蒸壓加氣混凝土砌塊基本特性分析

蒸壓加氣混凝土砌塊基本特性分析

0混凝土建筑技術(shù)指標應用現(xiàn)狀及問題近年來，隨著建筑節(jié)能工作的蓬勃發(fā)展，蒸壓混凝土砌塊的墻體可以廣泛應用于自建、隔離、隔熱、節(jié)材等優(yōu)點。然而,由于對其材料性能的認識存在誤區(qū)及相關(guān)施工工藝的不合理,墻體使用過程中開裂、滲漏,抹灰層空鼓、剝落等質(zhì)量事故屢見不鮮,并引起眾多的質(zhì)量糾紛。為此行業(yè)標準《蒸壓加氣混凝土建筑應用技術(shù)規(guī)程》(JGJ/T17—2008)已于2009年5月1日實施。國家規(guī)范《墻體材料應用統(tǒng)一技術(shù)規(guī)范》(GB50574—2010)(簡稱規(guī)范GB50574)已于2011年6月11日正式實施,其對塊體材料、板材、砂漿、灌孔混凝土及保溫、連接和其他材料的選擇、設(shè)計、施工、驗收、維護及試驗方法等提出了統(tǒng)一技術(shù)規(guī)定。然而,作為技術(shù)規(guī)范既應考慮技術(shù)的先進性又應滿足國內(nèi)的應用現(xiàn)狀,即“平均先進”?，F(xiàn)以蒸壓加氣混凝土砌塊的特性作為切入點,談一下對規(guī)范GB50574的認識和個人意見。1蒸壓混凝土砌塊的特性1.1蒸壓加壓混凝土斑塊的特性蒸壓加氣混凝土砌塊是以硅質(zhì)材料及鈣質(zhì)材料為主要原料,摻加鋁粉(膏)作為發(fā)氣劑,經(jīng)加水攪拌,由化學反應形成孔隙,經(jīng)澆筑成型、預養(yǎng)切割、蒸壓養(yǎng)護等工藝過程制成的具有高分散多孔結(jié)構(gòu)的硅酸鹽建筑材料;主要由托勃莫來石、結(jié)晶度較差的C-S-H和水化石榴子石相互交織構(gòu)成的堅固的多孔人造石。多孔性是蒸壓加氣混凝土砌塊最主要的特性,孔隙率一般達到70%～80%(隨容重級別不同而變化),體積飽和含水率達到45%以上。蒸壓加氣混凝土砌塊大部分氣孔的孔徑為0.2～2mm,平均孔徑約為1mm,氣孔基本上分散獨立,呈封閉或半封閉狀。這種氣孔阻斷了材料中毛細管的連續(xù)性,使水分在滲透時運動緩慢,吸水延續(xù)時間長,表面澆水不易澆透。吸濕解濕緩慢是蒸壓加氣混凝土砌塊的另一主要特性。由于生產(chǎn)切割時一般采用鋼絲,因此無論如何改進工藝條件,切割面上或多或少都會存在切割屑,該部分附著屑在砌塊上墻時應清除干凈,否則會嚴重影響鋪施面砂漿與砌塊基面的粘結(jié)。規(guī)范GB50574中第3.2.1條第6點強制性條文的表述“……,其切割面不應有切割附著屑”,改為“……,上墻前應清理干凈表面附著粉塵”表述更合理。1.2制品含水率對蒸壓貿(mào)易水分穩(wěn)定性的影響表3蒸壓加氣混凝土之所以在干燥時會發(fā)生收縮,是由于毛細孔水蒸發(fā)而引起的。毛細孔水的蒸發(fā)使得毛細孔內(nèi)水面下降,彎月面的曲率變大。在表面張力的作用下,毛細孔內(nèi)形成毛細管收縮應力,隨著孔內(nèi)水分的不斷減少,這種收縮應力不斷增加,引起蒸壓加氣混凝土制品收縮。蒸壓加氣混凝土砌塊的干縮率一般為0.235～0.425mm/m,或者更大;收縮應力可達0.3～0.6MPa,超過砌體抗拉強度0.12～0.25MPa,干縮變形應力影響很大。蒸壓加氣混凝土砌塊出釜含水率一般為40%左右,出釜存放28d后,含水率可低于20%。