（材料学专业论文）加气混凝土砌块变形特点及配套砂浆基本性能研究.pdf

中文摘要 摘要 环境保护和建筑节能是当今世界建筑技术关注的热点问题。加气混凝土砌块 作为一种新型墙体材料具有强度高、保温隔热性好、质量轻、可加工性强等一系 列优点，被广泛用作多层、高层和加层建筑的墙体材料但采用加气混凝土砌块 的墙体易出现开裂、抹灰层大面积龟裂和局部起鼓、空壳、脱落等问题，影响墙 体外观质量；同时开裂也会造成雨水等的渗漏，导致墙体含湿量大幅度提高，降 低墙体的保温隔热功效，严重影响其功能发挥。因此，墙体开裂问题成为制约加 气混凝土砌块工程应用的关键技术问题。 本文针对这一问题，重点研究了加气混凝土砌块的变形特性、配套砂浆基本 性能以及施工条件对加气混凝土砌块墙体体积稳定性的影响规律旨在通过优化 加气混凝土砌块施工控制参数和控制水平，进一步规范加气混凝土砌块施工质量 控制措施，为促进加气混凝土砌块广泛应用于实际工程提供技术指导 试验研究表明： 加气混凝土砌块墙体防裂是一个综合性的问题，必须从设计( 构造措施) 、 材料( 砌块、砌筑与抹面砂浆等) 、施工管理等方面全面规范 环境温度和湿度均对砌块收缩变形有影响，砌块收缩随环境温度和湿度的 增加而减小 加气混凝土砌块收缩变形主要集中在早期：2 8 d 龄期时其收缩值可达到后 期稳定收缩量的8 0 ，6 0 d 龄期后砌块收缩趋于稳定。因而笔者建议，加气混凝土 砌块在施工前的放置时间最好控制为两个月，至少应达到1 个月，以使砌块完成 收缩，达到体积稳定状态 在温度2 0 2 、相对湿度6 0 5 环境下砌块的平衡含水率约为8 1 伟， 收缩值约为0 1 4 9 m m 。 预湿处理对砌块变形有较大影响，砌块使用时应控制预湿处理程度 为预防墙体开裂，宜优先使用专用砂浆。本试验条件下，以水泥、砂、塑 化剂、可再分散乳胶粉、纤维素醚和纤维( 仅使用于抹面砂浆) 配制的砌筑砂浆 和抹面砂浆，其比例分别为1 ：4 ：0 0 0 1 5 ：0 0 1 ：0 0 0 2 和1 ：4 ：0 0 0 1 5 ：0 0 2 ：0 0 0 2 ：0 5 ，效 果较理想。 关键词：加气混凝土，裂缝，收缩 英文摘要 t 扯e n v i r o n m e n t a l 弘口i 蒯o na n dt h ec o n s t a u c f i o nc n e r b y - s a v i n b wb | ，c o m et l a e h o ti s s u e si nt h e 倒1 1 5 1 n l c t i o ni n d u s t r y a so l a ek i n do f 确vw a l lm a t e r i a ka a cb l o c k s h a v eas y 鼬锄m c r i t 蛐c h 船s t 砌a g t h , l i g h t w c i f l l t , h e a t - i n s u a t i n ga n dw o r k a b i l i t y i ti s u s e dw i d e s p r e a di nm u l t i l a y e r h l g h - r i s ea n da d d e d - l a y e rb u i l d i n g h o w e v e rt h ea a c b l o c k w a l ls t i l l h a ss 咄e p r o b l e m s ：s u c h a s w a l l c r a c k , b i ga r e a o f l a y e r o f p l a s t e r e r a s h c r a c ka n dl 豫r t i a l l yh o l l o wd l l mt h e 印p 翰瑚n o ft i l ec r a c kn o to n l ya f f e c t st h ew a l l b o d y se x t e r n a la p p e m a e eq u a n t i t y , b u ta l s oc 羽瑚s e e , p a g e 1 h i sw i l ll e a dw a t e r c o l l t c u to ft h ew a l li n e r c a s c d ，t h e nl o w e rt l a cw a l lb o d ys e , p a t a t et h eh o tf u n c l i o n o b v i o u s l y 1 1 埘咖，t l a ec r a c ko fw a l li san u b b i nt e e l a n i q u cp r o b l e mr c s t 蛐t a c a p p l i c a t i o no f a a cb l