蒸压粉煤灰砖的应用

蒸压粉煤灰砖的应用梁建国[e-mail]长沙理工大学土木建筑学院教授中国工程建设标准化协会理事全国砌体结构技术委员会委员、副秘书长全国建筑振动专业委员会委员墙体屋面及道路用建筑材料标准化技术委员会委员2009粉煤灰综合利用高层技术论坛CECS256:2009《蒸压粉煤灰砖建筑技术规范》主编单位：中国建筑东北设计研究院有限公司长沙理工大学参加单位：沈阳建筑大学重庆大学重庆建筑科学研究院陕西省建筑科学研究院哈尔滨工业大学上海市建筑科学研究院广州市民用建筑设计科学研究院辽宁省墙体材料协会湖南农业大学福建海源自动化机械股份有限公司洛阳龙瑞新型建材有限公司国家标准《砌体结构设计规范》国家标准《墙体材料统一技术规范》CECS256:2009《蒸压粉煤灰砖建筑技术规范》——试验产品分布全国20余厂家；——全国6个高等院校、科研单位同步试验；——试验覆盖范围广泛：砌体抗压强度试验研究；砌体抗剪强度试验研究；砌体抗弯强度试验研究；偏心受压构件承载力试验研究；长柱受压性能试验研究；墙体抗震性能试验研究；墙体热工性能试验研究；耐久性试验研究（抗冻性、耐水性、碳化性能）；砖和砌体的干燥收缩性能与裂缝控制研究。适用范围：非抗震设防区和抗震设防烈度为8度及8度以下的地区蒸压粉煤灰实心砖和多孔砖（不包括蒸养砖和免蒸免烧砖）蒸压粉煤灰砖的特点20C60年代，我国自主知识产权的一项技术。生产设备和生产工艺的改进，使产品质量全面改善。利废、环保、节能，符合我国可持续发展战略。蒸压粉煤灰砖的特点外观尺寸规则；颜色均匀；抗压强度高（MU15以上）；表观密度略小于烧结粘土砖，1500kg/m3左右；热工性能好于烧结粘土砖；蒸压粉煤灰砖砌体的基本力学性能——受压砌体抗压强度与烧结砖相当；砌体弹性模量低于烧结砖砌体偏心受压短柱承载力与烧结砖砌体相当；轴心受压长柱承载力与烧结砖砌体相当蒸压粉煤灰砖砌体的基本力学性能——受剪、受弯实心砖砌体抗剪强度约为烧结砖砌体的80%；多孔砖砌体抗剪强度高于实心砖约10％（销栓作用）砖砌体抗弯强度与烧结砖砌体相当蒸压粉煤灰砖砌体的基本力学性能——抗震性能垂直压应力越大，墙体承载力越大；构造柱能显著改善墙片延性，减缓刚度退化速度，增强耗能性能；粉煤灰砖墙抗震承载力可参照烧结砖砌体设计公式计算。蒸压粉煤灰砖房屋耐久性；蒸压粉煤灰砖干燥收缩及裂缝控制蒸压粉煤灰砖砌筑时合理上墙含水率1蒸压粉煤灰砖房屋耐久性北京某蒸压砖房屋底层外墙劣质的粉煤灰砖1.1耐水性1.1.1含水率对蒸压粉煤灰砖强度的影响同一批砖，砖的抗压和抗折强度随含水率的增加而降低。0510152025300510152025质量含水率/%抗压强度/MPa00.511.522.533.544.50510152025质量含水率/%抗折强度/MPa0.48824.38cf0.0732.99bf1.1.2吸水率对蒸压粉煤灰砖软化系数的影响三种蒸压粉煤灰砖的饱和吸水率分别为16.2%、21.6%和32.4%。试验表明，砖的抗压强度和抗折强度软化系数均随着砖的吸水率增加而降低，当吸水率小于20％时，这种降低并不十分明显，但是当超过20％时，降低的幅度大大增加。蒸压粉煤灰砖是一种水硬性材料，其长期强度较短期强度提高15%～20%。根据试验结果，CECS在规定了蒸压粉煤灰砖的吸水率不应大于20％后，其耐水性在工程中便可以得到保证。1.2抗冻性1.2.1吸水率对抗冻性能的影响四组吸水率不同的蒸压粉煤灰砖，每组10块，冻融循环50次。试验表明，吸水率越大，质量损失越大，强度损失越大；当吸水率超过20％，质量损失和强度损失明显加快。1.2.2冻融循环次数对抗冻性能的影响同一批砖，根据冻融循环次数分三组：15次、30次和50次，每组10块试件。试验表明，冻融次数越多，砖的质量损失和强度损失越大。