文認為,蒸壓加氣混凝土砌塊在使用過程中,環(huán)境溫度和相對濕度等因素的不斷變化導致蒸壓加氣混凝土含水率的相應變化及水分遷移,使水、水蒸氣和孔結(jié)構(gòu)之間產(chǎn)生了強烈的相互作用,造成蒸壓加氣混凝土體積改變:(1)初始含水率越低,蒸壓加氣混凝土的干燥收縮值越小。初始含水率相同時,隨溫度的升高或相對濕度的降低,蒸壓加氣混凝土干燥收縮值增大。(2)相對濕度越低,蒸壓加氣混凝土的平衡含水率越低。相對濕度變化,蒸壓加氣混凝土的平衡含水率也隨之變化,并產(chǎn)生相應的干縮濕脹變形。文認為粉煤灰加氣混凝土蒸壓制品的干燥收縮值隨制品含水率的變化有如下規(guī)律:(1)隨著制品含水率的不斷減小,其干燥收縮值逐漸增大,自飽水狀態(tài)(含水率為70%左右)至出釜狀態(tài)(含水率為35%左右)區(qū)間,干燥收縮值上升得較快,這部分收縮占總收縮的25%左右。(2)出釜狀態(tài)至平衡狀態(tài)(含水率5%左右)區(qū)間,隨著含水率的減小,干燥收縮值上升比較緩慢,有的甚至還會下降,形成一個谷。但是,當超過平衡狀態(tài)時,隨著含水率的進一步減小,干燥收縮值卻急劇增大,直至最大值。制品收縮的結(jié)果將產(chǎn)生拉應力,如果超過抗拉極限,就會導致結(jié)構(gòu)的破壞。(3)制品的大部分干燥收縮發(fā)生在含水率為5%至絕干狀態(tài)這一區(qū)間。從理論上講,這一區(qū)間收縮值很大(占總收縮的60%左右),對結(jié)構(gòu)的危害也很大,但在實際應用中,這一區(qū)間的收縮一般不會發(fā)生。因為我國南方的平衡濕度為8%～10%,北方的平衡濕度為2%～5%,故無特殊情況下,不會出現(xiàn)更低的濕度。因此,真正對砌塊墻體有危害作用的收縮值是砌塊上墻至平衡狀態(tài)這一區(qū)間的收縮。蒸壓加氣混凝土砌塊上墻時含水率越接近砌塊的平衡含水率,則砌塊的實際干縮變形將越小。當砌塊上墻含水率低于15%時,其實際干縮值接近0.1mm/m,干縮變形應力將小于0.2MPa,對墻體的影響可控制在安全范圍內(nèi)。有關(guān)規(guī)程要求砌塊出廠后28d才能上墻,其實質(zhì)是盡量減小砌塊上墻時的含水率,然而,也應該注意到在這過程中砌塊必須防止雨水的浸泡,否則效果將適得其反。1.3材料及充填材料特點對抗壓強度的影響國內(nèi)外不同研究均發(fā)現(xiàn)含水率對蒸壓加氣混凝土材料的強度影響較大。文的研究表明,無論哪種蒸壓加氣混凝土產(chǎn)品的抗壓強度受含水率的影響都很大,直到含水率超過60%,各種蒸壓加氣混凝土產(chǎn)品的抗壓強度才基本穩(wěn)定,不再下降;文對天津地區(qū)的灰砂蒸壓加氣混凝土砌塊的研究表明,材料的最小強度與絕干強度相差達到37%;文研究了粉煤灰蒸壓加氣混凝土,結(jié)果表明,材料的最小強度相當于絕干強度的64%左右;文對干密度為500kg/m3左右的Ytong產(chǎn)品進行了研究,結(jié)果表明,材料含水率為50%時抗壓強度僅為絕干強度的65%左右。軟化系數(shù)是指材料飽水狀態(tài)下的抗壓強度與絕干狀態(tài)下的抗壓強度的比值,它是表征材料耐水性優(yōu)劣的重要指標,一般軟化系數(shù)大于0.85的材料是耐水材料。上述研究及試驗表明,蒸壓加氣混凝土的軟化系數(shù)一般為0.6～0.8。