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含水率與吸水率對蒸壓粉煤灰磚抗壓強度和抗折強度的影響

1蒸壓粉煤灰磚的原料及性質(zhì)在水下浸泡后,在水和土壤的作用下減少物質(zhì)之間的吸引力,從而降低了材料的內(nèi)在結(jié)構(gòu)強度。此外,可溶性物質(zhì)的溶出也可以降低強度。材料的耐水性是指它在水介質(zhì)中是否能保持原有外觀和強度的性能,通常用軟化系數(shù)指標來衡量,軟化系數(shù)即制品飽水后強度與自然風(fēng)干狀態(tài)下強度的比值。材料軟化系數(shù)的大小是決定磚的耐久性的主要因素之一。蒸壓粉煤灰磚是由粉煤灰、石灰為主要原料,摻加適量的石膏、外加劑、集料等,經(jīng)坯料制備、成型、高壓蒸汽養(yǎng)護而制成的砌體塊材,它的主要有效生成物是少量的托勃莫來石C5S6H5和結(jié)晶度較好的水化硅酸鈣CSH(B)。由于原材料性質(zhì)、配合比及生產(chǎn)工藝的差別,磚的托勃莫來石C5S6H5和結(jié)晶度較好的水化硅酸鈣CSH(B)含量不同,磚的孔結(jié)構(gòu)和吸水特性也有差異,磚的強度及其耐水性也不相同。但一般來說,磚的強度隨著含水率的增加而下降。本研究力圖通過對不同含水率及不同吸水率的蒸壓粉煤灰磚的耐水性試驗,確定磚的最大吸水率要求,以保證磚的耐水性和耐久性要求。2蒸壓粉煤灰磚的抗壓強度試驗用磚采用湖南石門電廠蒸壓粉煤灰普通磚,共25塊,將其放入烘箱烘干并冷卻后,分為5組(Ⅰ~Ⅴ組),每組5塊,編號后稱量每塊磚重量。Ⅰ~Ⅴ組試樣分別在掩蓋磚頂面10mm的水中浸泡0min、1min、5min、30min、24h,取出后,晾干1h,讓其內(nèi)水分分散均勻,稱量每塊試樣重量后,進行抗折強度試驗,利用抗折試驗后的磚進行抗壓強度試驗,試驗方法參照《砌墻磚試驗方法》GB/T2542-2003。Ⅰ~Ⅴ組蒸壓粉煤灰磚的試驗結(jié)果如圖1所示。Ⅰ~Ⅴ組磚質(zhì)量含水率、抗壓強度、抗折強度平均值見表1。試驗結(jié)果表明:蒸壓粉煤灰磚的抗壓強度和抗折強度隨磚的含水率的增加而減少,由試驗結(jié)果回歸得到方程式:式中fc—磚的抗壓強度,MPa;fb—磚的抗折強度,MPa;ρ—磚含水率,%。(1)、(2)式回歸的相關(guān)系數(shù)分別為0.884和0.764。3磚的預(yù)處理及抗壓強度蒸壓粉煤灰磚的軟化系數(shù)為飽水后強度與自然風(fēng)干狀態(tài)下強度的比值,即一般可用下式表達:式中kf—磚的抗壓(抗折)強度軟化系數(shù);f1f—飽和面干試件的抗壓(抗折)強度,MPa;f1—自然風(fēng)干狀態(tài)對比試件的抗壓(抗折)強度,MPa。軟化試驗采用福建長樂、湖南石門和濟南力天3個不同生產(chǎn)廠家的蒸壓粉煤灰普通磚,前兩廠均采用福建海源設(shè)備生產(chǎn),濟南力天采用德國進口輪盤機壓坯,三種磚的飽和吸水率分別為16.2%、21.6%和32.4%(體積吸水率分別為263kg/m3、291kg/m3和436kg/m3),自然風(fēng)干狀態(tài)下磚的抗壓強度分別為17.32MPa、18.77MPa、12.03MPa,抗折強度分別為3.87MPa、3.34MPa和3.02MPa。由于《砌墻磚試驗方法》GB/T2542-2003沒有提出磚的軟化系數(shù)試驗方法,參照《混凝土小型空心砌塊試驗方法》GB/T4111-1997進行試驗,每組7塊磚試樣。將磚在溫度為20℃±5℃的水中浸泡4d(磚的頂面在水中淹沒10mm),取出后濾干后先進行抗折強度試驗,再利用折斷的磚進行抗壓強度試驗,磚的抗折和抗壓強度試驗方法按照《砌墻磚試驗方法》進行。根據(jù)試驗結(jié)果以及式(3),三組不同吸水率的蒸壓粉煤灰磚的軟化系數(shù)平均值如圖2所示。由圖2可以看出:①蒸壓粉煤灰磚的抗壓強度和抗折強度軟化系數(shù)均隨著磚的吸水率增加而降低,當(dāng)吸水率小于20%時,這種降低并不十分明顯,但是當(dāng)超過20%時,降低的幅度大大增加;②抗折強度軟化系數(shù)較抗壓強度軟化系數(shù)小,三種磚的吸水率分別為16.2%、21.6%和32.4%時,其抗折軟化系數(shù)分別為抗壓軟化系數(shù)的83.0%、82.8%和75.6%。4試驗方法和結(jié)果我國國家標準《砌墻磚試驗方法》中明確規(guī)定對非燒結(jié)磚,其抗折強度為浸泡24h后的強度,但是對抗壓強度試樣沒有明確規(guī)定是采取何種含水率狀態(tài)下的磚,由于磚的抗壓強度隨著含水率的增加而減少很明顯,顯然是不合理的。