基于温湿度变化对蒸压加气混凝土墙体变形影响试验研究

翟红侠，刁含召，廖绍锋，黄　楷

基于温湿度变化对蒸压加气混凝土墙体变形影响试验研究

翟红侠1，刁含召1，廖绍锋2，黄楷1

（1．安徽建筑大学 材料与化学工程学院，安徽合肥 230022; 2.安徽建工集团，安徽 合肥 230601）

本文对加气混凝土墙体在温湿度变化下的开裂问题进行试验研究。通过调整内外墙体温度、湿度变化研究加气混凝土砌块应力应变的变化规律；利用ANSYS软件理论分析温差对墙体应力应变的影响。结果表明：随着内外墙体温差的增大，加气混凝土墙体的应变值越大；随着湿度的变化，应变值的变化不大。关键词：加气混凝土墙体；温湿度；应变值；ANSYS

0　引 言

蒸压加气混凝土是一种多功能的新型墙体材料并且广泛应用于工程实践中，它具有质轻、保温、隔热、抗震防火、施工简便等诸多优点。但由于加气混凝土的孔隙率大、吸水率高，墙体容易出现空鼓、开裂问题，这样不但影响墙体外观质量，更会破坏它的保温隔热功效[1]。加气混凝土墙体开裂问题成为了制约它在工程上应用的关键技术问题[2]，成为推广蒸压加气混凝土墙体的最大阻力。在非荷载作用下，地基沉降、温度及湿度变化、干缩变形等方面因素会导致加气混凝土墙体产生裂缝，其中温度效应是加气混凝土墙体产生裂缝的主要原因[3]。本文主要通过控制温湿度变化对墙体开裂问题进行研究。通过试验改变加气混凝土墙体的温度、湿度变化，测出加气混凝土墙体不同部位的应变值大小并分析实验结果，对加气混凝土在工程实践中的应用具有重要的、广泛的指导意义。

1　试验原材料及方案

1.1试验原材料

试验样品:加气混凝土砌块由大来新型建材有限公司提供B05A3.5级粉煤灰加气混凝土砌块,砌块的基本性能指标如表1所示。

试验用粉煤灰蒸压加气混凝土砌块规格600 mm×240 mm×200 mm进行砌筑1500 mm×1500 mm ×240 mm墙体，进行墙体稳定传热实验，测定墙体在温湿度变化情况下的应变变化。墙体灰缝用的防火等级为B1级的聚苯板粘合剂753，粘结强度在蒸压加气混凝土砌块中应用能达到大于等于0.5 MPa[4]。

表1　 加气混凝土砌块的性能指标

图1　DH3818-4静态应变测试现场

1.2试验方案

1.2.1温度试验方案

通过调节冷热面温度，改变墙体两面的温差[5]。本实验做了三组温度梯度试验，温差分别为15 ℃，25 ℃，35 ℃。冷面温度均固定着20 ℃，热面对应调节温度是35 ℃，45 ℃，55 ℃。在墙体一侧对角线上分别贴上三个应变片，其另一面对应贴上三个应变片，在每隔半小时对数据进行采集，运行时间为30个小时。试验过程中，冷面与热面均处于封闭状态，中间墙体被两边箱体封闭。试验过程如图1所示。

如图1可知，A是热面右上角，B是热面中间，C是热面左下角，D是热面温度传感器，对应的是a冷面右上角，b是冷面中间，c是冷面左下角，d是冷面温度传感器。

1.2.2湿度试验方案

湿度试验选择25 ℃温差（冷端20 ℃、热端45 ℃）进行实验，利用喷水壶在墙体面洒不同量的水改变墙体湿度。分别在墙体上均匀的洒水400 mL和800 mL，测定墙体在湿度变化情况下的应变变化。

2　试验结果及分析

2.1温差对墙体应变的影响

利用稳态传热性能测定仪控制墙体两侧的温度，形成温度差，测得墙体两侧在15 ℃、25 ℃、35 ℃不同温差情况下的微应变随时间变化曲线图分别如图2、图3、图4，测同一位置（A和a）在不同温差下，其微应变随时间变化曲线图如图5所示。