ASTMC73实际上是用砖的吸水率来控制的：霜冻潮湿环境体积吸水率不大于240kg/m3（约16％），其它环境体积吸水率不大于288kg/m3（约19.2％）。四组试件，吸水率在16.2％～32.4％之间，若按照JC239-2001，试验结果均满足“冻融15次后，强度损失不大于20％，质量损失不大于2％”的要求，显然要求低于ASTM要求。CSCE256为了保证结构的耐久性，除要求砖的吸水率不应大于20％外，将抗冻指标也提高了：使用条件抗冻标号单块砖质量损失%强度损失%非采暖地区F25≤2≤20采暖地区F50注：1非采暖地区指最冷月平均气温高于-5℃的地区；采暖地区指最冷月平均气温不高于-5℃的地区；2F指冻融循环次数。1.3碳化稳定性抽查全国六厂家蒸压粉煤灰砖，其抗压强度分别为15.3、11.3、13.7、15.2、18.8、23.9MPa，相应的碳化系数分别为0.95、0.94、0.85、0.65、0.64和0.54，有一半低于0.8（产品标准要求）。影响粉煤灰砖碳化稳定性的因素：原材料：活性石灰有利于提高水化硅酸钙的碱度，增加游离氢氧化钙，提高砖的碳化稳定性；掺入石膏对砖抗压强度有提高作用，但对砖的碳化性能不利砖坯密实度越高，CO2与制品相互作用越小，碳化性能越好；养护制度：蒸压养护有利于提高水化硅酸钙的结晶度，可使水化石榴子石的SiO2含量增加,促进抗碳化性能良好的水化石榴子石生成。CECS256规定：蒸压粉煤灰砖的碳化系数不应小于0.85。2蒸压粉煤灰砖干燥收缩与裂缝控制2.1干燥收缩的定义干燥收缩值ε0：将浸泡饱和的砖放置在温度为(50±1)℃、相对湿度为（17±2）％的烘箱中，重量和收缩变形达到稳定时所测得的干燥收缩值10()()1000LLttL0001000sLLL干燥收缩率ε(t):某含水率（上墙含水率）砖在空气环境中自然干燥，在时刻t，砖的干燥收缩率显然，ε(t)与上墙含水率及环境湿度有关；当t→∞时，砖在环境中达到平衡含水率，砖的干燥收缩也趋于稳定，这时砖的干燥收缩率为使用阶段干燥收缩率εeq从湖南、湖北、福建、河南、山东等地抽取了10个厂家蒸压粉煤灰砖在中等环境（温度20±3°C，湿度65±5％）下试验统计结果表明，浸泡饱和的砖的干燥收缩率大约与同种砖的干燥收缩值相等。原因：毛细孔水或分子结合水失去后，原来作用于毛细孔上的表面张力撤除，会产生蠕变变形，增大了收缩变形。,0meqs2.2浸泡饱和砖干燥收缩值与干燥收缩率的关系2.3上墙含水率及环境对蒸压粉煤灰砖干燥收缩影响的试验研究砖的初始含水率（上墙含水率）越大，其使用阶段的干燥收缩率εeq越大；环境相对湿度越大，蒸压粉煤灰砖的平衡含水率越大，失水越少，使用阶段的收缩率εeq越小。00.050.10.150.20.250.30102030405060708090时间/d干燥收缩率/(mm﹒m-1)不浇水粉煤灰砖浇水蒸压粉煤灰砖-0.0500.050.10.150.20.250.30102030405060708090时间/d干燥收缩率/(mm﹒m-1)不浇水蒸压粉煤灰砖浇水蒸压粉煤灰砖-0.0500.050.10.150.20.250.30102030405060708090时间/d干燥收缩率/(mm﹒m-1)不浇水蒸压粉煤灰砖浇水蒸压粉煤灰砖干燥环境（温度20±3°C，湿度45±5％）中等环境（温度20±3°C，湿度65±5％）潮湿环境（温度20±3°C，湿度85±5％）2.3预估蒸压粉煤灰砖使用阶段干燥收缩率公式0123()t-0.200.20.40.60.811.21.4020406080100120上墙相对含水率δ/%上墙相对含水率影响系数10.40ln0.8500.20.40.60.811.21.41.61.8020406080100相对湿度RH/%湿度影响系数β222.860.0286RH00.20.40.60.811.21.4020406080100120140龄期/d龄期影响系数36tt2.4蒸压粉煤灰砖砌体干燥收缩试验不同上墙含水率的蒸压粉煤灰砖砌体在不同环境湿度条件下的干燥收缩试验。