承重節(jié)能復(fù)合混凝土砌塊砌體力學(xué)性能的研究

　　前言

　　本文所述承重節(jié)能復(fù)合混凝土砌塊具有以下主要特性：(1)砌塊內(nèi)鑲嵌聚苯乙烯板，具有優(yōu)良的保溫、隔熱、隔聲性能，該砌塊墻體能達(dá)到節(jié)能50％效果，符合建筑節(jié)能要求；(2)保溫側(cè)聚苯板利用燕尾槽將保溫材料與混凝土保護(hù)層鑲嵌，增強(qiáng)了2種變形和質(zhì)地很大不同材料的相互連接，確保保溫層及混凝土保護(hù)層在受力中不脫落；(3)承重側(cè)的空心率達(dá)47％，從而達(dá)到減輕結(jié)構(gòu)自重的目的。該砌塊既有混凝土小型空心砌塊施工方便、易于配筋、強(qiáng)度高、質(zhì)輕等優(yōu)點(diǎn)，又能使建筑達(dá)到良好的節(jié)能、隔聲效果，是一種集節(jié)能、隔熱、隔聲性能于一體的節(jié)能型復(fù)合混凝土砌塊。

　　為加快承重節(jié)能復(fù)合砌塊的推廣應(yīng)用，為設(shè)計(jì)、施工提供相應(yīng)的技術(shù)依據(jù)，有必要對(duì)承重節(jié)能復(fù)合砌塊砌體的力學(xué)性能進(jìn)行全面、系統(tǒng)的試驗(yàn)研究。本文根據(jù)GBJ 129—90《砌體基本力學(xué)性能試驗(yàn)方法》、GB／T4111—1997《混凝土小型空心砌塊試驗(yàn)方法》的規(guī)定，對(duì)承重節(jié)能復(fù)合混凝土砌塊砌體進(jìn)行了抗壓、抗剪以及彈模等試驗(yàn)，為該種砌塊在節(jié)能建筑新型墻體材料中的推廣使用提供基礎(chǔ)。

　　1   試驗(yàn)概況

　　1.1   砌塊尺寸與試件

　　試驗(yàn)用砌塊采用南京瑪莎新型建材有限公司砌塊廠引進(jìn)德國(guó)生產(chǎn)線設(shè)備生產(chǎn)的承重節(jié)能復(fù)合砌塊。砌塊的結(jié)構(gòu)構(gòu)成：(1)承重側(cè)：長(zhǎng)×寬×厚為190mm×190mm×190mm的混凝土空心砌塊；(2)保溫隔熱側(cè)為25mm+15 mm厚的聚苯乙烯板；(3)聚苯板外為與承重側(cè)材質(zhì)相同的混凝土保護(hù)層，厚度25mm。

　　1.1.1  受壓試件

　　受壓試驗(yàn)包括軸壓和偏壓，分3批進(jìn)行，第1批試件編號(hào)為Wa-1、Wa-2和Wb-1；第2批試件編號(hào)為Wa-3、Wa-4、Wb-2；第3批試件編號(hào)為Wc-1、Wc-2、Wc-3，Wd-1、Wd-2、Wd-3，We-1、We-2、We-3。試件尺寸等詳細(xì)情況如表1所示。其中試件Wa-2、Wa-4墻體中設(shè)置有拉結(jié)鋼筋，Wa、Wb墻體設(shè)置有圈梁；Wa試件高厚比為7.4，Wb試件高厚比為3.7，Wc、Wd、We試件高厚比為2.2，所有試件均采用M7.5砂漿制作。

　　1.1.2受剪試件

　　實(shí)際工程中豎向灰縫的砂漿很難飽滿，且由于砂漿硬化時(shí)收縮會(huì)大大削弱甚至完全破壞豎向灰縫和塊體的粘結(jié)問(wèn)。本抗剪試驗(yàn)不考慮豎向灰縫的粘結(jié)強(qiáng)度，只對(duì)砌體沿通縫截面的抗剪強(qiáng)度進(jìn)行試驗(yàn)研究。試驗(yàn)試件分別采用M5、M7.5、M10 三種強(qiáng)度的砂漿砌筑，灰縫厚度控制在8~10 mm。試件砌筑完畢后，立即在試件頂部平壓一皮砌塊，平壓時(shí)間不少于14 d。試件在室內(nèi)自然條件下養(yǎng)護(hù)28 d后進(jìn)行試驗(yàn)?？辜魳?biāo)準(zhǔn)試件制作方法參照GBJ 129—90的規(guī)定進(jìn)行。

