是由于砌體水平方向的干燥收縮變形受到約束而導致，本文僅研究水平方向的干燥收縮變形.
湖南大學學報(自然科學版) 2012年
第8期 梁建國等：蒸壓粉煤灰磚砌體干燥收縮試驗研究及其預測模型
砌體代表性體積單元，在無外荷載時，由于磚和砂漿的干燥收縮規律不同，干燥引起的砌體體積變形是一個超靜定問題，見圖1(b)和圖1(c）.
由此表明，砌體的干燥收縮率近似等于磚的使用階段干燥收縮率，而且，當磚尺寸更大時，這個結論更為準確.
2 砌體中蒸壓粉煤灰磚在使用階段干燥收縮
磚在使用階段的干燥收縮是指磚上墻砌筑后在環境中干燥而產生的收縮.理論上，當時間t→
4 結 論
1）砌體的干燥收縮率近似等于磚的干燥收縮率，砂漿的干燥收縮率對砌體影響很小.
2）砌體墻中蒸壓粉煤灰磚的干燥收縮率隨著上墻含水率的增加而增加，隨著環境相對濕度的增加而減小，隨著磚的體積/暴露面積比的增加而減小.
3）蒸壓粉煤灰磚砌筑初期從砂漿中吸收水分，使得磚的初始相對含水率增加，從而加大磚的干燥收縮率.
4）在使用階段的不同時刻，蒸壓粉煤灰磚砌體干燥收縮率可按式（17）進行預測.
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