摘要：混凝土磚砌體濕脹干縮是引起該砌體建筑易裂的主要因素之一。通過參照相關(guān)的標(biāo)準(zhǔn)，采用理論分析和實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證的方法對(duì)混凝土磚的干縮性能的含義進(jìn)行解釋，進(jìn)而闡述干縮率和吸水率、含水率、環(huán)境濕度、溫度、相對(duì)含水率的關(guān)系。
關(guān)鍵詞：混凝土磚；干縮率；吸水率；含水率；相對(duì)含水率
中圖分類號(hào)：TU522.1+9 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：B 文章編號(hào)：1001- 702X（2006）10- 0032- 03
0 前言
為了節(jié)約能源，保護(hù)土地資源，改善生態(tài)環(huán)境，國(guó)家墻改政策限制黏土制品的生產(chǎn)和使用，取而代之的是一大批新型墻體材料，混凝土磚就是其中之一。由于生產(chǎn)混凝土磚一次性投資不多，全國(guó)出現(xiàn)了大量的混凝土磚廠，僅在寧波地區(qū)就有70 余家。混凝土磚是以砂、石等為集料，加入水泥、添加劑等摻合料，加水?dāng)嚢?，?jīng)成型機(jī)振壓成型的一種混凝土制品，干燥收縮率在0.04%～0.07%。一些使用混凝土磚的建筑物，墻體開裂的質(zhì)量事故時(shí)有發(fā)生，已經(jīng)嚴(yán)重影響混凝土磚砌體的工程質(zhì)量，成為制約混凝土磚在建筑工程中推廣應(yīng)用的瓶頸。研究混凝土磚砌體的開裂，首先要研究混凝土磚的干燥收縮。本文通過對(duì)混凝土磚干縮性能和內(nèi)涵的闡述，分析了影響干縮率的各種因素。
混凝土磚的干縮是由于毛細(xì)孔水和部分凝結(jié)水蒸發(fā)而引起的，其機(jī)理是毛細(xì)孔水的蒸發(fā)使得毛細(xì)孔內(nèi)水位下降，彎月面的曲率變大。在表面張力作用下，毛細(xì)孔內(nèi)便形成毛細(xì)管收縮應(yīng)力。隨著孔內(nèi)水分的不斷減少，收縮應(yīng)力不斷增加[1]。如果這種應(yīng)力大于抹面砂漿的抗拉強(qiáng)度，將使混凝土磚收縮并產(chǎn)生裂縫。因此，實(shí)際干縮率的大小與混凝土磚上墻含水率有關(guān)。
1 干燥收縮率和吸水率的關(guān)系
干燥收縮率：混凝土磚在吸水飽和與干燥狀態(tài)下長(zhǎng)度變化率，按式（1）計(jì)算：
式中：S—干燥收縮率，即理論最大干縮率；
L—混凝土磚在浸水4 d （飽和狀態(tài)），面干處理后的長(zhǎng)度；
L0—混凝土磚在（50±3）℃電熱鼓風(fēng)干燥箱中反復(fù)進(jìn)行烘干（絕干狀態(tài)），直到長(zhǎng)度達(dá)到穩(wěn)定時(shí)的長(zhǎng)度。
從式（1）分析可知：混凝土磚的干燥收縮率從理論上講是混凝土磚可能達(dá)到的最大干縮率，并不是實(shí)際的干縮率。這里的干燥收縮率僅與混凝土磚的吸水率有關(guān)，吸水率越大，理論最大干縮率也越大，而與含水率沒有直接的關(guān)系。吸水率又與混凝土材料的特性有關(guān)，如：水灰比、材料級(jí)配、空隙結(jié)構(gòu)、空隙率等因素有關(guān)。為了把干縮率不同含義區(qū)分開來，可以把標(biāo)準(zhǔn)中規(guī)定的干燥收縮率用理論最大干縮率來表達(dá)，它是混凝土磚的一項(xiàng)技術(shù)指標(biāo)，用來劃分混凝土磚質(zhì)量的定量值，而實(shí)際的干縮率隨著混凝土的含水率變化而改變，它是一個(gè)變量，本文以下提到的實(shí)際干縮率簡(jiǎn)化后用“干縮率”表示。
2 混凝土磚干縮率和含水率的關(guān)系
2.1 理論分析
對(duì)于混凝土磚的干縮率和含水率、吸水率、相對(duì)吸水率可以用下述方法設(shè)定：
（1）當(dāng)混凝土磚達(dá)到干燥狀態(tài)時(shí)，對(duì)應(yīng)的試件長(zhǎng)度為L(zhǎng)0[與公式（1）中的L0 概念相同]；