o c ke n g i n e e r i n g 仙p 印e - r j u s t1 r u d e rt l a i sb i gb a c k g r o t m d , s t u d yo na a c sd i s t o r t i o nc h a r a c t e r i s t i c , t h eb a s i cp t o p e j t t i e 8o fs p e c i a ls u p p l e m e n t a r ym o r t a ra n dt h ee f f e c t t l a cs t a b i l i t yo f a a cb l o c kw a l l f o rt h ep u r p o s l ：o fs t a n d a r dt h em t 纽s u i eo fa a cb l o c kc o n 鲥n m 舢 q u a l i t ye o n l a o l ，t h r o u g ho p t i m i m i l 3 9a a cb l o c kc o l i s l l l 倒o ne o n l z o l l e dv a r i a b l ea n d e x r a t r o ll e v e l , a n dp r o v i d i n gt h et e d m i e a l 触f o ra a ca p p l i e dw i l l yi na c t u a l p r o j e c t s 啊蚰r e s e a r c hi n d i c a t e s ： c o n t r o l l i n ga a cb r o c k w a l lc r a c ki sas y n t h e t i cp r o b l e m , 讹m u s t e o m p r e h e m i v es t a n d a r df r o m 位a s p e c t so fs t r u c t u d e s i g n , t h em a t e r i a l ( 从cb l o c k a n ds p e c i a ls u p p l e m e n t a r ym o r t a r ) ，e x e c u t i o nt e c h n o l o g ya n ds oo i i l t e m p e r a t u r e a n dh u m i d i t yo fe n v i r o n m e n te f l e e t0 1 1s h r i n k a g eo fb r i c k s h r l _ - k a g eo f a a cb l o c km i n i s l a e sw i t l ai n c r e a s i n go f t e m p e r a t u r ea n dr e l a t i v eh u m i d i t y o f e n v i r o n m e n t a a cb l o c k sm a i nd e f o r m a t i o ni si nt h ee a r l ya g e ：t h es h r i n k a g ec 蛆b e f i n i s h e d8 0 * , 4i n2 8d a y s ，a n dv o l u m e 锄b es t e a d ya f t e r6 0d a y s s ot h ew r i t e ra d v i s e t h a ta a cb l o c ks h o u l db eu s e da t t e rt w om o n t h ，a tl e a s t0 1 1 t ：m o n t ht of i n i s hs h r i n k a g e a n dg e ts t a b i l 畸 a a cb r o c k se q u i l i b r i u mw a c e rc o n t e n ti s8 1 7 ，a n ds h r i n k a g ei so 1 4 9 m m m u n d e rt h ee x p e r i m e n tc o n d i t i o n p r 怕1 e t t i n ge f f e c t0 1 1d e f o r m a t i o no fb l o c k sg r e a t l y s ow es h o u l dc o n t r o l a m o u n to f w a t e ri nt h ep r e w e t t i n gc a u s e 1 1 1 重庆大学硕士学位论文 f o rp r e v e n t h 培t h ew a l