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蒸汽加压混凝土的微环境特征

Huuml;lya Kus and Kjell Nygren

材料技术部，KTH研究学院，建筑环境中心，耶夫勒大学，瑞典耶夫勒

蒸汽加压混凝土（AAC）所构成的外墙在各种不同的暴露条件下所显示的长期的行为和物理机械性能取决于气候和地理位置。多孔结构的性能很大程度上取决于其水分特征和微观环境下剂的猛烈程度。为了收集AAC外墙在实际使用中的系统数据，我们启动了一个国际研究项目去对自然暴露在测试架的ACC砌块进行连续的微观环境监测，测试架安装在暴露的地方。在实验研究中，我们对其在暴露环境中的局部和微观水平进行了比较，不同暴露系统的性能评估取决于微观条件下持续的水分测量的数据和结果。

关键词：蒸汽加压混凝土，材料，微观环境，湿度，性能，呈现，墙，瑞典

前言

这篇文章主要是关于AAC外墙的微环境特征以及举了一个使用微环境测量的数据来进行性能评估的例子。这项研究是EUREKA项目E2116 DurAAC（Kus and Nygren，2000），目的是调查在ISO/ FDIS15686-2建筑方案下降解的因素和机制，以及建造固定资产的一部分 - 服务人生规划 - 第2部分：寿命预测程序（2000），并随后预测在不同曝光条件的各种涂料体系制成呈现的AAC的外墙的使用寿命。该项目是为了给需要的门面的尺寸优化模型相对于寿命和维护周期所需的输入。甚至在项目结束前可以得到有助于市场的结果，将采取一个新的更加好的建议为了设计好的，更新好的，改善的系统，可以改善随时间的已知性能，以及估算使用寿命成本可能性。

外墙经受根据气候和地理位置的不同而不同的曝光条件。由于气候的严重程度，过早的失效门面可能会导致迫使更早的，频繁和昂贵的维护和修理。外墙的主要功能是提供对大气条件保护。使用外部透视图和表面处理通常是为了减少，延缓大气的恶化效应，从而提高壁部件的耐候性，保持美丽的外观。在从大气始发剂，水分拥有最不利的影响，特别是对由多孔建材制成的外墙表面。水，或者单独，或者作为其组合的攻击与其它风化元素，如热，太阳辐射，酸和盐，由此引发的物理，化学和生物降解过程，反过来，会使建材恶化。外墙性能过早展示在临界水平之下的其中一个原因是缺乏足够的保护去应对当时的曝光条件。对于一个给定结构式的水平和必要类型的预防和补救措施是由微环境的严重程度决定的。因此，知识和数据对建筑物的微环境是必要的，用以设计改进的系统，延长维护周期，促使高效的更新，以及最后但是并非最不重要的，更准确地估计使用寿命成本。

由于低导热性和适当的承载能力，由AAC制成的外墙已被广泛地用于世界各地的住宅和工业建筑。相比其他建材，AAC在整个生命周期中在环境方面拥有很多优势。由于其高的孔隙率，AAC通过额外的表面处理来针对液体和气体渗透，如有机或无机的渲染和油漆。然而，需要去收集AAC墙壁的微系统的数据，以帮助更好地理解其在实际服务中的性能。

墙组件AAC的特性

AAC由通过包括水泥，石灰和石膏作为粘合剂，细硅质材料，产生孔的铝粉末和水等原料蒸汽养护制造而成。通过加入铝造成的化学反应，使该混合物扩展到约两倍的体积，产生高度多孔结构。固化材料体积的约80％是由孔构成，50％是空气孔，30％是微观孔，都是通过在毛细管湿气传输能力形成。固体基质的微观结构主要由水化硅酸钙的微晶形成，形成了该孔壁（RILEM，1993）。

外部粉刷和表面处理

无机粉刷基本上由水泥和石灰作为粘合剂，适当添加分级砂，混合水和添加剂以提供所需的性能，如加工性和防水性（DIN 18550-2：1985）。粉刷混合物的规范由性能和除了衬底特性和曝光条件所需光洁度的类型确定。在生产中使用的原料，特别是粘合剂，对粉刷的特性起到决定性作用。使用的石灰目的是降低水泥含量以便减少在衬底上的机械应力和提供更好的可加工性。在粉刷中的拉伸应力倾向于引起裂化，而剪切应力倾向于引起粉刷和基板之间的粘合失败。有两个原则，以建立一个无机稠粉刷系统。在瑞典最实用的系统是建立一个强有力的富水泥底漆的薄层，随后盖上比第一（层）含有更少水泥和更多石灰的更薄的薄层。在第一层的表面上施加镀锌钢丝网。第二层后通常跟一个强劲的也被着色的第三外层。在过去十年瑞典应用的其他的原则，是建立粉刷用底漆作为表面浸渍，随后由纤维或玻璃纤维增强的含有更少量的石灰来粉刷。

