基于溫濕度變化對蒸壓加氣混凝土墻體變形影響試驗研究

翟紅俠，刁含召，廖紹鋒，黃　楷

基于溫濕度變化對蒸壓加氣混凝土墻體變形影響試驗研究

翟紅俠1，刁含召1，廖紹鋒2，黃楷1

（1．安徽建筑大學(xué) 材料與化學(xué)工程學(xué)院，安徽合肥 230022; 2.安徽建工集團(tuán)，安徽 合肥 230601）

本文對加氣混凝土墻體在溫濕度變化下的開裂問題進(jìn)行試驗研究。通過調(diào)整內(nèi)外墻體溫度、濕度變化研究加氣混凝土砌塊應(yīng)力應(yīng)變的變化規(guī)律；利用ANSYS軟件理論分析溫差對墻體應(yīng)力應(yīng)變的影響。結(jié)果表明：隨著內(nèi)外墻體溫差的增大，加氣混凝土墻體的應(yīng)變值越大；隨著濕度的變化，應(yīng)變值的變化不大。關(guān)鍵詞：加氣混凝土墻體；溫濕度；應(yīng)變值；ANSYS

0　引 言

蒸壓加氣混凝土是一種多功能的新型墻體材料并且廣泛應(yīng)用于工程實踐中，它具有質(zhì)輕、保溫、隔熱、抗震防火、施工簡便等諸多優(yōu)點。但由于加氣混凝土的孔隙率大、吸水率高，墻體容易出現(xiàn)空鼓、開裂問題，這樣不但影響墻體外觀質(zhì)量，更會破壞它的保溫隔熱功效[1]。加氣混凝土墻體開裂問題成為了制約它在工程上應(yīng)用的關(guān)鍵技術(shù)問題[2]，成為推廣蒸壓加氣混凝土墻體的最大阻力。在非荷載作用下，地基沉降、溫度及濕度變化、干縮變形等方面因素會導(dǎo)致加氣混凝土墻體產(chǎn)生裂縫，其中溫度效應(yīng)是加氣混凝土墻體產(chǎn)生裂縫的主要原因[3]。本文主要通過控制溫濕度變化對墻體開裂問題進(jìn)行研究。通過試驗改變加氣混凝土墻體的溫度、濕度變化，測出加氣混凝土墻體不同部位的應(yīng)變值大小并分析實驗結(jié)果，對加氣混凝土在工程實踐中的應(yīng)用具有重要的、廣泛的指導(dǎo)意義。

1　試驗原材料及方案

1.1試驗原材料

試驗樣品:加氣混凝土砌塊由大來新型建材有限公司提供B05A3.5級粉煤灰加氣混凝土砌塊,砌塊的基本性能指標(biāo)如表1所示。

試驗用粉煤灰蒸壓加氣混凝土砌塊規(guī)格600 mm×240 mm×200 mm進(jìn)行砌筑1500 mm×1500 mm ×240 mm墻體，進(jìn)行墻體穩(wěn)定傳熱實驗，測定墻體在溫濕度變化情況下的應(yīng)變變化。墻體灰縫用的防火等級為B1級的聚苯板粘合劑753，粘結(jié)強(qiáng)度在蒸壓加氣混凝土砌塊中應(yīng)用能達(dá)到大于等于0.5 MPa[4]。

表1　 加氣混凝土砌塊的性能指標(biāo)

圖1　DH3818-4靜態(tài)應(yīng)變測試現(xiàn)場

1.2試驗方案

1.2.1溫度試驗方案

通過調(diào)節(jié)冷熱面溫度，改變墻體兩面的溫差[5]。本實驗做了三組溫度梯度試驗，溫差分別為15 ℃，25 ℃，35 ℃。冷面溫度均固定著20 ℃，熱面對應(yīng)調(diào)節(jié)溫度是35 ℃，45 ℃，55 ℃。在墻體一側(cè)對角線上分別貼上三個應(yīng)變片，其另一面對應(yīng)貼上三個應(yīng)變片，在每隔半小時對數(shù)據(jù)進(jìn)行采集，運(yùn)行時間為30個小時。試驗過程中，冷面與熱面均處于封閉狀態(tài)，中間墻體被兩邊箱體封閉。試驗過程如圖1所示。