lc r a c k , w es h o u l dl l s p e c i a lm o r t 越f i r s tu n d e rt h e e x p e r i m e n tc o n d i t i o n , w em a k el 巾m a s o n r ym o r t a ra n df i n i s h i n gm o n a rb yc e m e n t , 裁锄| 正p l a s t i c i z e r , v a e , c e a n d f i b e r , t h ep e r c e n t a g e o fe a c hc o m p o n e n ti s 1 ：4 ：0 0 0 1 5 ：0 0 1 ：o 0 0 2a n d1 ：4 ：0 0 0 1 5 ：0 0 2 ：o 0 0 2 ：0 5 t h eo u t c o m ei si d e a l i v 独创性声明 本人声明所呈交的学位论文是本人在导师指导下进行的研究工作及取 得的研究成果。据我所知，除了文中特别加以标注和致谢的地方外，论文 中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得重废太堂 或其他教育机构的学位或证书而使用过的材料。与我一同工作的同志对本 研究所做的任何贡献均已在论文中作了明确的说明并表示谢意。 学位论文作者签 签字日期：萨7 年￥月扣日 学位论文版权使用授权书 本学位论文作者完全了解重庆太堂有关保留、使用学位论文的 规定，有权保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和磁盘，允许 论文被查阅和借阅。本人授权重鏖太堂可以将学位论文的全都或部 分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段 保存、汇编学位论文。 保密() ，在年解密后适用本授权书。 本学位论文属于 不保密( l z ( 请只在上述一个括号内打“4 ”) 一炸稚缈 签字日期：7 年年月加日 翩馘：桫 签字日期： a 严月7 e t 1 绪论 l 绪论 1 1 课题研究背景 1 1 1 发展新型墙体材料的必然性 墙体材料是我国建筑材料工业的重要组成部分，其用量约占所有建筑材料的 1 2 ，价值约占建筑总成本的3 0 0 , 4 ，其产值接近建材工业总产值的1 3 ，能耗占建材 工业总能耗的l 2 左右因此墙体材料的性能和价格对建筑工程的性能、质量和经 济效益有着举足轻重的影响。 近几十年来，随着国民经济的快速发展，住宅建设已成为国民经济新的增长 点。我国住宅产业化的发展为墙材的发展提供了广阔的空间，建筑节能工作的推 进对墙材的发展提出了更高的要求然而，目前国内墙体材料中，传统墙体材料 依然是主体，存在产业结构落后、大量毁坏耕地、污染环境等问题因此，墙体 材料行业如何把握时机，抓住机遇，科学的制定发展战略，在积极改造和提高传 统墙体材料的同时，促进新型墙体材料的产业化快速发展，不但是住宅产业现代 化发展的需要，也是节约能源、减少环境污染、保持生态平衡，保证经济和社会 可持续发展的需要。 1 1 2 国内外墙体材料的发展现状 1 9 世纪末2 0 世纪初，新型墙体材料开始在欧美相继问世。2 0 世纪4 0 年代， 发达国家新型墙体材料逐步取代了实心粘土砖，5 0 6 0 年代，新型墙体材料已占 据主导地位。目前，发达国家的新型墙体材料已形成了完整的产业化体系，生产、 检测、售后服务相配套。新型墙体材料产品不仅种类、规格齐全，而且质量优良、 外观尺寸规整、功能性强，具有传统墙材无法比拟的优点，成为现代建筑业发展 强有力的支柱，日益朝着节能、利废、环保以及企业规模化、生产技术智能化、 产品多样化、功能复合化的方向发展。 国外新型墙材主要有混凝土砌块、纸面石膏板、灰砂砖、加气混凝土、复合 轻质板等非烧结制品【l 】。 1 9 9 2 年国务院批转国家建材局等部门关于加快墙体材料革新和推广节能建筑 意见的通知( 国发 1 9 9 2 1 6 6 号) 新型墙体材料占墙体材料总量的比例从1 9 9 0 年的 4 3 2 提高到1 9 9 5 年的1 6 3 。特别是国家提出1 7 0 个城市于2 0 0 3 年6 月3 0 日前 限时禁止使用粘土砖的政策后，有力地促进了全国新型墙体材料的发展。据统计， 1 9 9 8 年全国新墙材占墙体材料总量的1 9 6 ，2 0 0 0 年为2 6 ，2 0 0 2 年为3 1 7 ， 2 0 0 4 年为3 9 1 ，呈逐年递增的趋势。新型墙体材料的生产和应用己在部分大、 中城市取得进展 重庆大学硕士学位论文 与国内其它城市相比，由于重庆自然资源的特殊性和时任领导的前瞻性，早 在6 0 年代重庆市就开始以页岩代替粘土生产非粘土化墙体材料，墙体材料的非粘 土化走在了全国前列，现在重庆市主城区和近郊区内已不再使用粘土砖。