（2）當(dāng)混凝土磚的含水率為a，此時(shí)對(duì)應(yīng)的試件長(zhǎng)度為A；
?。?）當(dāng)混凝土磚吸水飽和，它的吸水率為b，此時(shí)對(duì)應(yīng)的試件長(zhǎng)度為L(zhǎng)[與式（1）中的L 概念相同]；
（4）相對(duì)含水率指混凝土磚的含水率與其吸水率的比值，也可以理解為混凝土磚達(dá)到最大吸水率的程度，表示為a/b，也可以用A/L 來表示。因此，干縮率S* 可以表示混凝土磚在一定含水率下與干燥狀態(tài)下的長(zhǎng)度變化率，以式（2）表示：
可知：含水率不大于吸水率，且不小于0，得L0≤A≤L，L0/L≤A/L≤1，S*≤S。
2.2 試驗(yàn)證明
2.2.1 試驗(yàn)材料和試驗(yàn)方法
試驗(yàn)采用的混凝土磚是兩個(gè)廠生產(chǎn)的混凝土多孔磚，分別用HD1、HD2 表示?？紤]到水泥水化反應(yīng)需要消耗水，并且水化反應(yīng)還會(huì)造成化學(xué)減縮，為了消除它們對(duì)試驗(yàn)的影響，試驗(yàn)用材齡期定在60 d 以上。試驗(yàn)方法按GB/T 4111—1997 進(jìn)行，首先把混凝土磚浸泡在水里，4 d 飽和后取出測(cè)定2 個(gè)測(cè)長(zhǎng)頭的長(zhǎng)度及最大含水率（吸水率），然后放入烘箱中，烘箱溫度控制在高于環(huán)境溫度5～10 ℃，在不同的時(shí)間點(diǎn)上測(cè)試混凝土磚的長(zhǎng)度和含水率，直至達(dá)到絕干狀態(tài)。
2.2.2 試驗(yàn)結(jié)果及分析
干縮率按式（2）計(jì)算得到的干縮率和含水率結(jié)果見圖1。
由圖1 可知：干縮率隨著含水率的增加而增大。HD1 的相關(guān)系數(shù)R2 =0.9505，HD2 的相關(guān)系數(shù)R2 =0.9153。因此，干縮率和含水率可以近似地看作線性關(guān)系，含水率越大，干縮率越大。
3 混凝土磚干縮率和濕度的關(guān)系
由于混凝土磚在砌體上使用后要受到環(huán)境的影響，環(huán)境的濕度會(huì)使混凝土磚的含水率發(fā)生變化，進(jìn)而影響到其干縮率，因此，對(duì)混凝土磚的干縮率和濕度的關(guān)系進(jìn)行研究很有必要。
把混凝土磚放在自然狀態(tài)下，避免被雨水直接淋濕，測(cè)試濕度和干縮率，結(jié)果見表1。
由表1 可見：
?。?）濕度越大，干縮率越大。
?。?）濕度變化越大，干縮率值變化越大，因此干縮率值是在最大濕度與最小濕度之間變化的。如果干縮率變化值大于安全干縮率將會(huì)引起墻體開裂。安全干縮率指墻體材料砌成墻體后，雖產(chǎn)生干縮，但不致使墻體開裂時(shí)墻體材料的最大干縮率[2]。
（3）由于：①混凝土磚的含水率與環(huán)境濕度成正比關(guān)系；②混凝土磚在砌筑過程中會(huì)吸收部分砂漿中的水。為了使混凝土磚砌體在抹面后的最初階段干縮率值變化最小，上墻時(shí)的理想含水率應(yīng)與環(huán)境的相對(duì)濕度相適應(yīng)[3]，且應(yīng)稍小于平衡含水率。平衡含水率指墻體材料與環(huán)境達(dá)到濕平衡時(shí)的含水率[2]。在控制好混凝土磚上墻含水率的同時(shí)，也要控制含水率的變化，特別是在墻體抹面后到抹面砂漿達(dá)到設(shè)計(jì)強(qiáng)度這段時(shí)間更要引起重視，因?yàn)閴w的砂漿還沒有達(dá)到設(shè)計(jì)強(qiáng)度，抵抗砌體變形的能力不足，所以應(yīng)避免墻體受到雨淋和暴曬，同時(shí)要加強(qiáng)施工現(xiàn)場(chǎng)的養(yǎng)護(hù)。
根據(jù)上面的分析，上墻含水率并不是越小越好，假如混凝土磚上墻含水率控制得很低，混凝土磚吸收大量的水分，發(fā)生濕脹現(xiàn)象，干縮率值變化也會(huì)很大，而且會(huì)造成混凝土磚大量吸收抹面砂漿的水分，引起砂漿的干縮開裂。
4 混凝土磚干縮率和溫度的關(guān)系