一般包含聚合物粘结剂的表面处理剂包括：明确的渗透剂和填料，如硅基防水剂; 成膜涂层，即含有丙烯酸树脂和硅酸盐的油漆;有机效果图，如水泥砂浆与聚合物添加剂（CIRIA，1987）。表面精加工通常是用来着色以提供颜色，并扩展或填充以提供厚度和表面纹理。

经常暴露于滂沱大雨中的粉刷的建筑立面，在长时间承受高水分含量的周期时通常会导致更快地退化。硅基防水剂越来越多地用作预防或补救措施，通过粉刷层减少渗水，导致墙体干燥与更好的散热性能，以提高新老建筑的性能。因此，防水剂的使用是为了延长壁部件的使用寿命和耐用性。

性能要求

按照建筑产品指令（Caluwaerts等1996），外墙部件和材料的性能要求，这是本文所提出的最重要的研究项目，关注以下几个方面：

·经济，即盈利能力，例如初始成本和运营成本

·环境和生态，例如在生产，施工和使用中资源的消耗

·美学，例如外观光滑的表面为最终成品，颜色和纹理

·功能，例如风化元素如霜冻，风吹，日晒雨淋，和物理性能，如弹性阻力

·随着时间推移的性能

耐曝光条件在外部粉刷和/或表面处理，如防水性，水蒸气传输，抗冻性，耐碱和紫外线辐射（DIN18550-1：1995）的防护性能方面进行评价。所需要的额外的属性是柔韧性和附着力（BS5262：1991）。加工性（柔软性，流动性和平整性）在新鲜粉刷砂浆的表面上至少与其他需求一样重要。基板性能如良好的附着力和吸入容量对外部透视图和表面处理的性能有相当大的影响。

建筑材料和部件的性能特性，最初随着时间的推移，可通过按照在ISO / FDIS15686-2的系统的方法的不同的测试程序来确定。性能特性的确定的值需要符合上面给出的限制，例如，通过相关的标准或规则。

降解剂，机制和它们的效果

在标准ISO 6241（1984），降解剂，根据其性质如机械，电磁，热，化学和生物分类。该项目适用于这些群体的外部空气降解的因素。降解剂在建材上可能产生的影响在CIB W80 / RILEM 140-PSL（1997 Haagenrud）里有很好的描述。对于粉刷系统，作为用于所有其他建筑物的外墙材料，降解速率取决于许多剂和它们的组合，并在退化过程可能产生协同效应。降解过程从墙壁的结构，其中应力最强的表面开始。有机和无机粉刷经验和检验已经表明，材料中的严重降解似乎与在高水分含量中保持更长的持续时间有关（1998 Nygren）。上面所呈现的AAC系统退化的可能的机理及其效果归纳于表1中。

实验装置

一个关于AAC的长期性能的长期的场曝光和短期的加速测试程序正在瑞典耶夫勒（BMG）的中心建筑环境进行。研究工作涉及微环境和定期现场测量的连续监测，以及初始属性的实验室测试和材料的初始及以后的物理和化学分析的性能，自然和人工时效的样品被包含在内为了遵循老化测试系统的特性。在项目中，一个全尺寸试验舱的建成，以及小规模的实物模型测试的安排是建立在BMG建筑物的屋顶。AAC块，150-mm厚的具有干密度423公斤/立方米，被用作基底测试的涂料体系。

实体模型试验

在实体模型测试中，六块样品暴露在朝南45°的金属架上（图1）。包括一块未处理和未涂覆的AAC作为参考块。三块样品被石灰水泥粉刷，其中之一是未处理，一块被表面施加的防水剂处理过和一种涂有丙烯酸类 - 苯乙烯漆。第五块布满膨体聚四氟乙烯膜（GORE-TEXreg;）作为一种理想的面漆。第六样品用含有斥水添加剂的石灰水泥粉刷。样品除了测试用的表面的面，用环氧树脂几层密封。

尺寸为400毫米times;300毫米times;150毫米的试块，被用于连续监测湿度和温度（库什和贝里，1999年）。为了研究大气剂对防水性能的实际效果，并观察其降解过程，另一组更小尺寸为130毫米times;130毫米times;150毫米的试块，也已经自然风化。这些标本受到在特定的时间间隔实验室分析（库什和Jernberg，2000）。

试验舱

该试验舱为矩形棱柱形状，尺寸为8.6米times;2.1米times;2.4米，长边面向西南和东北，分别为（图2）的导向。在长边各有12个测试面板英寸（600 mmtimes;1200 MM）包括未涂覆和未处理的AAC作为参考样品面板。测试块本身和壁之间的接头绝缘和密封。室内温度由电加热器控制，以保持15℃的最低温度（在一年）。