由图2、图3、图4可知，热面微应变为正值，冷面微应变是负值，压应力与拉应力[6]。随着时间的进行，微应变逐渐趋于稳定。当墙体两面的温差逐渐增大时，微应变表现出来的是逐渐增大。由试验数据表明，应变与应力呈正比，三个应变片位置之间应力的关系是热面中间B＜热面右上A＜热面左下C，冷面中间b＜冷面右上a＜冷面左下c。

图2　15 ℃微应变随时间变化关系曲线

图3　25 ℃微应变随时间变化关系曲线

图4　35 ℃微应变随时间变化关系曲线

图5　不同温差的对比图

由图5可知，随着墙体两面的温差增大，微应变也逐渐增大。温差为15 ℃时，热端A位置的微应变接近3000 με；温差为25 ℃时，热端A位置的微应变接近4400 με；温差为35 ℃时，热端A位置的微应变接近6000 με,对应的拉应力逐渐增大。在同一温差情况下，应变与应力呈正比，三个应变片位置之间应力的关系是热面中间B＜热面右上A＜热面左下C，冷面中间b＜冷面右上a＜冷面左下c。三组试验均表现出墙体四周应变集中，尤其左下角较大。

2.2湿度差对墙体应变的影响

在做过温差对墙体应变的影响后，选择25℃温差（冷端20 ℃、热端45 ℃）进行湿度实验，利用喷水壶在墙体面洒不同量的水来改变湿度。分别在热墙上均匀的洒水400 mL和800 mL，墙体随着湿度不同墙体微应变随时间变化的结果分别如6和图7所示。

图6　含水量400 mL，应变随时间变化曲线

图7　含水量800 mL，应变随时间变化曲线

图8　不同湿度差微应变随时间变化关系曲线

结合温差为25 ℃不洒水所得到的数据针对同一位置（A和a）进行图表绘制，根据图像分析湿度对微应变的影响，如图8所示，结合不同湿度的对比图我们可以发现，湿度差对墙体的微应变的影响较小，几乎不起作用，随着湿度差的增大，墙体的微应变也只是产生较小的增加。因此，湿度不是导致加气混凝土墙体开裂的主要因素。

3　数值模拟

蒸压加气混凝土砌块墙体普遍存在着开裂问题，至今还没有完善的解决措施[7]。在非荷载作用下，墙体裂缝产生的位置及其形式，专家普遍认为温度应力是导致墙体产生裂缝的主要原因[8]。因此，在蒸压加气混凝土砌块应用普遍的形势下，研究砌块在温差作用下产生应力导致裂缝机理分析，控制墙体产生裂缝的措施，就成为蒸压加气混凝土砌块的一个重大技术问题。本文采用ANSYS有限元软件中的热－结构耦合模块模拟墙体的温度效应，分析温度应力导致墙体裂缝产生的机理，其应力云图分别如图9、图10、图11所示。

ANSYS软件模拟墙体表面应力分布图中，下面一组颜色由左向右表示应力逐渐增大，即红色区域的应力值最大，蓝色区域的应力值最小。图中显示，墙体表面四周的应力值较大，中间的应力值较小，这也说明了在工程实际应用中梁下比墙体中间更容易开裂的原因。

图9　墙体在15 ℃温差下应力分布图

图10　墙体在25 ℃温差下应力分布图

图11　墙体在35 ℃温差下应力分布图

在墙体两侧温差最大值为35 ℃时，模拟得出应力是从-0.50 MPa到0.21 MPa，正值代表拉应力，负值代表压应力，根据规范可知，A1-A6的蒸压加气混凝土砌块的抗拉极限强度为0.1-0.6 MPa，本课题使用满足A5,即小于规范值0.5 MPa，没有导致墙体出现开裂。

4　结论

（1）试验与理论分析表明在温差相同的条件下，墙体位置不同所受应力应变不同，墙体四周的应力应变值比中心位置大，说明四周墙体容易开裂。

（2）试验与理论分析表明在墙体同一位置，内外墙体温差对墙体应力应变影响较大，在一定范围内，随着温差的增大，墙体微应变增大，温差与应变值成线性关系。

（3）在温差相同的条件下，湿度的变化对墙体应力应变值影响不大，湿度不是影响墙体开裂的主要因素。

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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

安徽省墙改办2015年新型墙材科研项目（2015FACZ2681）

翟红侠（1962—），女，教授，主要研究方向为土木工程材料。