　　1.1.3  彈性模量及泊松比

　　彈性模量和泊松比試件采用不同強(qiáng)度的砂漿砌筑，其高×寬×厚為590 mm×390 mm×270 mm。試件砌筑于有吊鉤的剛性墊板上，上下表面用1：3水泥砂漿找平，砂漿厚度為10mm，并采用水平尺檢查其平整度。在配置不同強(qiáng)度的同時(shí)，各預(yù)留一組砂漿試塊進(jìn)行同條件養(yǎng)護(hù)，達(dá)到28 d時(shí)，與墻片一起試壓。

　　1.2   試驗(yàn)方法

　　1.2.1  軸心和偏心受壓

　　受壓試驗(yàn)通過(guò)液壓加載系統(tǒng)來(lái)施加豎向荷載，加載制度按GBJ129—90有關(guān)規(guī)定進(jìn)行。試件不考慮保護(hù)層和聚苯層對(duì)承載力的貢獻(xiàn)，即主塊的中心即為砌體截面的中心。加載制度采用2階段分級(jí)加載，初期階段：每級(jí)荷載約65 kN，到達(dá)392 kN時(shí)，轉(zhuǎn)為每級(jí)荷載約35 kN，直至破壞；每級(jí)荷載持續(xù)3min。砌體變形由位移傳感器測(cè)量，數(shù)據(jù)由DH3818采集儀采集。

　　1.2.2   通縫受剪

　　抗剪試驗(yàn)裝置由3個(gè)標(biāo)定好的同步千斤頂串聯(lián)組成，試驗(yàn)時(shí)砌塊承壓處墊20 mm厚鋼板，鋼板尺寸和砌塊的端面尺寸相同。砌塊下面加滾軸，以減少摩擦力對(duì)試驗(yàn)的影響。為避免沖擊，加載采用勻速連續(xù)加荷，時(shí)間控制在1~8min。

　　1.2.3  彈性模量及泊松比

　　采用型號(hào)為YES-200的壓力試驗(yàn)機(jī)進(jìn)行砌體標(biāo)準(zhǔn)試件抗壓試驗(yàn)。當(dāng)試件出現(xiàn)明顯的破壞裂縫，抗壓實(shí)驗(yàn)機(jī)的指針出現(xiàn)明顯的回落時(shí)，認(rèn)為試件已破壞，記錄試件破壞的形態(tài)和最大荷載值。在試件的承重層和保護(hù)層的橫向中部與縱向中部分別設(shè)置位移計(jì)，測(cè)量墻片在豎向荷載作用下的水平和豎向變形。

　　2  試驗(yàn)結(jié)果與分析

　　2．1軸心及偏心受壓試驗(yàn)

　　承重節(jié)能復(fù)合混凝土空心砌塊砌體受力過(guò)程與一般混凝土空心砌塊砌體相類(lèi)似，經(jīng)歷彈性、開(kāi)裂以及破壞3個(gè)階段。第l批裂縫起始于承重層邊角砂漿薄弱處，初期裂縫較穩(wěn)定。

　　隨著荷載增加，裂縫不斷發(fā)展，并沿豎向貫通砌塊，即使不增加荷載，裂縫仍繼續(xù)發(fā)展，形成非穩(wěn)定裂縫。隨著加載接近極限荷載，非穩(wěn)定裂縫很快加長(zhǎng)、加寬，直至砌體被壓碎或被分割成小柱，喪失穩(wěn)定而破壞。偏心受壓的第1條裂縫出現(xiàn)在承重層的邊角砂漿處，且隨荷載增加，保護(hù)層裂縫開(kāi)展非常迅速。墻體破壞時(shí)，基本上部伴隨著保護(hù)層嚴(yán)重鼓凸，試件有劈裂破壞或部分砌塊壓碎情況。受壓墻體的破壞為脆性破壞形態(tài)。

　　當(dāng)荷載較小時(shí)，墻體的保護(hù)層壓應(yīng)變小于承重層壓應(yīng)變；當(dāng)荷載超過(guò)開(kāi)裂荷載，保護(hù)層變形急劇增加，很快超過(guò)承重層變形并出現(xiàn)嚴(yán)重鼓凸現(xiàn)象。相同荷載下偏壓試件的側(cè)向變形比軸壓試件的側(cè)向變形大很多。接近破壞荷載時(shí)，偏壓試件保護(hù)層側(cè)向變形突然增大，遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò)軸心受壓試件。