经过十 余年的发展，重庆市新型墙材产量逐步提高，品种也趋向于多元化，但其规模、 结构和质量还不能完全满足重庆地区墙体工程质量和建筑节能的新需要【2 j 重庆市建筑工程常用的墙体材料种类较为齐全，其主要类别见图1 1 近年重庆市墙体材料呈现高速发展势头，1 9 9 9 2 0 0 4 年主要墙体材料产量见 表1 1 2 0 0 4 年全市墙体材料总产量达1 8 3 3 亿块，较2 0 0 3 年增加5 5 ，从业人 员达1 0 万人，完成工业产值2 0 多亿元。 重庆墙材企业规模小，技术和管理水平参差不齐，产品结构多不合理。2 0 0 3 年重庆市共有墙体材料生产厂家2 2 0 0 多户，企业规模和墙材生产能力情况详见表 1 1 ，加气混凝土砌块生产情况见表1 2 图1 1 重庆市建筑工程常用的墙体材料种类 f i g1 1 t h ec o m m o n l yu s e dw a l lm a m i a lc 疵- g o r y i nc h o n g q i n g 1 绪论 3 举鬻娘盎丑蟮算峰辩，卷譬蒜艘唪爿媸哥皿馏亲善岳骧赣廿苫8，n _举辎姐窭丑鞲翼峰弹，蒜蜃骣饿匾爿错、，壬丑馏器毒手鞲赣廿g品，t冯婷器q爿q葵蟮，签唇隧爿q嚣倏爿h冥基嚣匾i旨馨嗟越割q岳悟巡悯辗罂曙巅廿8昌，n确h裁辚q爿镧 嚣聪爿h冥器廿匾刚瓤爿错蟮她悟曙罂嗥赫廿1善，廿。暴，n一镭l辚廿蠢螺喝缸璞悟，匾爿梢鞲帆怪，疃萁鳓悟骧罂擎巅廿66a_，_【燃一 拳 系 违 嚣 豢遏 吧i 哥百玛r再 囊 罨 譬 , - 7： 吒 j。 一一 薹奁 甓 g qn 葛 置t电 一 n 霉 口 nn 蟠 垃 姐，、 妻 吒嚣姜嘲飞 g 8 一 导 q 器忙谣 吨 一 乱投 一 ；昌 罱v 寸 眯辎 。缸 羹莲萋 宝 浯囊 8毳q 簧 蓉 耐 墨 = 一一 a 一 卷 譬晏霎薹 亭曩 属 砉蠢毒囊垂j | 垂 璃 捌 棚一宣 窨 露亭 | | lr 馨 一 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质量最佳。从生产原料来分，现阶段我国主要生产三个品种的加气混凝土砌块： 水泥、石灰、粉煤灰加气混凝土；水泥、石灰、砂加气混凝土；水泥、矿 碴、砂加气混凝土 加气混凝土是一种具有高分散性多孔结构的混凝土制品，总孔隙率可达7 0 8 5 ，孔表面积约为4 0 5 0 m 2 k g ，具有以下诸多优点： 1 ) 轻质：加气混凝土砌块的质量密度为5 k g m 3 ，形成墙体后为6 0 士0 5 k g m 3 ， 与普通实心粘土砖( 1 s k g m 3 ) 相比，单位重量减少2 ，3 ，使用该产品可以减轻建筑物 的自重，减少基础和结构的经济投入，降低软弱地基的施工难度，提高了基础箍 工的质量。 2 ) 保温：加气混凝土砌块在生产过程中，内部形成了众多微小的气孔。这些 相对封闭的气孔在材料中形成了静空气层，加气混凝土砌块的导热系数仅为 o 1 l w m k 。加气混凝土砌块的保温隔热性能是普通混凝土的5 7 倍；厚度1 2 5 n u n 4 1 绪论 的加气混凝土砌块保温性能相当子3 7 0 m m 粘土砖墙，是性能优越的保温隔热建筑 材料 3 ) 隔热防火：加气混凝土砌块导热系数为o 1 7 0 2 0 w c m k ( 约为普通混凝 土的l ，7 5 ，红砖的l ，4 ) 。若采用单一墙材，3 0 0 m m 厚的加气混凝土砌块墙相当于 7 2 0 m m 的粘土砖墙的保温隔热效果。蓄热系数为3 o w n 订k ，热稳定系数稍差，用 于建筑的围护结构时，若能做到厚度适中，构造合理，能够满足保温隔热的节能 要求其本身属于无机不燃物，即使在高温下也不会产生有害气体耐火极限大 于4 小时 4 ) 隔音：加气混凝土砌块内部有许多微小气孔，有隔音与吸音双重性能( 吸 声系数为0 2 0 3 ) 加气混凝土砌块墙体要达到各类建筑围护结构隔声标准，可 由建筑构造措施解决，例如1 5 0 r a m 砌块墙双面抹2 0 m m 混合砂浆，隔声量为4 4 分贝；双层7 5 + 7 5 m m 厚墙，中间7 5 m m 空气层，隔声量可达5 6 分贝，完全可以 满足各类民用建筑的隔声要求，创造出高气密性的室内空间，提供宁静舒适的生 活环境 5 ) 弹性模量低：在长期荷载作用下徐变值小，弹性模量是表征材料变形的主 要参数目前我国工程设计中加气混凝士砌块强度为3 5 7 5 m p a ，弹性模量为 1 7 0 0 n n n n 2 5 0 0 n w a n ，约为普通混凝土的十分之一。但由于加气混凝土砌块采 用蒸压养护，水化产物结晶程度高，非晶质的凝胶体所占比例小，在其总变形中 弹性变形比例大( 9 0 以上) ，塑性变形比例小，所以加气混凝土砌块受压时裂缝出 现较晚。