如圖1可知，A是熱面右上角，B是熱面中間，C是熱面左下角，D是熱面溫度傳感器，對應(yīng)的是a冷面右上角，b是冷面中間，c是冷面左下角，d是冷面溫度傳感器。

1.2.2濕度試驗方案

濕度試驗選擇25 ℃溫差（冷端20 ℃、熱端45 ℃）進(jìn)行實驗，利用噴水壺在墻體面灑不同量的水改變墻體濕度。分別在墻體上均勻的灑水400 mL和800 mL，測定墻體在濕度變化情況下的應(yīng)變變化。

2　試驗結(jié)果及分析

2.1溫差對墻體應(yīng)變的影響

利用穩(wěn)態(tài)傳熱性能測定儀控制墻體兩側(cè)的溫度，形成溫度差，測得墻體兩側(cè)在15 ℃、25 ℃、35 ℃不同溫差情況下的微應(yīng)變隨時間變化曲線圖分別如圖2、圖3、圖4，測同一位置（A和a）在不同溫差下，其微應(yīng)變隨時間變化曲線圖如圖5所示。

由圖2、圖3、圖4可知，熱面微應(yīng)變?yōu)檎?，冷面微?yīng)變是負(fù)值，壓應(yīng)力與拉應(yīng)力[6]。隨著時間的進(jìn)行，微應(yīng)變逐漸趨于穩(wěn)定。當(dāng)墻體兩面的溫差逐漸增大時，微應(yīng)變表現(xiàn)出來的是逐漸增大。由試驗數(shù)據(jù)表明，應(yīng)變與應(yīng)力呈正比，三個應(yīng)變片位置之間應(yīng)力的關(guān)系是熱面中間B＜熱面右上A＜熱面左下C，冷面中間b＜冷面右上a＜冷面左下c。

圖2　15 ℃微應(yīng)變隨時間變化關(guān)系曲線

圖3　25 ℃微應(yīng)變隨時間變化關(guān)系曲線

圖4　35 ℃微應(yīng)變隨時間變化關(guān)系曲線

圖5　不同溫差的對比圖

由圖5可知，隨著墻體兩面的溫差增大，微應(yīng)變也逐漸增大。溫差為15 ℃時，熱端A位置的微應(yīng)變接近3000 με；溫差為25 ℃時，熱端A位置的微應(yīng)變接近4400 με；溫差為35 ℃時，熱端A位置的微應(yīng)變接近6000 με,對應(yīng)的拉應(yīng)力逐漸增大。在同一溫差情況下，應(yīng)變與應(yīng)力呈正比，三個應(yīng)變片位置之間應(yīng)力的關(guān)系是熱面中間B＜熱面右上A＜熱面左下C，冷面中間b＜冷面右上a＜冷面左下c。三組試驗均表現(xiàn)出墻體四周應(yīng)變集中，尤其左下角較大。

2.2濕度差對墻體應(yīng)變的影響

在做過溫差對墻體應(yīng)變的影響后，選擇25℃溫差（冷端20 ℃、熱端45 ℃）進(jìn)行濕度實驗，利用噴水壺在墻體面灑不同量的水來改變濕度。分別在熱墻上均勻的灑水400 mL和800 mL，墻體隨著濕度不同墻體微應(yīng)變隨時間變化的結(jié)果分別如6和圖7所示。

圖6　含水量400 mL，應(yīng)變隨時間變化曲線

圖7　含水量800 mL，應(yīng)變隨時間變化曲線

圖8　不同濕度差微應(yīng)變隨時間變化關(guān)系曲線

結(jié)合溫差為25 ℃不灑水所得到的數(shù)據(jù)針對同一位置（A和a）進(jìn)行圖表繪制，根據(jù)圖像分析濕度對微應(yīng)變的影響，如圖8所示，結(jié)合不同濕度的對比圖我們可以發(fā)現(xiàn)，濕度差對墻體的微應(yīng)變的影響較小，幾乎不起作用，隨著濕度差的增大，墻體的微應(yīng)變也只是產(chǎn)生較小的增加。因此，濕度不是導(dǎo)致加氣混凝土墻體開裂的主要因素。