　　試驗(yàn)結(jié)果還表明，受力過(guò)程中混凝土保護(hù)層協(xié)同參與了受力。

　　有聚苯層和保護(hù)層的復(fù)合砌塊的破壞荷載比無(wú)聚苯層和保護(hù)層的混凝土砌塊的破壞荷載增加約29％，可見(jiàn)，聚苯層和保護(hù)層在一定程度上間接參與了砌塊的抗壓，使復(fù)合混凝土砌塊的受壓承載力得以提高。

　　2.2  通縫抗剪試驗(yàn)

　　當(dāng)加荷至受剪承載力極限時(shí)，沿一個(gè)受剪面發(fā)生突然破壞，且大多為試件上層的通縫剪壞。破壞主要發(fā)生在砂漿層與塊體的粘結(jié)面，破壞面平整。試驗(yàn)結(jié)果表明承重節(jié)能復(fù)合砌塊強(qiáng)度對(duì)砌體沿水平灰縫截面抗剪強(qiáng)度的影響不明顯。提高砂漿強(qiáng)度將增大砌體抗剪強(qiáng)度，結(jié)果見(jiàn)表4。這是由于砂漿強(qiáng)度越高，水平灰縫粘結(jié)越牢，砌體的整體性越好，水平力作用下裂縫粗糙度減弱越慢，使裂縫截面摩擦力提高。

　　整體390 mm×(190+25)mm參加抗剪，工作面面積要比390mm×190mm大，后者抗剪強(qiáng)度f(wàn) t  v,mb則比前者f t  v,ma增加約10％，可見(jiàn)剪切面積也影響砌體抗剪強(qiáng)度。建議復(fù)合混凝土小型空心砌塊的抗剪強(qiáng)度，可按現(xiàn)行規(guī)范公式計(jì)算，其中砌塊受剪面積可偏安全，取390 mm×(190+25)mm。

　　2.3  彈性模量及泊松比

　　試驗(yàn)所得砌體的彈性模量與泊松比見(jiàn)表5，彈性模量比按規(guī)范計(jì)算值大?？梢?jiàn)承重節(jié)能復(fù)合混凝土空心砌塊采用規(guī)范計(jì)算其彈性模量可行。

　　按規(guī)范計(jì)算，當(dāng)σ=0.4 fm時(shí)，砌體結(jié)構(gòu)的泊松比為0.15，而通過(guò)試驗(yàn)所得到的該復(fù)合砌塊砌體試件Wc1、Wc2、Wc3、Wc4的泊松比平均值分別為0.19、0.22、0.19、0.21，均比實(shí)心砌體結(jié)構(gòu)的泊松比要大，其原因可能是在砌筑該復(fù)合砌體時(shí)，豎向灰縫填灰不密實(shí)，這也與試驗(yàn)時(shí)的第1條裂縫出現(xiàn)在豎向灰縫處是吻合的。

　　3結(jié)論

　　(1)承重節(jié)能復(fù)合混凝土空心砌塊砌體受力過(guò)程類(lèi)似一般混凝土空心砌塊砌體，第1批裂縫起始于承重層薄弱處，隨著荷載增加，裂縫由穩(wěn)定發(fā)展到不穩(wěn)定，沿豎向貫通砌塊，直至砌體被壓碎或被分割成小柱從而喪失穩(wěn)定而破壞。偏壓試件破壞時(shí)，保護(hù)層側(cè)向變形較大，超過(guò)軸壓試件，且保護(hù)層嚴(yán)重鼓凸。聚苯層和保護(hù)層間接參與砌體的抗壓，使受壓承載力提高。

　?、瞥兄毓?jié)能復(fù)合混凝土空心砌塊砌體達(dá)受剪承載力極限時(shí)，受剪面發(fā)生突然破壞，且為試件上層的通縫剪壞。砌塊強(qiáng)度對(duì)砌體通縫抗剪強(qiáng)度影響不明顯，而提高砂漿強(qiáng)度將增大砌體抗剪強(qiáng)度。建議復(fù)合混凝土空心砌塊砌體的抗剪強(qiáng)度按現(xiàn)行規(guī)范公式計(jì)算，抗剪面積可偏安全取390 mm×(190+25)mm。

　?、浅兄毓?jié)能復(fù)合混凝土空心砌塊砌體試驗(yàn)所得砌體的彈性模量與泊松比，比按規(guī)范計(jì)算值大。因此，承重節(jié)能復(fù)合混凝土空心砌塊可采用規(guī)范公式計(jì)算彈性模量，并注意復(fù)合砌體的橫向應(yīng)變與縱向應(yīng)變比值大于一般混凝土空心砌塊砌體。