1.4加壓混凝土的人工碳化蒸壓加氣混凝土的水化產(chǎn)物在CO2和水的作用下發(fā)生分解的難易程度及對物理力學性能的影響稱為蒸壓加氣混凝土的碳化性能,以制品碳化后的抗壓強度與未碳化時的抗壓強度的比值———碳化系數(shù)來衡量。有關(guān)碳化引起蒸壓加氣混凝土長期強度劣化的機理,國內(nèi)外相當多的學者進行了相關(guān)的研究。文認為不同品種試件的碳化系數(shù)高低與碳化速度有關(guān),粉煤灰加氣混凝土制品的水化產(chǎn)物含有大量結(jié)晶差的水化硅酸鈣,其溶解度大于托勃莫來石,因此碳化速率高,而碳化速率高的試體較容易出現(xiàn)微裂縫,導致低碳化系數(shù)。文分析比較了水泥-石灰-砂、水泥-礦渣-砂、水泥-石灰-粉煤灰3種加氣混凝土在人工碳化下的性狀,指出了水泥-石灰-粉煤灰加氣制品與前兩類的重要差別是水化產(chǎn)物的結(jié)晶度低,托勃莫來石少,而結(jié)晶差的水化硅酸鈣含量多。上述原因?qū)е?種類型蒸壓加氣混凝土的人工碳化系數(shù)以水泥-石灰-砂制品最高(≥0.9)、水泥-礦渣-砂制品次之(≈0.8)、水泥-石灰-粉煤灰制品最低(<0.75)。文,對粉煤灰加氣混凝土的碳化性能進行了研究,指出其人工碳化系數(shù)在0.75以下。文指出600～800℃的TG-DTA失重分析是研究蒸壓加氣混凝土碳化程度的最有效的方法。加氣混凝土碳化程度(碳化系數(shù))Dc計算公式為:式中C,C0和Cmax分別為試樣中的二氧化碳量及其初始值、最大值。長期研究加氣混凝土的物理性能后發(fā)現(xiàn):室內(nèi)環(huán)境中相對濕度和溫度是改變的,對密度增加影響很大;密度增加是碳化的結(jié)果,其最終增加的密度與其初次干燥密度成比例,還發(fā)現(xiàn)微孔(3.5～7500nm)的相對體積與干燥體積成比例;基于修正的擴散方程解決了模擬時間進程與因碳化而密度增加之間的關(guān)系。調(diào)查分析顯示,國內(nèi)蒸壓加氣混凝土廠大部分是以水泥-石灰-粉煤灰制品為主。一般情況下,制品的碳化系數(shù)難以達到規(guī)范GB50574第3.2.3節(jié)中0.85的要求。1.5蒸壓加壓混凝土性能試驗方法分析蒸壓加氣混凝土在飽水狀態(tài)下因凍融循壞產(chǎn)生的破壞作用稱為凍融破壞。蒸壓加氣混凝土的抗凍性是指飽水蒸壓加氣混凝土抵抗凍融循環(huán)作用的性能。飽水狀態(tài)和凍融循環(huán)交替作用是蒸壓加氣混凝土凍融破壞試驗的必要條件。蒸壓加氣混凝土的凍融蝕壞一般發(fā)生于寒冷地區(qū)經(jīng)常與水接觸的混凝土結(jié)構(gòu)物,如建筑物勒腳、陽臺、窗臺及洗手間墻體等地方。蒸壓加氣混凝土凍融循環(huán)產(chǎn)生的破壞作用主要有凍脹開裂和表面剝蝕兩個方面。水在蒸壓加氣混凝土毛細孔中結(jié)冰造成的凍脹開裂使加氣混凝土的彈性模量、抗壓強度、抗拉強度等力學性能嚴重下降,危害結(jié)構(gòu)物的安全性。加氣混凝土的抗凍性主要取決于試件原始強度及孔隙結(jié)構(gòu)特征,保證制品具有必要的強度和良好的氣孔結(jié)構(gòu)是獲得良好抗凍性的必要條件。文認為蒸壓加氣混凝土性能試驗方法中用F15作為衡量指標主要有兩個原因:1)考慮國內(nèi)目前蒸壓加氣混凝土制品所能達到的質(zhì)量水平;2)與國外同類標準盡量一致。當然主要考慮的是前者。