燒結(jié)保溫空心砌塊薄灰縫砌體性能試驗(yàn)研究

燒結(jié)保溫空心砌塊薄灰縫砌體性能試驗(yàn)研究

0燒結(jié)保溫空心斑塊薄灰縫砌體性能試驗(yàn)研究隨著全國(guó)范圍內(nèi)“不使用心漆磚”工作的發(fā)展，被廣泛禁止使用通粘土磚?；炷疗鰤K、砌塊、加熱混凝土砌塊、小型空心砌塊等新型墻體材料的產(chǎn)生。然而，這些墻體材料不符合現(xiàn)有的節(jié)能標(biāo)準(zhǔn)。在國(guó)家科技支撐計(jì)劃項(xiàng)目的支持下,“十一五”末期在我國(guó)新疆地區(qū)建成了國(guó)內(nèi)第一條年產(chǎn)3億塊(折合為標(biāo)準(zhǔn)磚)燒結(jié)保溫空心砌塊的生產(chǎn)線本文主要針對(duì)燒結(jié)保溫空心砌塊薄灰縫砌體的基本力學(xué)性能開(kāi)展試驗(yàn)研究,通過(guò)靜力試驗(yàn)分析燒結(jié)保溫空心砌塊薄灰縫砌體受壓、受剪的破壞過(guò)程和破壞特征,建立砌體抗壓強(qiáng)度和抗剪強(qiáng)度計(jì)算式,并對(duì)該砌體受壓變形性能進(jìn)行研究,為燒結(jié)保溫空心砌塊的推廣和應(yīng)用提供試驗(yàn)和理論依據(jù)。1試驗(yàn)總結(jié)1.1試驗(yàn)項(xiàng)目的設(shè)計(jì)和生產(chǎn)1.1.1試件施工及填充依據(jù)GB/T50129—2011《砌體基本力學(xué)性能試驗(yàn)方法標(biāo)準(zhǔn)》燒結(jié)保溫空心砌塊薄灰縫砌體受壓試驗(yàn)共設(shè)計(jì)兩組試件,其分組編號(hào)為KY1、KY2。每組6個(gè)試件,其編號(hào)分別為KY1-1~KY1-6和KY2-1~KY2-6。試件主要參數(shù)見(jiàn)表1。受壓試件采用分層流水作業(yè)法進(jìn)行砌筑,試件砌筑在帶吊鉤的80mm厚混凝土墊板上。根據(jù)專用砌筑砂漿的高黏結(jié)性,采用粘漿法進(jìn)行砌筑,豎縫不掛漿,利用砌塊的企口形式,采用互鎖頂緊法施工。考慮到21排孔砌塊表面平整度差,故采用雙面粘漿法砌筑,而29排孔砌塊采用單面粘漿法砌筑。在砌筑燒結(jié)保溫空心砌塊薄灰縫砌體試件過(guò)程中,砂漿的飽滿度符合標(biāo)準(zhǔn)1.1.2砌體受剪試件澆筑依據(jù)GB/T50129—2011燒結(jié)保溫空心砌塊薄灰縫砌體受剪試驗(yàn)共設(shè)計(jì)兩組試件,其分組編號(hào)為KJ1、KJ2。每組9個(gè)試件,其編號(hào)分別為KJ1-1~KJ1-9和KJ2-1~KJ2-9。試件主要參數(shù)見(jiàn)表2。燒結(jié)保溫空心砌塊薄灰縫砌體受剪試件砌筑方法與受壓試件相同。根據(jù)文獻(xiàn)[3]規(guī)定,對(duì)試件加載承壓面進(jìn)行處理,砌筑完成的砌體受剪試件待專用砌筑砂漿強(qiáng)度達(dá)到100%以后,將試件平放,對(duì)燒結(jié)保溫空心砌塊的兩端加載承壓面用1∶3水泥砂漿抹面,厚度約為10mm,并用水平尺檢查,使其兩端承壓面在同一水平面上;將受剪試件再養(yǎng)護(hù)3d后,當(dāng)前期處理的水泥砂漿抹面達(dá)到一定強(qiáng)度后,將其翻轉(zhuǎn)過(guò)來(lái),使砂漿面朝下,用1∶3水泥砂漿抹另一側(cè)的中部加載承壓面,厚度為10mm;最后用水平尺校準(zhǔn)3個(gè)受壓面,盡量使其互相平行。