同时，在长期荷载作用下压力不变，它的应变随时间继续增长的现象即 徐变值较小，其徐变指数只有普通混凝土的1 1 3 1 2 。 6 ) 绿色环保：加气混凝土砌块无放射性，生产能耗低，原料来源广泛，可利 用工业废渣，克服了以粘土为原料的缺点，是国内外公认的适应建筑节能的新型 环保墙体材料之一此外，据相关资料报道，加气混凝土单位生产能耗为5 6 8 l 【g 标煤，l n 3 ，与烧结实心砖的9 l l 【g 标煤, m 3 相比，节约生产能耗3 7 6 左右；加气混 凝土生产能充分利用工业废渣，我国以粉煤灰加气混凝土为主，约占全部加气混 凝土的2 ，3 。 7 ) 可加工性：可锯可倒，砌筑效率高，墙体管线埋设牢固可靠 加气混凝土的应用及研究现状 欧洲是加气混凝土的故乡，加气混凝土在欧洲应用广泛，欧洲加气混凝土的 产量占世界总产量的8 0 ，俄罗斯是加气混凝土产量和用量最大的国家，其次是 德国、日本和一些东欧国家。加气混凝土的性能进一步向轻质、高强、多功能方 向发展。在原材料方面，加大了对粉煤灰、炉渣、工业废石膏、废石英砂和高效 发泡剂的利用。通过采用新技术、新工艺和高强水泥，提高了加气混凝土的强度， 重庆大学硕士学位论文 降低了密度。法国、瑞典和芬兰已将表观密度小的3 0 0 k g m 3 的产品投入市场，产 品具有较低的吸水率和较好的保温性能 4 1 。 自3 0 年代在上海平凉路桥边第一条小型加气混凝土砌块生产线投产以来，加 气混凝土砌块在我国己得到了长足的发展。1 9 8 2 年，国家建筑材料工业局颁发了 加气混凝土砌块( j 1 5 ) 标准这是加气混凝土砌块的第一部产品标准该 标准分别于1 9 8 9 年和1 9 9 7 年修订，并以国家标准颁布。新的标准为蒸压加气 混凝土砌块( g 盯1 1 9 6 8 1 9 9 7 ) ，加气混凝土砌块正在我国被大力推广应用。根 据中国加气混凝土协会的统计：1 9 9 7 年我国的加气混凝土厂共有1 5 7 家，到1 9 9 9 年底，我国的加气企业增加至2 0 0 家，产能在1 0 0 0 万方左右；2 0 0 2 年我国的加气 企业达到3 0 0 家左右，产能在1 5 0 0 万方左右：2 0 0 6 年我国的加气企业已经有4 3 0 余家，产量在3 0 0 0 万方左右。其增速惊人，而且到现在还有许多在建和拟建加气 项目正在落实 重庆市从7 0 年代开始致力于加气混凝的开发和应用，已具有良好的生产和 应用基础加气混凝土砌块作为一种新型的硅酸盐墙材，在重庆得到了各方面的 重视，其产量逐年增加，2 0 0 4 年产量达6 2 2 万m 3 1 2 加气混凝土砌块墙体裂缝及成因 1 2 1 墙体开裂情况 由于加气混凝土砌块的自身材性，块体大、干燥风干快、体积收缩明显、吸 水性强、抗剪切强度低等特点，以及施工和使用管理等不合理因素的影响，墙体 易出现各种裂缝，同时导致墙面抹灰层在同一部位开裂这不仅影响了建筑的美 观，墙体的整体性能，还进一步影响建筑物的使用寿命。因而，在加气混凝土砌 块应用越来越广泛的形势下，防治加气混凝土砌块墙体裂缝就成为时下急需解决 的一个重大问题 加气混凝土砌块墙体裂缝形式多种多样，有些甚至结合了几种形式，一般常 常出现在墙体，墙梁板，墙与面的交接处，主要表现为以下几种例： 单个砌块表面裂缝：这种裂缝一般都发生在单个制品表面上，裂缝并不贯 通，并往往出现在年代较久未经饰面，直接受阳光照射和雨水浸蚀的墙面上，而 在有覆盖层的外廊，凹阳台内部较少出现。 不规则裂缝：砌块切割开槽产生的裂缝，由于墙面上不可避免的要埋没水 电管线，配电箱开关、插座等构件，在构件四周或沿埋管部位及易产生不规则裂 缝，裂缝的长度、宽度都较大，贯穿墙体，有些裂缝从墙体顶部延伸到底部，宽 度可达2 m m 3 m m ；墙体抹灰面裂缝，这种裂缝存在于墙体大面积部位，裂缝形 式为横斜交叉不规则，缝宽多为l m m 2 m m ，中间宽，两端窄，长度为0 3 m 1 5 m 6 1 绪论 之间，影响面积大，返工量大 水平裂缝：出现在顶层屋面板上、下的范围以内，纵、横墙均有，以及门 窗洞口过梁下方。大多数水平裂缝可以沿厚度和长度方向贯穿整个墙体。 竖向裂缝：一般存在于墙体中部，填充墙与混凝土柱或剪力墙交接处，该 缝贯通全高且贯穿整个墙体。 周边裂缝：一般出现在砌块与墙体镶嵌粘土砖的交接处以及门窗框四周 斜向裂缝 1 ) 正“八”字裂缝：一般出现在建筑物上部的窗口转角，窗间台、窗台墙、外 墙及内墙上 2 ) 倒“八”字裂缝：少部分建筑物的窗转角、窗问墙、窗台墙，其形态同正p ，字裂缝 加气混凝土的裂缝可按如下两种方法来分类嘲： 乱按裂缝是否贯穿墙体分 可分为贯穿性裂缝和表面裂缝。有些裂缝在填充墙的两面对称出现，延伸志 向和长度一致，基本可判定该裂缝贯穿墙体斜裂缝和水平裂缝大多数为贯穿性 裂缝，而竖向裂缝有些只是墙体表面抹灰层开裂。