規(guī)范GB50574中對不同地區(qū)的抗凍性要求分別以F15,F25,F35,F50作為衡量標準。從表面上看是合理的,然而存在如下問題:1)國內(nèi)目前產(chǎn)品的性能指標是否普遍能達到比F15更高的抗凍性要求是一大疑問;2)國家標準《蒸壓加氣混凝土性能試驗方法》(GB/T11969—2008)以F15作為合格與否判定標準,如按規(guī)范GB50574要求以F25,F35,F50作為判定標準會造成產(chǎn)品標準與使用規(guī)范相矛盾,造成質(zhì)量糾紛。如果僅作為建筑物內(nèi)墻使用,F15應該足夠,作為外墻使用時,需要提高抗凍等級,因此使用部位應該是抗凍等級選擇的主要依據(jù)。即使在寒冷地區(qū),內(nèi)墻也沒有必要提高抗凍等級。一般而言,蒸壓加氣混凝土制品含水率在37%～45%時,其抗凍性較理想。提高其使用階段抗凍性能的關(guān)鍵,在于對關(guān)鍵部位(如陽臺、窗臺等容易滲漏的地方)做好防水措施,減少蒸壓加氣混凝土制品飽水幾率。1.6蒸壓加壓混凝土配合物的大量排放造成酸雨無效實踐表明,環(huán)境水的pH值小于6.5時就可對加氣混凝土造成酸侵蝕。硫酸、硝酸等對蒸壓加氣混凝土產(chǎn)生強酸侵蝕,與水化硅酸鈣反應生成可溶性鈣鹽并溶出,可使反應不斷進行,使蒸壓加氣混凝土的堿度和強度不斷降低,從而導致蒸壓加氣混凝土的劣化。就中國酸雨中的酸性物質(zhì)構(gòu)成而言,區(qū)域性酸雨主要是SO2的大量排放造成的,屬硫酸型。近些年來,隨著許多大中城市機動車數(shù)量的急劇增加導致氮氧物排放量增加,酸雨中硝酸的比例有逐步增大的趨勢。文監(jiān)測統(tǒng)計表明:中國酸雨區(qū)主體位于長江以南的廣大地區(qū),且近年來華中和華南中部如湖南、廣東和江西等地區(qū)酸雨進一步加強,甚至在湖南東部、江西西部等部分地區(qū)又重新出現(xiàn)年均降水pH值小于3.5的情形。蒸壓加氣混凝土砌塊應用于酸雨地區(qū)外墻時,應對其外表進行切實可行的保護(如適當?shù)纳皾{層厚度并適當提高砌塊的強度級別來減少酸雨的侵蝕破壞)。薄層抹灰砂漿并不適合外墻面的應用。2關(guān)于蒸壓鎖砌塊的指標的建議2.1膨脹系數(shù)及軟化系數(shù)規(guī)范GB50574中3.2.3條對蒸壓加氣混凝土塊體材料物理性能指標要求如下:1)材料標準應給出吸水率和干燥收縮值限值;2)碳化系數(shù)不應小于0.85;3)軟化系數(shù)不應小于0.85;4)抗凍性能應符合表3.2.3的規(guī)定;5)線膨脹系數(shù)不宜大于1.0×10-5/℃。由前述分析可知:1)由于蒸壓加氣混凝土固有的多孔性,給出材料的吸水率限值并沒有實際的意義,限制砌塊上墻時的含水率將更有效地防止砌塊墻體干縮裂縫的開展;2)粉煤灰蒸壓加氣混凝土砌塊難以達到碳化系數(shù)不應小于0.85的要求,勢必造成規(guī)程與實際脫節(jié);3)軟化系數(shù)應根據(jù)目前的實際生產(chǎn)水平建議在0.6～0.8之間取一合理值(當然要求根據(jù)各地砌塊廠家的普查結(jié)果而定);4)抗凍性指標一方面應考慮目前的產(chǎn)品水平,另一方面應考慮產(chǎn)品標準《蒸壓加氣混凝土砌塊》(GB11968)與應用標準的相應統(tǒng)一,同時內(nèi)墻與外墻也應有不同的指標。