摘要：混凝土砖砌体湿胀干缩是引起该砌体建筑易裂的主要因素之一。通过参照相关的标准，采用理论分析和实验验证的方法对混凝土砖的干缩性能的含义进行解释，进而阐述干缩率和吸水率、含水率、环境湿度、温度、相对含水率的关系。
关键词：混凝土砖；干缩率；吸水率；含水率；相对含水率
中图分类号：TU522.1+9 文献标识码：B 文章编号：1001- 702X（2006）10- 0032- 03
0 前言
为了节约能源，保护土地资源，改善生态环境，国家墙改政策限制黏土制品的生产和使用，取而代之的是一大批新型墙体材料，混凝土砖就是其中之一。由于生产混凝土砖一次性投资不多，全国出现了大量的混凝土砖厂，仅在宁波地区就有70 余家。混凝土砖是以砂、石等为集料，加入水泥、添加剂等掺合料，加水搅拌，经成型机振压成型的一种混凝土制品，干燥收缩率在0.04%～0.07%。一些使用混凝土砖的建筑物，墙体开裂的质量事故时有发生，已经严重影响混凝土砖砌体的工程质量，成为制约混凝土砖在建筑工程中推广应用的瓶颈。研究混凝土砖砌体的开裂，首先要研究混凝土砖的干燥收缩。本文通过对混凝土砖干缩性能和内涵的阐述，分析了影响干缩率的各种因素。
混凝土砖的干缩是由于毛细孔水和部分凝结水蒸发而引起的，其机理是毛细孔水的蒸发使得毛细孔内水位下降，弯月面的曲率变大。在表面张力作用下，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，收缩应力不断增加[1]。如果这种应力大于抹面砂浆的抗拉强度，将使混凝土砖收缩并产生裂缝。因此，实际干缩率的大小与混凝土砖上墙含水率有关。
1 干燥收缩率和吸水率的关系
干燥收缩率：混凝土砖在吸水饱和与干燥状态下长度变化率，按式（1）计算：
式中：S—干燥收缩率，即理论最大干缩率；
L—混凝土砖在浸水4 d （饱和状态），面干处理后的长度；
L0—混凝土砖在（50±3）℃电热鼓风干燥箱中反复进行烘干（绝干状态），直到长度达到稳定时的长度。
从式（1）分析可知：混凝土砖的干燥收缩率从理论上讲是混凝土砖可能达到的最大干缩率，并不是实际的干缩率。这里的干燥收缩率仅与混凝土砖的吸水率有关，吸水率越大，理论最大干缩率也越大，而与含水率没有直接的关系。吸水率又与混凝土材料的特性有关，如：水灰比、材料级配、空隙结构、空隙率等因素有关。为了把干缩率不同含义区分开来，可以把标准中规定的干燥收缩率用理论最大干缩率来表达，它是混凝土砖的一项技术指标，用来划分混凝土砖质量的定量值，而实际的干缩率随着混凝土的含水率变化而改变，它是一个变量，本文以下提到的实际干缩率简化后用“干缩率”表示。
2 混凝土砖干缩率和含水率的关系
2.1 理论分析
对于混凝土砖的干缩率和含水率、吸水率、相对吸水率可以用下述方法设定：
（1）当混凝土砖达到干燥状态时，对应的试件长度为L0[与公式（1）中的L0 概念相同]；
（2）当混凝土砖的含水率为a，此时对应的试件长度为A；
（3）当混凝土砖吸水饱和，它的吸水率为b，此时对应的试件长度为L[与式（1）中的L 概念相同]；
（4）相对含水率指混凝土砖的含水率与其吸水率的比值，也可以理解为混凝土砖达到最大吸水率的程度，表示为a/b，也可以用A/L 来表示。因此，干缩率S* 可以表示混凝土砖在一定含水率下与干燥状态下的长度变化率，以式（2）表示：
可知：含水率不大于吸水率，且不小于0，得L0≤A≤L，L0/L≤A/L≤1，S*≤S。
2.2 试验证明
2.2.1 试验材料和试验方法
试验采用的混凝土砖是两个厂生产的混凝土多孔砖，分别用HD1、HD2 表示。考虑到水泥水化反应需要消耗水，并且水化反应还会造成化学减缩，为了消除它们对试验的影响，试验用材龄期定在60 d 以上。试验方法按GB/T 4111—1997 进行，首先把混凝土砖浸泡在水里，4 d 饱和后取出测定2 个测长头的长度及最大含水率（吸水率），然后放入烘箱中，烘箱温度控制在高于环境温度5～10 ℃，在不同的时间点上测试混凝土砖的长度和含水率，直至达到绝干状态。
2.2.2 试验结果及分析
干缩率按式（2）计算得到的干缩率和含水率结果见图1。
由图1 可知：干缩率随着含水率的增加而增大。HD1 的相关系数R2 =0.9505，HD2 的相关系数R2 =0.9153。因此，干缩率和含水率可以近似地看作线性关系，含水率越大，干缩率越大。
3 混凝土砖干缩率和湿度的关系
由于混凝土砖在砌体上使用后要受到环境的影响，环境的湿度会使混凝土砖的含水率发生变化，进而影响到其干缩率，因此，对混凝土砖的干缩率和湿度的关系进行研究很有必要。
