含水率與吸水率對(duì)蒸壓粉煤灰磚抗壓強(qiáng)度和抗折強(qiáng)度的影響

含水率與吸水率對(duì)蒸壓粉煤灰磚抗壓強(qiáng)度和抗折強(qiáng)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(qiáng)度。此外，可溶性物質(zhì)的溶出也可以降低強(qiáng)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(qiáng)度的性能,通常用軟化系數(shù)指標(biāo)來(lái)衡量,軟化系數(shù)即制品飽水后強(qiáng)度與自然風(fēng)干狀態(tài)下強(qiáng)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(hù)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(lái)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(lái)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(qiáng)度及其耐水性也不相同。但一般來(lái)說(shuō),磚的強(qiáng)度隨著含水率的增加而下降。本研究力圖通過(guò)對(duì)不同含水率及不同吸水率的蒸壓粉煤灰磚的耐水性試驗(yàn),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(qiáng)度試驗(yàn)用磚采用湖南石門(mén)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(hào)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(jìn)行抗折強(qiáng)度試驗(yàn),利用抗折試驗(yàn)后的磚進(jìn)行抗壓強(qiáng)度試驗(yàn),試驗(yàn)方法參照《砌墻磚試驗(yàn)方法》GB/T2542-2003。Ⅰ~Ⅴ組蒸壓粉煤灰磚的試驗(yàn)結(jié)果如圖1所示。Ⅰ~Ⅴ組磚質(zhì)量含水率、抗壓強(qiáng)度、抗折強(qiáng)度平均值見(jiàn)表1。試驗(yàn)結(jié)果表明:蒸壓粉煤灰磚的抗壓強(qiáng)度和抗折強(qiáng)度隨磚的含水率的增加而減少,由試驗(yàn)結(jié)果回歸得到方程式:式中fc—磚的抗壓強(qiáng)度,MPa;fb—磚的抗折強(qiáng)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(qiáng)度蒸壓粉煤灰磚的軟化系數(shù)為飽水后強(qiáng)度與自然風(fēng)干狀態(tài)下強(qiáng)度的比值,即一般可用下式表達(dá):式中kf—磚的抗壓(抗折)強(qiáng)度軟化系數(shù);f1f—飽和面干試件的抗壓(抗折)強(qiáng)度,MPa;f1—自然風(fēng)干狀態(tài)對(duì)比試件的抗壓(抗折)強(qiáng)度,MPa。軟化試驗(yàn)采用福建長(zhǎng)樂(lè)、湖南石門(mén)和濟(jì)南力天3個(gè)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(jì)南力天采用德國(guó)進(jìn)口輪盤(pán)機(jī)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(qiáng)度分別為17.32MPa、18.77MPa、12.03MPa,抗折強(qiáng)度分別為3.87MPa、3.34MPa和3.02MPa。由于《砌墻磚試驗(yàn)方法》GB/T2542-2003沒(méi)有提出磚的軟化系數(shù)試驗(yàn)方法,參照《混凝土小型空心砌塊試驗(yàn)方法》GB/T4111-1997進(jìn)行試驗(yàn),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(méi)10mm),取出后濾干后先進(jìn)行抗折強(qiáng)度試驗(yàn),再利用折斷的磚進(jìn)行抗壓強(qiáng)度試驗(yàn),磚的抗折和抗壓強(qiáng)度試驗(yàn)方法按照《砌墻磚試驗(yàn)方法》進(jìn)行。根據(jù)試驗(yàn)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(qiáng)度和抗折強(qiáng)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(shí),這種降低并不十分明顯,但是當(dāng)超過(guò)20%時(shí),降低的幅度大大增加;②抗折強(qiáng)度軟化系數(shù)較抗壓強(qiáng)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(shí),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(yàn)方法和結(jié)果我國(guó)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)《砌墻磚試驗(yàn)方法》中明確規(guī)定對(duì)非燒結(jié)磚,其抗折強(qiáng)度為浸泡24h后的強(qiáng)度,但是對(duì)抗壓強(qiáng)度試樣沒(méi)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(qiáng)度隨著含水率的增加而減少很明顯,顯然是不合理的。