2.2向厚墻中蒸發(fā)壓鋼筋的最小強度調(diào)整為3a.5內(nèi)部和a5.0外部2.2.1無定形材料的蒸壓與養(yǎng)護通常認為砌塊結(jié)晶度的增大會減少干燥收縮,提高抗化學侵蝕。然而,從強度的觀點看,蒸壓加氣混凝土的強度除了與孔隙率和孔結(jié)構(gòu)相關(guān)外,還與膠凝材料的微觀結(jié)構(gòu)有關(guān)。結(jié)晶程度提高如果不能與孔隙率相匹配,反而會降低強度。水灰比較大的無定形材料有可能強度反而更高。亦即存在最佳的蒸壓時間和蒸壓溫度,并非蒸壓越長越好。過度蒸壓養(yǎng)護,可生成硬硅鈣石(C6S6H),從而導致材料變得薄弱。國內(nèi)現(xiàn)有生產(chǎn)工藝生產(chǎn)的蒸壓加氣混凝土砌塊與規(guī)范GB50574所要求的物理性能指標尚有較大的距離,砌塊在耐水性、抗凍性及抗碳化侵蝕能力方面尚需提高。GB11968中定義的砌塊強度等級是與砌塊質(zhì)量含水率8%～12%相對應的。前文已述,目前砌塊的軟化系數(shù)一般為0.6～0.8,如與規(guī)范GB50574規(guī)定的軟化系數(shù)為0.85、強度等級為A2.5及A3.5的塊材比較,如達到飽水狀態(tài)下強度相同的條件,則砌塊的強度等級應為(0.85/0.6×2.5≈3.5)A3.5及(0.85/0.6×3.5≈5.0)A5.0。2.2.2外墻應力應變自承重墻并非僅作為填充作用的墻體,其最少尚應具有抵抗砌塊墻體干濕循環(huán)引起的收縮應力(這點對南方多雨、潮濕地區(qū)尤為突出)及墻體底部支承構(gòu)件變形引起的次應力的能力。另外,外墻尚應具有抗熱沖擊、抗沖刷、防水、抗風、抗酸侵蝕能力,并應具有足夠的強度粘貼飾面材料。從現(xiàn)場施工情況看,過低強度的砌塊在搬運過程中容易缺棱掉角甚至斷裂(飽水的A2.5砌塊實際強度最低值僅為1.5MPa左右),這些砌塊如用在砌體墻上將會引起嚴重的質(zhì)量隱患。2.2.3外墻設(shè)計使用年限與結(jié)構(gòu)主體構(gòu)件相一致人民生活水平的提高自然而然使其對生活素質(zhì)的訴求越來越高。雖然墻體局部的開裂、滲漏并不影響主體結(jié)構(gòu)的安全性,但將會嚴重影響使用者的心理感受,導致嚴重的質(zhì)量糾紛。引起墻體的開裂、滲漏的原因是多方面的,砌塊強度過低是一個不容置疑的重要原因。我國已進入地震多發(fā)時期,各相應規(guī)范已逐步修訂(編)以提高結(jié)構(gòu)及構(gòu)件的抗震水平。自承重墻體雖然不承受主體結(jié)構(gòu)荷載,然而,歷次震害均表明,墻體的倒塌是造成人員傷亡的主要原因之一,因此,提高自承重墻體在地震時的抗倒塌能力是一個需迫切解決的問題。適當提高砌塊的強度是提高墻體抗震能力最直接、最有效的方法?！墩魤杭託饣炷列阅茉囼灧椒ā?GB/T11969—2008)與《加氣混凝土性能試驗方法》(GB/T11969～11975—1997)相比,抗壓強度試驗的含水率要求已從25%～45%調(diào)整為8%～12%。前面已述,蒸壓加氣混凝土的抗壓強度隨含水率的提高而下降,若繼續(xù)沿用過去的最小強度等級要求,即A2.5(內(nèi)墻)、A3.5(外墻),相當于對砌塊最小強度要求更低,這與提高結(jié)構(gòu)構(gòu)件的抗震能力相悖。外墻設(shè)計年限不應以易于替換的結(jié)構(gòu)構(gòu)件(設(shè)計使用年限25年)來確定。作為外墻體,其包含填充墻、門、窗、梁、柱、剪力墻等