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。通過參照相關的標準，采用理論分析和實驗驗證的方法對混凝土磚的干縮性能的含義進行解釋，進而闡述干縮率和吸水率、含水率、環(huán)境濕度、溫度、相對含水率的關系。
關鍵詞：混凝土磚；干縮率；吸水率；含水率；相對含水率
中圖分類號：TU522.1+9 文獻標識碼：B 文章編號：1001- 702X（2006）10- 0032- 03
0 前言
為了節(jié)約能源，保護土地資源，改善生態(tài)環(huán)境，國家墻改政策限制黏土制品的生產和使用，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。由于生產混凝土磚一次性投資不多，全國出現了大量的混凝土磚廠，僅在寧波地區(qū)就有70 余家?；炷链u是以砂、石等為集料，加入水泥、添加劑等摻合料，加水攪拌，經成型機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，墻體開裂的質量事故時有發(fā)生，已經嚴重影響混凝土磚砌體的工程質量，成為制約混凝土磚在建筑工程中推廣應用的瓶頸。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。本文通過對混凝土磚干縮性能和內涵的闡述，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孔水和部分凝結水蒸發(fā)而引起的，其機理是毛細孔水的蒸發(fā)使得毛細孔內水位下降，彎月面的曲率變大。在表面張力作用下，毛細孔內便形成毛細管收縮應力。隨著孔內水分的不斷減少，收縮應力不斷增加[1]。如果這種應力大于抹面砂漿的抗拉強度，將使混凝土磚收縮并產生裂縫。因此，實際干縮率的大小與混凝土磚上墻含水率有關。
1 干燥收縮率和吸水率的關系
干燥收縮率：混凝土磚在吸水飽和與干燥狀態(tài)下長度變化率，按式（1）計算：
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)），面干處理后的長度；
L0—混凝土磚在（50±3）℃電熱鼓風干燥箱中反復進行烘干（絕干狀態(tài)），直到長度達到穩(wěn)定時的長度。
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到的最大干縮率，并不是實際的干縮率。這里的干燥收縮率僅與混凝土磚的吸水率有關，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系。吸水率又與混凝土材料的特性有關，如：水灰比、材料級配、空隙結構、空隙率等因素有關。為了把干縮率不同含義區(qū)分開來，可以把標準中規(guī)定的干燥收縮率用理論最大干縮率來表達，它是混凝土磚的一項技術指標，用來劃分混凝土磚質量的定量值，而實際的干縮率隨著混凝土的含水率變化而改變，它是一個變量，本文以下提到的實際干縮率簡化后用“干縮率”表示。
2 混凝土磚干縮率和含水率的關系
2.1 理論分析
對于混凝土磚的干縮率和含水率、吸水率、相對吸水率可以用下述方法設定：
（1）當混凝土磚達到干燥狀態(tài)時，對應的試件長度為L0[與公式（1）中的L0 概念相同]；
?。?）當混凝土磚的含水率為a，此時對應的試件長度為A；
?。?）當混凝土磚吸水飽和，它的吸水率為b，此時對應的試件長度為L[與式（1）中的L 概念相同]；
?。?）相對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 試驗證明
2.2.1 試驗材料和試驗方法
試驗采用的混凝土磚是兩個廠生產的混凝土多孔磚，分別用HD1、HD2 表示?？紤]到水泥水化反應需要消耗水，并且水化反應還會造成化學減縮，為了消除它們對試驗的影響，試驗用材齡期定在60 d 以上。試驗方法按GB/T 4111—1997 進行，首先把混凝土磚浸泡在水里，4 d 飽和后取出測定2 個測長頭的長度及最大含水率（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 ℃，在不同的時間點上測試混凝土磚的長度和含水率，直至達到絕干狀態(tài)。
2.2.2 試驗結果及分析
干縮率按式（2）計算得到的干縮率和含水率結果見圖1。
由圖1 可知：干縮率隨著含水率的增加而增大。HD1 的相關系數R2 =0.9505，HD2 的相關系數R2 =0.9153。因此，干縮率和含水率可以近似地看作線性關系，含水率越大，干縮率越大。
3 混凝土磚干縮率和濕度的關系
由于混凝土磚在砌體上使用后要受到環(huán)境的影響，環(huán)境的濕度會使混凝土磚的含水率發(fā)生變化，進而影響到其干縮率，因此，對混凝土磚的干縮率和濕度的關系進行研究很有必要。
把混凝土磚放在自然狀態(tài)下，避免被雨水直接淋濕，測試濕度和干縮率，結果見表1。