美國(guó)磚的強(qiáng)度試驗(yàn)方法主要有兩類:燒結(jié)材料(包括粘土和頁(yè)巖等)按照《磚瓦取樣和試驗(yàn)方法》ASTMC67-06進(jìn)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(yàn)方法》ASTMC140-05a進(jìn)行。在ASTMC140中對(duì)非燒結(jié)塊材抗壓強(qiáng)度試樣的養(yǎng)護(hù)有兩種方式:一是常規(guī)法:試件運(yùn)到試驗(yàn)室后,將磚攤開(kāi),每塊磚相隔13mm,環(huán)境溫度為24℃±8℃,相對(duì)濕度小于80%,放置時(shí)間不小于48h;二是快速法:按常規(guī)法相同的方法將磚攤開(kāi),置于上述試驗(yàn)室環(huán)境中,并用電風(fēng)扇吹4h,然后每2h測(cè)量一次重量,直到前后兩次測(cè)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(duì)于蒸壓粉煤灰磚,按照文獻(xiàn)的試驗(yàn)結(jié)果,青島某廠從出釜起48h時(shí)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(guó)標(biāo)準(zhǔn)的要求。也就是說(shuō),若按照美國(guó)標(biāo)準(zhǔn),出釜48h后抗壓強(qiáng)度試驗(yàn)時(shí)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(huì)產(chǎn)生較大的干燥收縮變形,很容易導(dǎo)致開(kāi)裂。為了控制這種裂縫出現(xiàn),需嚴(yán)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(shí)含水率太低的話,又會(huì)使得磚與砂漿的粘結(jié)強(qiáng)度和抗剪強(qiáng)度降低。試驗(yàn)表明,蒸壓粉煤灰磚的含水率在6%~8%時(shí),抗剪強(qiáng)度略有降低。因此,在不十分影響砌體抗剪強(qiáng)度的前提下,盡量降低上墻含水率對(duì)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(qiáng)度參照美國(guó)材料標(biāo)準(zhǔn)的要求,采用風(fēng)干狀態(tài)下的試樣進(jìn)行試驗(yàn),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(cè)得的磚的強(qiáng)度等級(jí)能較準(zhǔn)確反應(yīng)砌體內(nèi)磚的實(shí)際強(qiáng)度。按照我國(guó)施工驗(yàn)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(gè)要求純粹是從砌體抗剪強(qiáng)度的角度提出來(lái)的,沒(méi)有綜合考慮其他因素的影響。建議磚的強(qiáng)度等級(jí)采用氣干狀態(tài)下的試樣來(lái)確定,且相應(yīng)的施工驗(yàn)收規(guī)范和結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范的砌體強(qiáng)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(yàn)中三組試樣在自然風(fēng)干狀態(tài)時(shí)的抗壓強(qiáng)度均高于10MPa,滿足我國(guó)《砌體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范》GB50003的最低強(qiáng)度等級(jí)要求。但事實(shí)上,對(duì)于第三組(濟(jì)南力天),其抗壓強(qiáng)度和抗折強(qiáng)度軟化系數(shù)分別達(dá)到了0.86和0.65,如果軟化系數(shù)是按照飽和磚的強(qiáng)度與絕干磚的強(qiáng)度的話,參照式(1)和式(2),這兩個(gè)軟化系數(shù)則分別降低到0.6和0.5左右。說(shuō)明當(dāng)磚的吸水率過(guò)大時(shí),其強(qiáng)度退化比較明顯,耐水性較差。我國(guó)墻體材料標(biāo)準(zhǔn)《粉煤灰磚》JC239-2001以及其他各種磚標(biāo)準(zhǔn)中,并未對(duì)磚的軟化系數(shù)和吸水率作出相關(guān)規(guī)定,從本次試驗(yàn)看來(lái),這是不妥當(dāng)?shù)?。美?guó)的ASTM標(biāo)準(zhǔn)中,對(duì)硅酸鹽磚(灰砂磚)和干容重小于1680kg/m3的混凝土磚,除抗壓強(qiáng)度應(yīng)滿足規(guī)定外,還要求磚的吸水率滿足以下要求:對(duì)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(guò)240kg/m3,其他不應(yīng)超過(guò)288kg/m3。若假設(shè)體積含水率相同,對(duì)于干容重較小的蒸壓粉煤灰磚,這兩個(gè)體積含水率轉(zhuǎn)化為我國(guó)規(guī)范常用的質(zhì)量含水率指標(biāo),則分別相當(dāng)于18%和20%,這個(gè)結(jié)論與本研究中的軟化系數(shù)試驗(yàn)結(jié)果一致。建議我國(guó)材料標(biāo)準(zhǔn)增補(bǔ)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(guò)18%,其他不超過(guò)20%,以保證滿足耐水性(耐久性)的要求。6砌體強(qiáng)度取值通過(guò)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(qiáng)度和抗折強(qiáng)度隨磚的含水率增加而降低;②建議磚的強(qiáng)度等級(jí)采