贯穿性斜裂缝和竖向裂缝有以 下几种情况：砌块开裂、灰缝开裂以及砌块和灰缝同时开裂，但一般是砌块和灰 缝同时开裂；贯穿性水平裂缝一般都是灰缝开裂 b 按裂缝出现的时间分 可分为为早期裂缝和后期裂缝早期裂缝是指填充墙砌筑后到加气混凝土砖争 块含水率达到气干状态这一阶段( 一般为填充墙砌筑后的6 个月) 出现的裂缝。 早期裂缝多数是竖向裂缝和水平裂缝，斜裂缝很少此阶段加气混凝土砌块填充 墙的裂缝主要是砌块和砂浆之间的粘结裂缝。填充墙墙体中部的水平裂缝大多数 出现在早期。 后期裂缝是指加气混凝土砌块达到气干状态以后( 一般为填充墙砌筑6 个月 以后) 出现的裂缝。此阶段竖向裂缝多出现在墙体中部及墙柱连接处；而斜裂缝 多出现在门窗洞口、管线穿凿处和填充墙墙体开洞处。水平裂缝多出现在梁与墙 交接处，门窗洞口的过梁下方。 加气混凝土砌块填充墙早期裂缝相对较少，而后期裂缝相对较多。 1 2 2 墙体裂缝成因 加气混凝土砌块墙体结构的裂缝是一个复杂的课题，研究人员只凭借理论计 算无法很好地进行力学模拟试验、分析所得数据来验证理论而且由于试验规模 和试验经费的限制，往往使研究人员无法达到他们的目的，这一定程度上造成了 对加气混凝土砌块墙体裂缝产生原因研究的进展不明显。目前国内外研究主要是 重庆大学硕士学位论文 定性分析，提出预防和控制的实用方法。引起加气混凝土砌块墙体开裂的原因大 致可归纳为四个方面的因素：材料的因素；结构的因素；施工的因素；其他的因 素上面几方面的因素往往不是彼此孤立的，而是相互作用、互为因果的 材料的因素 这种因素所导致的裂缝一般发生于单个制品表面上，通常是由自然环境、气 温变化、干湿循环引起材料的收缩表现，制品的抗裂性差是引起开裂的主要原因。 结构的因素 如果在设计和施工过程中对加气混凝土砌块的强度较低和干燥收缩值较大的 特性考虑不周，仍采用传统构造做法，就会导致墙体的某些薄弱环节如洞口上下 和四角产生裂缝。在大面积墙面时，如果不每隔一定间距增设拉结钢筋、忽视局 部承压、忽视不同收缩值的材料在同一外表面混合使用、忽视承重墙和非承重墙 的合理布局，也会不可避免的产生裂缝 施工的因素 不合理的施工工艺和操作规程，造成墙体的砂浆不饱满、灰缝厚薄不均、砌 块受力后易于折断，或砌筑时砂浆和砌块粘结不好、内外墙不同时砌筑，因而使 墙体的整体性减弱，从而产生裂缝 其他的因素 工程实践中，促使墙体出现变形的其他原因还有很多，例如：不均匀沉降、 温度变化、干缩、冻融冻胀、地震荷载、超标风荷载产生的变形也会导致裂缝的 产生 1 3 加气块墙体体积稳定性的研究意义及国内外发展趋势 世界能源危机持续加剧，争夺能源的斗争在国际政治、经济各领域中汹涌澎 湃，开辟能源渠道、寻找新的能源并最大限度节约和合理使用能源成为发达国家 社会经济发展的重要策略。 我国是一个人均资源占有量极少的国家，能源紧缺已逐渐成为制约我国社会 经济发展的重要方面。为此，国家制定了节约能源的一系列政策，其中，实施建 筑节能、发展节能建筑，有效降低建筑物使用能耗，是我国建筑技术发展的长期 方针，也是我国建筑技术发展迫切需要解决的重要课题。重庆市是一个典型的冬 冷夏热地区，已有建筑物使用能耗高，推广节能建筑对缓解重庆能源紧张状况具 有重要意义。近年来，在重庆市建设委员会的领导和督促下，我市建筑节能取得 了重要成果，但仍面临许多亟待解决的问题。墙体是建筑物热能交换的重要场所， 采用节能墙体并确保所砌墙体的有效保温隔热功能是降低建筑物使用能耗的重要 措施 1 l 绪论 目前，重庆市主要墙体材料包括页岩实心砖、页岩空心砖、灰砂砖、灰砂加 气混凝土砌块、轻集料混凝土小型砌块、聚苯泡沫夹芯板等其中，加气混凝土 砌块具有强度较高，堆积密度小，生产能耗低，保温隔热功能好，砌筑效率高， 墙体管线埋设牢固可靠等优点，是国内外公认的适应建筑节能的新型墙体材料之 一在武汉、北京、深圳等地，加气混凝土砌块已成为推进建筑节能的主导墙材 产品重庆市有丰富的石灰石和硅质砂资源，开发利用加气混凝土砌块有良好资 源和生产条件。但目前重庆市加气混凝土砌块在工程中的用量较少，关键问题在 于用其砌筑的墙体极易开裂。裂缝的产生不仅严重影响墙体外观质量，更重要的 是引起渗漏，导致墙体含湿量大幅度提高，进而显著降低墙体的保温隔热功能， 影响建筑物的使用功能。因此，墙体开裂问题是制约加气混凝土砌块工程应用的 核心技术问题 影响加气混凝土砌块墙体体积稳定性的因素十分复杂。本课题旨在通过对加 气混凝土砌块变形特点、配套砂浆、以及施工条件对加气混凝土砌块墙体体积稳 定性的影响研究，优化加气混凝土砌块施工控制参数体系和控制水平，确定适应 重庆资源和技术水平的堵体防裂技术措旄，为迸一步规范加气混凝土砌块施工质 量控制、促进加气混凝土砌块工程应用和节能建筑的发展提供技术基础 1 4 研究内容 本文的主要研究内容包括： 对加气混凝土砌块墙体裂缝产生机理分析 加气混凝土砌块的变形特点研究 加气混凝土配套砂浆性能研究 施工过程控制对加气混凝土砌块墙体体积稳定性和开裂的影响 9 2 加气混凝土砌块墙体裂缝产生机理分析 2 加气混凝土砌块墙体裂缝产生机理分析 加气混凝土墙体开裂，已严重影响加气混凝土的工程质量，成为制约加气混 凝土在建筑中推广应用的瓶颈诱发加气混凝土墙体裂缝的因素很多，既有地基 沉降、温度变化、干缩变形方面的原因，也有设计构造、材料及施工质量、工程 管理方面的原因 2 1 受压加气混凝土砌块墙体的工作特性和破坏形态 由于加气混凝土砌块本身特有的多孔结构和吸水特性，导致加气混凝土砌块 墙体容易出现空鼓、开裂等现象因此，对用加气混凝土砌块砌筑的墙体进行力 学性能研究是非常有必要的。 