受剪試件制作完成后,在自然條件下養(yǎng)護(hù)28d進(jìn)行燒結(jié)保溫空心砌塊薄灰縫砌體抗剪強(qiáng)度試驗(yàn)。1.2材料性能試驗(yàn)1.2.1mm,企口面寬度試驗(yàn)所用燒結(jié)保溫空心砌塊構(gòu)造尺寸為l×b×h=365mm×248mm×249mm,企口面寬365mm。依據(jù)砌塊孔洞數(shù)量的不同分為29排孔和21排孔兩類砌塊,孔洞均為豎直方向貫通孔洞參照GB/T2542—2003《砌墻磚試驗(yàn)方法》1.2.2砌體灰縫和易性比專用砌筑砂漿是一種聚合物混合干粉,即干粉砂漿,其主要成分為水泥、化學(xué)添加劑。與一般砌筑砂漿相比,其和易性好、黏結(jié)強(qiáng)度高、導(dǎo)熱系數(shù)小,可提高砌體灰縫飽滿度,增強(qiáng)砌塊間黏結(jié)性能;且易滿足薄灰縫(1~2mm)的施工要求,減小由砌筑砂漿灰縫形成的結(jié)構(gòu)性熱橋損失,解決現(xiàn)有墻體厚灰縫、高熱橋問(wèn)題,從而改善砌體質(zhì)量。根據(jù)JGJ/T70—2009《建筑砂漿基本性能試驗(yàn)方法標(biāo)準(zhǔn)》1.3試驗(yàn)設(shè)施和測(cè)量方案的安裝1.3.1安裝荷載及加載制度試驗(yàn)在西安建筑科技大學(xué)結(jié)構(gòu)工程與抗震實(shí)驗(yàn)室YE-200A長(zhǎng)柱壓力試驗(yàn)機(jī)上進(jìn)行。該壓力機(jī)最大壓力2000kN,滿足燒結(jié)保溫空心砌塊砌體受壓試驗(yàn)的要求。試驗(yàn)前,首先沿試件寬度方向側(cè)面豎向中線安裝電測(cè)位移計(jì),豎向表座點(diǎn)的距離為500mm;其次沿試件寬度方向側(cè)面水平中線安裝電測(cè)位移計(jì),水平表座點(diǎn)的距離為260mm。加載裝置和測(cè)點(diǎn)布置如圖4所示。試件安裝就位后,首先對(duì)試件施加5%的預(yù)估破壞荷載,用以檢查儀表的靈敏性及安裝的牢固性。然后對(duì)試件施加5%~20%的預(yù)估破壞荷載,反復(fù)預(yù)壓3~5次,當(dāng)兩個(gè)寬度側(cè)面的軸向變形不超過(guò)10%的相對(duì)誤差時(shí),開(kāi)始正式加載。試驗(yàn)采用分級(jí)加載制度,每級(jí)荷載取預(yù)估破壞荷載的10%,且在1.0~1.5min內(nèi)均勻加完,保持恒載1~2min,同時(shí)記錄相應(yīng)的變形值,然后施加下一級(jí)荷載。當(dāng)壓力試驗(yàn)機(jī)指針明顯回彈時(shí),即宣告試件破壞,此時(shí)的荷載為試件的破壞荷載。在試件加載過(guò)程中,每一級(jí)荷載在規(guī)定時(shí)間內(nèi)應(yīng)均勻連續(xù)施加,并保持加載速率不變。1.3.2受剪試件的加固受剪試驗(yàn)與受壓試驗(yàn)在同一壓力試驗(yàn)機(jī)上進(jìn)行,試驗(yàn)加載示意圖如圖5所示。將受剪試件平放在壓力試驗(yàn)機(jī)承壓板上,調(diào)整試件位置使壓力試驗(yàn)機(jī)軸線與試件的中心線相重合,同時(shí)保證試件與試驗(yàn)機(jī)加壓板和承壓板緊密接觸,局部不密合時(shí)采取墊濕砂的方法保證接觸緊密。采用勻速連續(xù)加載對(duì)受剪試件施加荷載;加荷速度應(yīng)適中,保證試件在2~3min內(nèi)破壞,加載過(guò)程中保持加載速率不變。