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《安徽建筑大學(xué)學(xué)報》2016年第3期

摘要：

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(yàn)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(shí)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(diǎn)。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(yàn)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(shí)驗(yàn)結(jié)果，對加氣混凝土在工程實(shí)踐中的應(yīng)用具有重要的、廣泛的指導(dǎo)意義。

1試驗(yàn)原材料及方案

1.1試驗(yàn)原材料試驗(yàn)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。

1.2試驗(yàn)方案

1.2.1溫度試驗(yàn)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(shí)驗(yàn)做了三組溫度梯度試驗(yàn)，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(yàn)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(yàn)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(yàn)方案

濕度試驗(yàn)選擇25℃溫差（冷端20℃、熱端45℃）進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，利用噴水壺在墻體面灑不同量試驗(yàn)用粉煤灰蒸壓加氣混凝土砌塊規(guī)格600mm×240mm×200mm進(jìn)行砌筑1500mm×1500mm×240mm墻體，進(jìn)行墻體穩(wěn)定傳熱實(shí)驗(yàn)，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0.5MPa[4]。的水改變墻體濕度。分別在墻體上均勻的灑水400mL和800mL，測定墻體在濕度變化情況下的應(yīng)變變化。

2試驗(yàn)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担涿嫖?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(yàn)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。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3000με；溫差為25℃時，熱端A位置的微應(yīng)變接近4400με；溫差為35℃時，熱端A位置的微應(yīng)變接近6000με,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(yàn)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(shí)驗(yàn)，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400mL和800mL，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。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(shí)際應(yīng)用中梁下比墻體中間更容易開裂的原因。在墻體兩側(cè)溫差最大值為35℃時，模擬得出應(yīng)力是從-0.50MPa到0.21MPa，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0.1-0.6MPa，本課題使用滿足A5,即小于規(guī)范值0.5MPa，沒有導(dǎo)致墻體出現(xiàn)開裂。

4結(jié)論

（1）試驗(yàn)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(yàn)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。

參考文獻(xiàn)：

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[3]呂春飛,吳文軍,楊柳.加氣混凝土砌塊變形行為研究[J].建筑節(jié)能,2010,38(4):41-42,68.

[4]彭玲,馬新偉,梁海娟.連鎖型混凝土砌塊墻體熱工性能分析[J].沈陽建筑工程學(xué)院學(xué)報(自然科學(xué)版),2013,29(3):507-512.

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作者:翟紅俠 刁含召 廖紹鋒 黃楷 單位:安徽建筑大學(xué) 材料與化學(xué)工程學(xué)院 安徽建工集團(tuán)