研究资料显示：加气混凝土砌块墙体和其它受压墙体一样，其受力至破坏的 过程大致经历弹性受力、裂缝出现和开展、瞬间破坏三个阶段删。 弹性受力阶段：墙体开始受压到墙体主要受力裂缝出现前堵体处于弹性受力 状态，墙体应力和应变关系基本为直线。该阶段因加气混凝土砌块的材质不均匀 性和施工、操作中的影响以及试验安装误差等原因，堵体中局部薄弱处可能出现 没有规律的微裂缝。据统计，弹性受力阶段应力变化范围较大，下限为0 4 0 i f , 上 限可高达0 7 0 f ，o f 值比一般墙体要大 裂缝出现和发展阶段：继续加载，墙体中个别砌块的薄弱处开始出现明显的 裂缝，在砌块生产中往往造成砌块发气方向上部强度较弱，墙体中砌块的裂缝多 数在该处发生，造成墙体中局部砌块上的裂缝，随着荷载的加大，该裂缝延伸发 展，在这个阶段应力和应变关系逐渐偏离直线。 破坏阶段：墙体在第二阶段末尾，墙体中造成墙体破坏的主要裂缝已形成且 发展，当继续加载时或不加载持续一小段时间，裂缝急剧开展或贯穿墙体，造成 墙体整体劈裂或局部压碎而破坏。典型的破坏形态如图2 1 所示，应力应变曲 线如图2 2 所示 圜目国困 半边破坏劈裂破坏砌块薄弱处连通破坏均匀破坏 图2 1 典型的破坏形态 f i 9 2 1 删d a 皿a 辨f o r m 重庆大学硕士学位论文 棚 饕 尚 i o 圈2 2 墙体州圈 f i 9 2 2w a l l 州玩 2 2 加气混凝土的材料特性分析 加气混凝土砌体结构裂缝的产生，从宏观分析，一般是材料吸湿膨胀、干燥 收缩，同时随着温度的变化会产生很大的应力效应，由此导致结构变形，当变形 受到某种约束时，会产生较大的应力，甚至引起裂缝。因此温度和干缩变形共同 作用产生的变形和裂缝是加气混凝土墙体裂缝的内在因素根据相关研究，引起 加气混凝土墙体开裂的因素主要表现在以下几方面嘲 2 2 1 线变形系数的影响 热胀冷缩是材料的一个物理现象，不同的材料，有不同的线变形系数，混凝 土的线变形系数为1 0 1 5 x l o s c ，加气混凝土砌块的线变形系数为o 8 x l o s c 。 这样，当框架结构中在混凝土墙柱与加气混凝土砌块墙体交接处或在同幅墙中使 用两种不同墙体材料时，由于两种材料的线变形系数不同，在温度变化时，再加 上天气环境干湿的变化影响，二种材料不能协同变形，进而在结合处产生变形差 异，墙体不能自由变形，从而在墙体内部产生拉应力，与温度变形引起的墙体内 应力超过砌块和砂浆的共同抗拉应力时，墙体就会产生裂缝。裂缝宽度随温度的 变化而略有改变，其裂缝形式为：一是在房屋顶层梁的墙体两端产生“八”字形裂缝； 二是在顶层梁或框架柱与墙体交界处沿交界面产生裂缝；三是在墙体中的其它薄 弱部位产生竖向或斜向裂缝，这种裂缝在各楼层都可能产生冬夏两季的温湿度 差异最大，这正是框架结构非承重墙的冷缩和干缩产生最大值的外部环境，所以 大多数墙体裂缝往往是经过冬天以后才出现的。 2 2 2 墙体自身干缩变形引起墙体裂缝 加气混凝土砌块是一种具有高分散性多孔结构的混凝土制品，总孔隙率可达 7 0 8 5 ，吸水性能强、导湿性、解湿性差，正常使用状态下含水率稳定在5 2 加气混凝土砌块墙体裂缝产生机理分析 左右，干缩变形大，其值为0 5 m m m o s m m m ( ；e e 采用标准法测定的情况下，国 家标准允许其每米的收缩变形值不超过5 m m m ) 。由于加气混凝土具有多孔结构， 水分迁移使水、水蒸气和孔结构之间产生强烈的相互作用。加气混凝土之所以在 干燥时会发生收缩，是由于毛细孔水和部分凝胶水蒸发而引起的。加气混凝土孔 隙率很高而且不掺粗集料，水分可以自由迁移而不会受到任何限制，毛细孔水的 蒸发使得毛细孔内水面下降，弯月面的曲率变大。在表面张力的作用下，毛细孔 内便形成毛细管收缩应力。随着孔内水分的不断减少，这种收缩应力不断增加， 致使制品收缩。随着加气混凝土砌块中含水量由高转为低，砌块会产生较大的干 缩变形，随含水率的减小，收缩值也相应减少，最后趋于稳定川 干缩变形特征是早期发展特快，如砌块成形后放置2 8 天能完成5 0 左右的千 缩变形，以后逐渐变慢，干缩在相当长时期内延续，使整个砌体处于徐变状态， 几年后材料才能完全停止干缩变形墙体在干缩过程中，如果不能自由变形，就 会在其内部产生应力，并通过裂缝的形式将压力释放出来，这也是引起墙体裂缝 的一个重要原因。