當(dāng)有一個(gè)受剪面被剪壞即認(rèn)為試件破壞,記錄試件的破壞荷載,觀察試件破壞特征。2試驗(yàn)結(jié)果及分析2.1試驗(yàn)現(xiàn)象2.1.1砌體抗壓強(qiáng)度與普通燒結(jié)黏土磚、混凝土小型空心砌塊砌體受壓試驗(yàn)相似對(duì)于29排孔燒結(jié)保溫空心砌塊薄灰縫砌體,主裂縫及破壞裂縫基本沿砌體寬面頂部第一皮砌塊豎縫形成上下通縫,如圖6a所示。由于豎縫沒(méi)有砂漿,砌體不連續(xù)性加大,從而使豎縫處應(yīng)力集中現(xiàn)象更為明顯。而在砌體企口面,破壞時(shí)裂縫很少,這是因?yàn)槠鰤K表面平整度高、灰縫薄,沿企口面方向砌塊內(nèi)部所受的應(yīng)力較小。對(duì)于21排孔燒結(jié)保溫空心砌塊薄灰縫砌體,主裂縫及破壞裂縫除沿砌體寬面豎縫位置形成上下通縫外,還在企口面中間部位形成上下貫通裂縫,如圖6b、6c所示。這是由于21排孔砌塊表面不平整,沿企口面方向砌塊受到了較大的彎折作用所致。燒結(jié)保溫空心砌塊薄灰縫砌體抗壓強(qiáng)度試驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)表5。由表5可以看到,對(duì)于29排孔和21排孔燒結(jié)保溫空心砌塊薄灰縫砌體,其開(kāi)裂荷載和破壞荷載比值的均值約0.5,與混凝土小型空心砌塊砌體接近。21排孔砌體較29排孔砌體抗壓強(qiáng)度變異系數(shù)大,原因是21排孔砌塊表面不平整,不同砌體試件內(nèi)部受到的應(yīng)力差異較大,說(shuō)明只有表面高平整度的砌塊才適用于薄灰縫砌體。2.1.2砌體強(qiáng)度試驗(yàn)試驗(yàn)加載初期,試件表面及灰縫處無(wú)明顯破損,直至試件達(dá)到破壞荷載時(shí),試件突然沿灰縫斷裂,表現(xiàn)出明顯的脆性破壞特征。無(wú)論是29排孔還是21排孔燒結(jié)保溫空心砌塊薄灰縫砌體受剪試件,大部分試件都發(fā)生單剪破壞。兩類受剪試件中各有1個(gè)試件發(fā)生雙剪破壞,原因是:1)受剪試件砌筑時(shí)不能保證2條灰縫砂漿飽和度完全相同;2)3個(gè)加載承壓面不能完全保證平行,加載時(shí)2條灰縫受力不同。試件的最終破壞形態(tài)如圖7和圖8所示。從試件破壞形態(tài)可以看出,灰縫中部分砂漿被剪壞,還有部分位置出現(xiàn)了砌塊表面隨砂漿一同剝離現(xiàn)象,如圖7d、8d中示意處。說(shuō)明專用砌筑砂漿具有高黏結(jié)力,但砌塊表面黏結(jié)強(qiáng)度不足,需在生產(chǎn)砌塊時(shí)改進(jìn)生產(chǎn)工藝,提高砌塊表面黏結(jié)強(qiáng)度。燒結(jié)保溫空心砌塊薄灰縫砌體的抗剪強(qiáng)度試驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)表6。由表6可以看到,雖然21排孔結(jié)保溫空心砌塊砌體受剪試件采用雙面粘漿法砌筑,而29排孔砌塊砌體采用單面粘漿法砌筑,但29排孔砌體抗剪強(qiáng)度與21排孔的相差并不大,且21排孔砌塊砌體抗剪強(qiáng)度變異系數(shù)要明顯高于29排孔的,原因是21排孔砌塊表面沒(méi)有進(jìn)行磨削處理,表面不平整,不同試件有效受剪面積差別較大,再次說(shuō)明只有表面高平整度的砌塊才可用于薄灰縫砌體中。