美國磚的強度試驗方法主要有兩類:燒結(jié)材料(包括粘土和頁巖等)按照《磚瓦取樣和試驗方法》ASTMC67-06進行;非燒結(jié)材料(包括混凝土和硅酸鹽等)按照《混凝土砌塊及相關(guān)塊材取樣和試驗方法》ASTMC140-05a進行。在ASTMC140中對非燒結(jié)塊材抗壓強度試樣的養(yǎng)護有兩種方式:一是常規(guī)法:試件運到試驗室后,將磚攤開,每塊磚相隔13mm,環(huán)境溫度為24℃±8℃,相對濕度小于80%,放置時間不小于48h;二是快速法:按常規(guī)法相同的方法將磚攤開,置于上述試驗室環(huán)境中,并用電風(fēng)扇吹4h,然后每2h測量一次重量,直到前后兩次測量重量誤差小于0.2%為止。兩種方法均不需要用烘箱烘干,相當(dāng)于自然風(fēng)干對于蒸壓粉煤灰磚,按照文獻的試驗結(jié)果,青島某廠從出釜起48h時的質(zhì)量含水率平均值為6.8%,湖南某廠出釜24h后的質(zhì)量含水率平均值為8.5%,兩組磚所處的環(huán)境條件符合美國標準的要求。也就是說,若按照美國標準,出釜48h后抗壓強度試驗時磚的含水率大約為6%~8%左右。由于非燒結(jié)塊材與燒結(jié)塊材的明顯差異在于非燒結(jié)塊材失水后會產(chǎn)生較大的干燥收縮變形,很容易導(dǎo)致開裂。為了控制這種裂縫出現(xiàn),需嚴格控制磚的上墻含水率,一般不允許上墻前澆水,但是磚上墻時含水率太低的話,又會使得磚與砂漿的粘結(jié)強度和抗剪強度降低。試驗表明,蒸壓粉煤灰磚的含水率在6%~8%時,抗剪強度略有降低。因此,在不十分影響砌體抗剪強度的前提下,盡量降低上墻含水率對減少收縮裂縫有利,即蒸壓粉煤灰磚的較理想上墻含水率為6%~8%。因此,蒸壓粉煤灰磚的抗壓強度參照美國材料標準的要求,采用風(fēng)干狀態(tài)下的試樣進行試驗,其含水率正好符合應(yīng)用中較理想的上墻含水率,即按此法測得的磚的強度等級能較準確反應(yīng)砌體內(nèi)磚的實際強度。按照我國施工驗收規(guī)范,蒸壓粉煤灰磚上墻也是要澆水的,含水率為8%~12%,這個要求純粹是從砌體抗剪強度的角度提出來的,沒有綜合考慮其他因素的影響。建議磚的強度等級采用氣干狀態(tài)下的試樣來確定,且相應(yīng)的施工驗收規(guī)范和結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范的砌體強度取值應(yīng)做適當(dāng)調(diào)整。5性能好、吸水率低、含水率高本研究中軟化系數(shù)試驗中三組試樣在自然風(fēng)干狀態(tài)時的抗壓強度均高于10MPa,滿足我國《砌體結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范》GB50003的最低強度等級要求。但事實上,對于第三組(濟南力天),其抗壓強度和抗折強度軟化系數(shù)分別達到了0.86和0.65,如果軟化系數(shù)是按照飽和磚的強度與絕干磚的強度的話,參照式(1)和式(2),這兩個軟化系數(shù)則分別降低到0.6和0.5左右。說明當(dāng)磚的吸水率過大時,其強度退化比較明顯,耐水性較差。我國墻體材料標準《粉煤灰磚》JC239-2001以及其他各種磚標準中,并未對磚的軟化系數(shù)和吸水率作出相關(guān)規(guī)定,從本次試驗看來,這是不妥當(dāng)?shù)?。美國的ASTM標準中,對硅酸鹽磚(灰砂磚)和干容重小于1680kg/m3的混凝土磚,除抗壓強度應(yīng)滿足規(guī)定外,還要求磚的吸水率滿足以下要求:對于基礎(chǔ)及女兒墻等易受潮飽和的地方,磚的體積吸水率不超過240kg/m3,其他不應(yīng)超過288kg/m3。若假設(shè)體積含水率相同,對于干容重較小的蒸壓粉煤灰磚,這兩個體積含水率轉(zhuǎn)化為我國規(guī)范常用的質(zhì)量含水率指標,則分別相當(dāng)于18%和20%,這個結(jié)論與本研究中的軟化系數(shù)試驗結(jié)果一致。建議我國材料標準增補吸水率要求:用于易受潮飽和部位的磚的吸水率不應(yīng)超過18%,其他不超過20%,以保證滿足耐水性(耐久性)的要求。6砌體強度取值通過以上分析,可得到如下結(jié)論和建議:①蒸壓粉煤灰磚的抗壓強度和抗折強度隨磚的含水率增加而降低;②建議磚的強度等級采

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