样品的选择代表了当今在瑞典使用薄和厚的粉刷系统的通用系统。此外，还有正在开发用防水剂和粉刷等的新剂型浸渍样品（尼格和库什，1999年）。粉刷系统被分为三类，即无机，有机和防水改性效果。所使用的产品可以概括为：水泥石灰，水硬石灰和水泥聚合物 - 基于粉刷；丙烯酸 - 苯乙烯，丙烯酸类，硅酸盐和硅树脂涂料，和硅基防水剂。

微观环境测试

在1998年9月的实体模型试验和1999年的测试舱实验中的测试系统，监测的参数如下：

·表面水分（润湿时间）是由安装的Wetcor传感器和样品钉电极在不同深度的散水分装置确定的。

·表面温度，通过铂-1000-元件确定，包括铜-康铜型热电偶的韦斯科特传感器和散装温度在同一深度的钉电极。

·空气温度，内外并保存在自通风辐射屏蔽热电偶测试舱外和实体模型样品附近。

·相对湿度，内部和由容性RH探针测试舱，在同一通风罩的热电偶每个门面外。

·倾盆大雨，通过试验舱两个立面的壁挂式雨量计。

·紫外线辐射，通过试验舱西南立面的UV计。

结果与讨论

从不同规模的数据比较

瑞典的气候数据是由瑞典气象和水文研究所（SMHI）测量。最近的实验装置的SMHI站是站号为10742，耶夫勒A.的SMHI站， SMHI的测量程序内的气候参数包括空气温度，相对湿度，风，降水和太阳辐射。从SMHI本地站得到的空气温度和相对湿度以及在实验装置中的微观气候测量，即在西南（SW）和东北（NE）的试验舱的外墙，在选定的周期内采集并呈现在图3中。当在测试舱测量刚刚开始，最近校准。作为微观气候，可能会对测量仪器产生影响，并可能导致测量误差，校准仪器，以便保持数据的原始精度。

下图说明了如何暴露水平将随着不同的地理范围，甚至在同一建筑物外立面的不同进行测量而变化。因此实际的曝光环境应该由模型中的建筑部件和材料的使用寿命的估计传送从内消旋或局部尺度数据到微尺度模拟当直接测量是不可能的（Westberg等，2000）。原则上，任何材料的性能是由其微环境和材料本身的微细结构内工作的代理的严重程度来确定。

面向不同方向的外墙可以表现出不同的性能，是遭受不同级别和持续时间降解剂的结果。表面材料性质例如颜色和质地均匀，对药剂的剂量有影响，特别是温度。表面温度可能对周围空气温度有影响，这决定了相对湿度。图4给出了在测试舱的SW和网元外墙与空气相比温度为选择的时间段测量的表面温度的日变化的示例。

面朝西南的试验板可以预料到达到较高的表面温度，相比于相反方向的试验板。在这些面板中，红色丙烯酸绘斥水浸渍的AAC（WR A-SW）具有最高表面温度，45.2°C，而在对东北立面同一面板的温度只有17.4℃。对于西南朝向的试验板6:00和13:00（即7小时），温度上升了34.3℃。这种极端的波动引起的拉伸应力，这可能导致裂纹。从这些裂缝过度进水局部增加的水分含量可能导致故障，如呈现给该材料的基板和解体的粘附损失。当温度降至低于零可能出现的饱和区域霜的问题。

多孔材料的抗冻性由该材料结霜时临界水含量确定的。RHgt;90％和零下气温建议作为其间的多孔矿物建材冻害可能出现的情况，并称为临界热条件（CHECK）多孔材料（1998）。在表2中，所选择的期限履行使用本地及微环境测量这个标准之内的天数，分别是在底线给出。

根据在上面的表中给出的结果，CHC为了测试舱的微环境天数的增加，特别是对于东北门面，相比之下，在局部范围采取SMHI测量计算的天数。其结果很可能是因天气和建筑本身的两种不同情况的一些其他时间段正好相反。事实上，避风条件下收集建筑物的数据，而局部范围的测量是在一个开放的无遮蔽的地方通常取。

还应当考虑到表面温度低于零摄氏度，而空气温度高于零摄氏度，这意味着如果材料的饱和程度高于临界水平将发生结霜。事实上，是该材料的湿度决定了它的霜结性能，而不是在空气中的相对湿度，这只是决定材料的水分含量的因素之一。该材料的水份特性极大地依赖于表面涂层和衬底，如吸水性和透湿性，除了微观气候的严重程度的性能和组织。这也可通过在下面的部分中，未处理AAC和粉刷过的AAC表现出不同的湿气行为作为不同的微观结构的结果，给定的实例中所示，给定它们经受相同气候的条件。

通过微环境测量后的性能评估

湿度是由多孔建筑材料制成的外墙的主要降解剂，从而AAC墙结构的湿度的量和持续时间被认为是长期性能评估最重要的两个特性。表面处理的表现通过在测试舱和实体模型试验进行的连续水分的测量来评估。两个电极之间的反转电阻的对数值的平均值已经给出，而且其正比于材料中的水分含量。由于测量的校准是一个漫长的过程，并且还

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