-0.0500.050.10.150.20.250.30.350.404080120160200240280时间/d干燥收缩率/mm•m-1干燥环境下墙中等环境下墙潮湿环境下墙不浇水砖砌筑墙片在不同环境下的干燥收缩率-0.0500.050.10.150.20.250.30.350.404080120160200240280时间/d干燥收缩率/mm•m-1干燥环境下墙中等环境下墙潮湿环境下墙浇水砖砌筑墙片在不同环境下的干燥收缩率2.5蒸压粉煤灰砖砌体房屋的裂缝控制烧结砖砌体干燥收缩很小，可忽略。只有顶部屋面与墙体温差产生的裂缝；蒸压粉煤灰砌体干燥收缩变形叠加温度变形，房屋顶部开裂外，底部受地基约束产生应力，也导致开裂。措施：材料：降低干燥收缩值，CSCE256取0.5mm/m，美国ASTMC73取0.65mm/m；蒸压粉煤灰砖的吸水率不超过20％。控制缝：发达国家的标准都将该措施列为最首选，控制缝间距7.62m，对低层房屋来说比较容易实现，对多层房屋，影响整体性，不利于抗震，且不符合我国施工和居住习惯。配筋：水平灰缝配筋。（我国首选措施）3蒸压粉煤灰砖砌筑时合理上墙含水率《砌体工程施工质量验收规范》GB50203要求提前浇水上墙，与国外规范相反。3.1砖的吸水特性与初始吸水速度（IRA）05101520250102030405060浸泡时间/min质量含水率/%红砖粉煤灰砖混凝土砖蒸压粉煤灰砖吸水速度最慢，烧结砖最快；混凝土砖吸水率最小；烧结砖、混凝土砖、蒸压粉煤灰砖初始吸水速度分别为0.0034、0.0022、0.0017g/（min·mm2）。ACI530.1-05/ASCE6-05/TMS602-05规定：初始吸水速度大于0.0016g/(min·mm2)的砖，必须洒水湿润后砌筑。3.2上墙含水率对砌体抗剪强度的影响式（2）式（3）00.20.40.60.811.21.4020406080100砖的相对含水率（％）影响系数文献[8]文献[10]文献[11]本研究图中可以看出，在相对含水率为43％～55％（对吸水率为20％的蒸压砖，含水率8.6％～11％）时，砌体抗剪强度影响系数大于1。即含水率8.6％～11％是蒸压砖的最佳含水率。3.3上墙含水率对砌体干燥收缩的影响-0.0500.050.10.150.20.250.30.350.404080120160200240280时间/d干燥收缩率/mm•m-1干燥环境下墙中等环境下墙潮湿环境下墙相同环境下，浇水砖干燥收缩率远大于不浇水砖；浇水砖砌体的干燥收缩率大于GB50003的0.2mm/m的要求，易裂；不浇水粉煤灰砖浇水粉煤灰砖粘土砖水分蒸发（％）收缩（mm/m）水分蒸发（％）收缩（mm/m）水分蒸发（％）收缩（mm/m）潮湿环境2.40.04224.10.04862.0－0.041中等环境30.00.05456.50.178干燥环境59.30.15576.80.26789.60.00567d后各种砖的水分蒸发和干燥收缩不浇水砖质量含水率为8.6％；浇水砖的质量含水率为14.7％。非烧结砖出釜后含水率隨时间变化0246810020406080100120时间/d含水率/%粉煤灰砖灰砂砖混凝土砖3.4非烧结砖砌筑前含水率变化规律蒸压砖出釜后在场内遮雨条件下存放7天出厂，则到达工地时，蒸压粉煤灰砖、蒸压灰砂砖的含水率分别为4.66％、3.83％。对码堆砖垛，含水率要高，全国各地装箱打包运来的蒸压粉煤灰砖进行了抽查，其含水率一般为6～8％。3.5建议蒸压粉煤灰砖砌体砌筑前，不对砖浇水湿润，以减少非烧结砖砌体的干燥收缩裂缝。若在干热气候砌筑时，可适当做表面喷水后砌筑；优先采用专用砂浆来提高砌体的抗剪强度，增加砂浆保水能力。谢谢！欢迎提问！