由表1 可見：
?。?）濕度越大，干縮率越大。
（2）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引起墻體開裂。安全干縮率指墻體材料砌成墻體后，雖產生干縮，但不致使墻體開裂時墻體材料的最大干縮率[2]。
?。?）由于：①混凝土磚的含水率與環(huán)境濕度成正比關系；②混凝土磚在砌筑過程中會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，上墻時的理想含水率應與環(huán)境的相對濕度相適應[3]，且應稍小于平衡含水率。平衡含水率指墻體材料與環(huán)境達到濕平衡時的含水率[2]。在控制好混凝土磚上墻含水率的同時，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到設計強度這段時間更要引起重視，因為墻體的砂漿還沒有達到設計強度，抵抗砌體變形的能力不足，所以應避免墻體受到雨淋和暴曬，同時要加強施工現場的養(yǎng)護。
根據上面的分析，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)生濕脹現象，干縮率值變化也會很大，而且會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系
溫度的變化會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。溫度對混凝土磚變形的影響可以分為直接、間接、無關3 種。
?。?）溫度改變后，絕大多數材料都會發(fā)生熱脹冷縮，混凝土磚也不例外，但是這種環(huán)境溫度的變化對混凝土材料來講變形量是很小的，可以忽略不計，此時溫度與混凝土磚的變形有直接的關系。
（2）溫度改變后，一般會引起環(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，此時溫度對變形或者進一步說溫度對干縮率有間接的影響，濕度對干縮率影響也是間接關系。一般來說，溫度越高，混凝土磚中的水分蒸發(fā)量越大，進而引起干縮率發(fā)生改變。
?。?）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，此時可以認為溫度和干縮率沒有必然的關系。
綜上所述：溫度變化會引起混凝土磚熱脹冷縮變形，有可能引起干縮率的改變，但同時考慮其它因素的影響，溫度與干縮率沒有必然的對應關系。
5 混凝土磚干縮率、含水率、相對含水率的關系
當相對含水率為a/b 時，即表示為A/L，將式（2）÷式（1），得：
此時將L0 作為固定值，由式（3）可以看出：理論最大干縮率S 和相對含水率為a/b 確定的情況下，上墻干縮率只有唯一值，根據公式（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，相對含水率a/b 要相應變?。焕碚撟畲蟾煽s率S 趨小，相對含水率a/b 要相應變大。這是ASTMC55—2003《混凝土磚》、JC 943—2004《混凝土多孔磚》標準中提出的不同干燥收縮率對應不同的相對含水率的原因，也是規(guī)范只對干燥收縮率和相對含水率提出具體指標，而沒有對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，相對含水率也越大。在實際施工中，由于相對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到標準對相對含水率的要求。
6 結語
?。?）標準中提到的干燥收縮率是理論最大干縮率，不是實際干縮率S*，S*≤S。
?。?）通過對吸水率的控制，可以達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。
?。?）通過對含水率的控制，可以達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低于環(huán)境相對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，應避免墻體受到雨淋和暴曬，要加強施工現場的養(yǎng)護。
?。?）溫度改變后，會引起環(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應關系。
?。?）通過對干燥收縮率和相對含水率的控制，就可以達到控制混凝土磚的干縮，因此標準中用相對含水率而不用含水率、吸水率來表達。在實際施工中，控制含水率也能在一定程度上達到控制相對含水率的目的。
參考文獻:
[1] 孫林柱.控制加氣混凝土墻體開裂的關鍵技術.新型建筑材料，2006，（2）：54- 58.
[2] 孫南屏.新型墻體材料砌前潤濕的問題分析.新型建筑材料，2006，（4）：24- 25.
[3] 施楚賢.砌體結構.武漢：武漢工業(yè)大學出版社，1998.