其裂缝形式为：一是在墙体与梁柱交界面处沿交界面开裂；二 是在墙体与梁柱界面处采取了加强措施( 如设立墙柱拉结筋或加挂钢板网) 后，由材 料干缩引起的内应力在墙体其它薄弱处释放，从而在墙体上产生竖向或斜向裂缝。 造成加气混凝土收缩过大影响加气混凝土收缩的外部因素主要是含水率、温度 和相对湿度。 2 2 3 砌块温度变形引起的裂缝 温度变化会引起材料的热胀冷缩，钢筋混凝土和砌体的温度线膨胀系数不同 当温度变化时，钢筋混凝土与砌体的变形不一致，在约束条件下温度变化引起建 筑物内部较大的温度应力，这种温度应力在整体墙内产生，内应力的大小与温度 的变化成正比。砌体基层与抹灰层之间，由于材料不同，线膨胀系数就不同，也 会形成一种温度应力。当产生剪切应力过大时，墙面产生空鼓；作用于构件的温 度应力超过钢筋混凝土与砌体的抗拉强度时，将出现裂缝，所以混凝土屋盖与墙 体交接处，水平裂缝比较多。当温度变化时，混凝土和砌体产生温度应力，顶层 砌体门、窗洞口的角部又是正应力、温度应力集中的部位，因此易引起顶层砌体 门、窗洞口的八字形裂缝网。 由于目前还没有统一的测量加气混凝土温度线膨胀系数的标准试验方法，因 此在很多论文中所采用的线膨胀系数也存在差异，但范围一般在( o 8 1 o ) x l o s 之间，接近普通混凝土的温度线膨胀系数 重庆夏季一般气温可达4 0 ，而且持续时间长。经测量，阳光直射时墙体外 表面的最高温度达到了5 5 ，此时内墙面最高温度为3 8 ，墙体内外表面的温差 最大为2 0 由o t = a e t ( a 为加气混凝土温度线膨胀系数，取a 为1 o x l 0 4 ； 重庆大学硕士学位论文 a t 为墙体内外表面温差，取a t - - - 3 0 ；e 为加气混凝土弹性模量，取 e - - 1 i o 1 0 3 m p a ) 计算出温度应力为0 2 2 m p a 2 2 4 加气混凝土砌块的内部结构分析 加气混凝土砌块经高压蒸养而成，是一种具有高分散多孔结构的硅酸盐建筑 材料，其结构主要由托贝莫来石( t o b e r m o r i t e ，5 c a o - - 6 s i 0 2 - - 6 h 2 0 x c s - i - i ) 硅胶和 水泥石组成，整个结构总体构成坚固的多孔人造石一方面，加气混凝土砌块吸 水性强，其内部充满细小气孔结构，吸水率可达7 0 8 0 ，这加大了施工难度， 从而导致砌筑质量不良另一方面，砌块内的气孔与气孔之间互不联通，其海绵 状气孔结构类似“口小肚大”的墨水瓶，水分不易进入气孔内，进入的水分又不易导 出，导致导湿性与解湿性差墙体砌筑旄工时，在砌块表面与砂浆层面之间形成 了一个干湿分明的界面，这样，砂浆底层的水泥在水化反应时很容易和砌块基层 脱皮，加上砌块表面非常光滑，与砂浆粘结不牢，开裂由此发生阴 2 3 施工工艺分析 2 3 1 施工操作因素的影响 施工前没有按设计要求编绘砌块墙体排列图和针对小型砌块保证制定切实可 行的施工技术措施，为赶工期使用龄期不足和潮湿的砌块，都会造成墙体裂缝的 产生，具体情况如下： 加气混凝土砌块出釜时的含水率约为3 5 2 e 右，以后逐渐干缩，体积不稳 定。但有些施工单位将新出釜的块体一边采购进场，一边砌筑，或将进场的砌体 随意堆放，任其雨淋；或是在墙体砌筑前将加气混凝土砌块浇水湿透，使砌筑时 砌块含水率较高，体积膨胀，之后随时间收缩产生裂缝【l o l 。 将不同出厂日期的于密度不同的砌块或不同强度等级砌块混砌，造成含水 率较高的块体收缩变形较大，反之变形较小，使不均匀变形产生墙中部的不规则 裂缝l “j 。 施工前不做加气混凝土砌块的排列组砌设计，至使上下块体的搭接长度在 某些部位偏短，而填充墙使用的砂浆强度等级较低；施工时如没按要求加钢筋网 补强，会使墙体收缩产生轴心受拉，沿齿缝出现垂直裂缝。 填充墙在砌筑过程中与钢筋混凝土框架柱连接部位应浇水湿润，进行必要 的基底处理，同时与柱边相交部位采用水泥砂浆填缝，使之有效粘结；而实际工 作中，柱与填充墙之间空隙均用混合砂浆填塞，因强度等级较低，密实性差，达 不到质量要求而产生裂缝1 1 2 j 。 施工中，砌块墙体上留有的脚手眼以及面层的损坏部位等，要用不规则砌 块或异物进行填塞，或使用不配套的浆料修补，会使该处易发生开裂。 1 4 2 加气混凝土砌块墙体裂缝产生机理分析 表面浮灰没有清理干净，没有充分湿润，墙体灰缝饱满度达不到设计要求， 砌块有严重损坏，操作程序不符合标准等都会引起抹灰层出现空裂现象【i 珂 在抹灰前，对砌块墙体表面没做处理或处理不当，抹灰层砂浆中的水分过 早的被加气混凝土砌块吸走而失去凝结硬化条件，使抹灰层达不到预期的强度， 引起空鼓开裂。 2 3 2 技术间歇问题 砂浆与混凝土的强度随着时间增长，一般在2 8 天时间达到要求，如果为了抢 工期，不考虑技术问题、不验收施工本层时所增加的荷载对底层墙体的强度是否 符合要求，甚至为了加快进度和减少工序，一次性将