把混凝土砖放在自然状态下，避免被雨水直接淋湿，测试湿度和干缩率，结果见表1。
由表1 可见：
（1）湿度越大，干缩率越大。
（2）湿度变化越大，干缩率值变化越大，因此干缩率值是在最大湿度与最小湿度之间变化的。如果干缩率变化值大于安全干缩率将会引起墙体开裂。安全干缩率指墙体材料砌成墙体后，虽产生干缩，但不致使墙体开裂时墙体材料的最大干缩率[2]。
（3）由于：①混凝土砖的含水率与环境湿度成正比关系；②混凝土砖在砌筑过程中会吸收部分砂浆中的水。为了使混凝土砖砌体在抹面后的最初阶段干缩率值变化最小，上墙时的理想含水率应与环境的相对湿度相适应[3]，且应稍小于平衡含水率。平衡含水率指墙体材料与环境达到湿平衡时的含水率[2]。在控制好混凝土砖上墙含水率的同时，也要控制含水率的变化，特别是在墙体抹面后到抹面砂浆达到设计强度这段时间更要引起重视，因为墙体的砂浆还没有达到设计强度，抵抗砌体变形的能力不足，所以应避免墙体受到雨淋和暴晒，同时要加强施工现场的养护。
根据上面的分析，上墙含水率并不是越小越好，假如混凝土砖上墙含水率控制得很低，混凝土砖吸收大量的水分，发生湿胀现象，干缩率值变化也会很大，而且会造成混凝土砖大量吸收抹面砂浆的水分，引起砂浆的干缩开裂。
4 混凝土砖干缩率和温度的关系
温度的变化会引起混凝土砖的变形，但是这种变形不一定是干缩或湿胀变形。温度对混凝土砖变形的影响可以分为直接、间接、无关3 种。
（1）温度改变后，绝大多数材料都会发生热胀冷缩，混凝土砖也不例外，但是这种环境温度的变化对混凝土材料来讲变形量是很小的，可以忽略不计，此时温度与混凝土砖的变形有直接的关系。
（2）温度改变后，一般会引起环境湿度的变化和混凝土砖含水率的变化，使混凝土砖发生干缩或湿胀，此时温度对变形或者进一步说温度对干缩率有间接的影响，湿度对干缩率影响也是间接关系。一般来说，温度越高，混凝土砖中的水分蒸发量越大，进而引起干缩率发生改变。
（3）在某些情况下，温度很高，混凝土砖中的水分不但没有减少可能还增多，如夏季的雨天，温度较高，可是湿度也很大，此时可以认为温度和干缩率没有必然的关系。
综上所述：温度变化会引起混凝土砖热胀冷缩变形，有可能引起干缩率的改变，但同时考虑其它因素的影响，温度与干缩率没有必然的对应关系。
5 混凝土砖干缩率、含水率、相对含水率的关系
当相对含水率为a/b 时，即表示为A/L，将式（2）÷式（1），得：
此时将L0 作为固定值，由式（3）可以看出：理论最大干缩率S 和相对含水率为a/b 确定的情况下，上墙干缩率只有唯一值，根据公式（2）含水率a 也可确定。在含水率a 确定的情况下，最大干缩率只有唯一值，理论最大干缩率S 趋大，相对含水率a/b 要相应变小；理论最大干缩率S 趋小，相对含水率a/b 要相应变大。这是ASTMC55—2003《混凝土砖》、JC 943—2004《混凝土多孔砖》标准中提出的不同干燥收缩率对应不同的相对含水率的原因，也是规范只对干燥收缩率和相对含水率提出具体指标，而没有对含水率提出具体要求的原因；同理，在理论最大干缩率确定的情况下，含水率越大，干缩率越大，相对含水率也越大。在实际施工中，由于相对含水率高低较难判断，含水率却较容易判断，所以可通过控制含水率的方法基本达到标准对相对含水率的要求。
6 结语
（1）标准中提到的干燥收缩率是理论最大干缩率，不是实际干缩率S*，S*≤S。
（2）通过对吸水率的控制，可以达到控制理论最大干缩率的目的，吸水率越大，干缩率越大，反之亦然。
（3）通过对含水率的控制，可以达到控制干缩率的目的，含水率越大，干缩率越大，反之亦然。
（4）为了使在抹面后的最初阶段干缩率变化最小，理想的上墙含水率应低于环境相对湿度平衡后的含水率，上墙含水率并不是越小越好，还要控制含水率的变化，应避免墙体受到雨淋和暴晒，要加强施工现场的养护。
（5）温度改变后，会引起环境湿度的变化和混凝土砖含水率的变化，使混凝土砖发生干缩或湿胀，但是温度与干缩率没有必然的对应关系。
（6）通过对干燥收缩率和相对含水率的控制，就可以达到控制混凝土砖的干缩，因此标准中用相对含水率而不用含水率、吸水率来表达。在实际施工中，控制含水率也能在一定程度上达到控制相对含水率的目的。
参考文献:
[1] 孙林柱.控制加气混凝土墙体开裂的关键技术.新型建筑材料，2006，（2）：54- 58.
[2] 孙南屏.新型墙体材料砌前润湿的问题分析.新型建筑材料，2006，（4）：24- 25.
[3] 施楚贤.砌体结构.武汉：武汉工业大学出版社，1998.