3　數(shù)值模擬

蒸壓加氣混凝土砌塊墻體普遍存在著開裂問題，至今還沒有完善的解決措施[7]。在非荷載作用下，墻體裂縫產(chǎn)生的位置及其形式，專家普遍認(rèn)為溫度應(yīng)力是導(dǎo)致墻體產(chǎn)生裂縫的主要原因[8]。因此，在蒸壓加氣混凝土砌塊應(yīng)用普遍的形勢下，研究砌塊在溫差作用下產(chǎn)生應(yīng)力導(dǎo)致裂縫機(jī)理分析，控制墻體產(chǎn)生裂縫的措施，就成為蒸壓加氣混凝土砌塊的一個重大技術(shù)問題。本文采用ANSYS有限元軟件中的熱－結(jié)構(gòu)耦合模塊模擬墻體的溫度效應(yīng)，分析溫度應(yīng)力導(dǎo)致墻體裂縫產(chǎn)生的機(jī)理，其應(yīng)力云圖分別如圖9、圖10、圖11所示。

ANSYS軟件模擬墻體表面應(yīng)力分布圖中，下面一組顏色由左向右表示應(yīng)力逐漸增大，即紅色區(qū)域的應(yīng)力值最大，藍(lán)色區(qū)域的應(yīng)力值最小。圖中顯示，墻體表面四周的應(yīng)力值較大，中間的應(yīng)力值較小，這也說明了在工程實際應(yīng)用中梁下比墻體中間更容易開裂的原因。

圖9　墻體在15 ℃溫差下應(yīng)力分布圖

圖10　墻體在25 ℃溫差下應(yīng)力分布圖

圖11　墻體在35 ℃溫差下應(yīng)力分布圖

在墻體兩側(cè)溫差最大值為35 ℃時，模擬得出應(yīng)力是從-0.50 MPa到0.21 MPa，正值代表拉應(yīng)力，負(fù)值代表壓應(yīng)力，根據(jù)規(guī)范可知，A1-A6的蒸壓加氣混凝土砌塊的抗拉極限強(qiáng)度為0.1-0.6 MPa，本課題使用滿足A5,即小于規(guī)范值0.5 MPa，沒有導(dǎo)致墻體出現(xiàn)開裂。

4　結(jié)論

（1）試驗與理論分析表明在溫差相同的條件下，墻體位置不同所受應(yīng)力應(yīng)變不同，墻體四周的應(yīng)力應(yīng)變值比中心位置大，說明四周墻體容易開裂。

（2）試驗與理論分析表明在墻體同一位置，內(nèi)外墻體溫差對墻體應(yīng)力應(yīng)變影響較大，在一定范圍內(nèi)，隨著溫差的增大，墻體微應(yīng)變增大，溫差與應(yīng)變值成線性關(guān)系。

（3）在溫差相同的條件下，濕度的變化對墻體應(yīng)力應(yīng)變值影響不大，濕度不是影響墻體開裂的主要因素。

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Experimental Study on the Impact of Temperature and Humidity Changes on Deformation of Autoclaved Aerated Concrete Wall

ZHAI Hongxia1， DIAO Hanzhao1， LIAO Shaofeng2， HUANG Kai1
(1.School of Materials and Chemical Engineering，Anhui Jianzhu University，Hefei 230022，China; 2.Anhui Construction Engineering Group,Hefei 230601,China)

An experimental study is conducted concerning the cracks of aerated concrete wall on the condition of temperature and humidity changes. The temperature and humidity changes of interior and exterior walls are adjusted to study the stress-strain changing rules of aerated concrete blocks, and the influence of temperature difference on wall's stress-strain changes is theoretically analyzed with ANSYS software. The result shows that the strain value of aerated concrete wall increases with the temperature difference between the interior and exterior walls but changes less with humidity.

Aerated Concrete Wall；Temperature and Humidity；Strain Value；ANSYS

TU528.7

A

2095-8382(2016)03-027-05

10.11921/j.issn.2095-8382.20160306

2015-10-29

安徽省墻改辦2015年新型墻材科研項目（2015FACZ2681）

翟紅俠（1962—），女，教授，主要研究方向為土木工程材料。