溫度的變化會(huì)引起混凝土磚的變形，但是這種變形不一定是干縮或濕脹變形。溫度對(duì)混凝土磚變形的影響可以分為直接、間接、無(wú)關(guān)3 種。
（1）溫度改變后，絕大多數(shù)材料都會(huì)發(fā)生熱脹冷縮，混凝土磚也不例外，但是這種環(huán)境溫度的變化對(duì)混凝土材料來講變形量是很小的，可以忽略不計(jì)，此時(shí)溫度與混凝土磚的變形有直接的關(guān)系。
（2）溫度改變后，一般會(huì)引起環(huán)境濕度的變化和混凝土磚含水率的變化，使混凝土磚發(fā)生干縮或濕脹，此時(shí)溫度對(duì)變形或者進(jìn)一步說溫度對(duì)干縮率有間接的影響，濕度對(duì)干縮率影響也是間接關(guān)系。一般來說，溫度越高，混凝土磚中的水分蒸發(fā)量越大，進(jìn)而引起干縮率發(fā)生改變。
（3）在某些情況下，溫度很高，混凝土磚中的水分不但沒有減少可能還增多，如夏季的雨天，溫度較高，可是濕度也很大，此時(shí)可以認(rèn)為溫度和干縮率沒有必然的關(guān)系。
綜上所述：溫度變化會(huì)引起混凝土磚熱脹冷縮變形，有可能引起干縮率的改變，但同時(shí)考慮其它因素的影響，溫度與干縮率沒有必然的對(duì)應(yīng)關(guān)系。
5 混凝土磚干縮率、含水率、相對(duì)含水率的關(guān)系
當(dāng)相對(duì)含水率為a/b 時(shí)，即表示為A/L，將式（2）÷式（1），得：
此時(shí)將L0 作為固定值，由式（3）可以看出：理論最大干縮率S 和相對(duì)含水率為a/b 確定的情況下，上墻干縮率只有唯一值，根據(jù)公式（2）含水率a 也可確定。在含水率a 確定的情況下，最大干縮率只有唯一值，理論最大干縮率S 趨大，相對(duì)含水率a/b 要相應(yīng)變小；理論最大干縮率S 趨小，相對(duì)含水率a/b 要相應(yīng)變大。這是ASTMC55—2003《混凝土磚》、JC 943—2004《混凝土多孔磚》標(biāo)準(zhǔn)中提出的不同干燥收縮率對(duì)應(yīng)不同的相對(duì)含水率的原因，也是規(guī)范只對(duì)干燥收縮率和相對(duì)含水率提出具體指標(biāo)，而沒有對(duì)含水率提出具體要求的原因；同理，在理論最大干縮率確定的情況下，含水率越大，干縮率越大，相對(duì)含水率也越大。在實(shí)際施工中，由于相對(duì)含水率高低較難判斷，含水率卻較容易判斷，所以可通過控制含水率的方法基本達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)對(duì)相對(duì)含水率的要求。
6 結(jié)語(yǔ)
?。?）標(biāo)準(zhǔn)中提到的干燥收縮率是理論最大干縮率，不是實(shí)際干縮率S*，S*≤S。
（2）通過對(duì)吸水率的控制，可以達(dá)到控制理論最大干縮率的目的，吸水率越大，干縮率越大，反之亦然。
?。?）通過對(duì)含水率的控制，可以達(dá)到控制干縮率的目的，含水率越大，干縮率越大，反之亦然。
?。?）為了使在抹面后的最初階段干縮率變化最小，理想的上墻含水率應(yīng)低于環(huán)境相對(duì)濕度平衡后的含水率，上墻含水率并不是越小越好，還要控制含水率的變化，應(yīng)避免墻體受到雨淋和暴曬，要加強(qiáng)施工現(xiàn)場(chǎng)的養(yǎng)護(hù)。
（5）溫度改變后，會(huì)引起環(huán)境濕度的變化和混凝土磚含水率的變化，使混凝土磚發(fā)生干縮或濕脹，但是溫度與干縮率沒有必然的對(duì)應(yīng)關(guān)系。
?。?）通過對(duì)干燥收縮率和相對(duì)含水率的控制，就可以達(dá)到控制混凝土磚的干縮，因此標(biāo)準(zhǔn)中用相對(duì)含水率而不用含水率、吸水率來表達(dá)。在實(shí)際施工中，控制含水率也能在一定程度上達(dá)到控制相對(duì)含水率的目的。
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