2.2體育強(qiáng)度公式2.2.1砌體抗起重性能GB50003—2011《砌體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范》式中:f表7分別給出了燒結(jié)普通磚、多孔磚砌體和混凝土砌塊砌體按式(1)計(jì)算的抗壓強(qiáng)度平均值,表中,由表7可以看出,按砌體規(guī)范得到的計(jì)算值均高于試驗(yàn)結(jié)果,原因是燒結(jié)保溫空心砌塊孔洞率高,從而造成有效受壓面積相對(duì)較小,且孔壁較薄,抵抗砌體內(nèi)部應(yīng)力的能力較弱,所以試驗(yàn)結(jié)果較普通砌體偏小。對(duì)于燒結(jié)保溫空心砌塊薄灰縫砌體,考慮其孔洞率和混凝土小型空心砌塊相差不大,同時(shí)又為燒結(jié)類產(chǎn)品,根據(jù)本文的試驗(yàn)結(jié)果,建議取k式中:β為孔洞率影響系數(shù),β=0.45/ρ,ρ為燒結(jié)保溫空心砌塊孔洞率。由表7可以看到,式(2)計(jì)算值f2.2.2抗剪強(qiáng)度驗(yàn)算GB50003—2011《砌體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范》式中:k表8分別給出了燒結(jié)普通磚、多孔磚砌體和混凝土砌塊砌體按式(3)計(jì)算的平均抗剪強(qiáng)度值,其中,由表8可以看到,按砌體規(guī)范得到的計(jì)算值均高于試驗(yàn)結(jié)果,原因是燒結(jié)保溫空心砌塊孔洞率較普通磚或砌塊要高,從而造成有效受剪面積相對(duì)較小,同時(shí)該砌塊砌體采用的薄灰縫施工工藝,破壞面砂漿的銷鍵作用不明顯,故而試驗(yàn)結(jié)果較普通砌體偏小。根據(jù)試驗(yàn)結(jié)果,得到k由表8可以看到,式(4)計(jì)算值f2.3殼體的壓變形性能2.3.1砌體本構(gòu)關(guān)系根據(jù)試驗(yàn)數(shù)據(jù),分別給出了29排孔和21排孔燒結(jié)保溫空心砌塊薄灰縫砌體歸一化的應(yīng)力-應(yīng)變曲線,如圖9和圖10所示,其中σ根據(jù)文獻(xiàn)[11]提出的砌體本構(gòu)關(guān)系模型擬合燒結(jié)保溫空心砌塊薄灰縫砌體本構(gòu)關(guān)系,令:式中:σ為壓應(yīng)力;ε為壓應(yīng)變;ζ通過(guò)SPSS軟件根據(jù)試驗(yàn)數(shù)據(jù),29排孔砌體峰值壓應(yīng)變均值為9.28×10由圖9和圖10可以看到,式(6)、(7)和試驗(yàn)曲線吻合較好。因此,建議采用式(6)和(7)來(lái)作為燒結(jié)保溫空心砌塊薄灰縫砌體受壓應(yīng)力-應(yīng)變關(guān)系式。2.3.2砌體彈性模量的確定實(shí)測(cè)的燒結(jié)保溫空心砌塊薄灰縫砌體彈性模量和泊松比,見(jiàn)表9。燒結(jié)保溫空心砌塊薄灰縫砌體彈性模量和泊松比實(shí)測(cè)值均大于其它類砌體根據(jù)式(6)和式(7),取燒結(jié)保溫空心砌塊薄灰縫砌體壓應(yīng)力σ=0.43f因此,燒結(jié)保溫空心砌塊薄灰縫砌體彈性模量計(jì)算式可統(tǒng)一表示為:由表9可以看到,彈性模量計(jì)算值與實(shí)測(cè)值吻合較好,因此建議采用式(9)來(lái)計(jì)算燒結(jié)保溫空心砌塊薄灰縫砌體彈性模量。同時(shí),建議取燒結(jié)保溫空心砌塊薄灰縫砌體泊松比為0.3。3燒結(jié)保溫空心斑塊薄灰縫砌體抗壓強(qiáng)度1)通過(guò)燒結(jié)保溫空心砌塊薄灰縫砌體受壓性能試驗(yàn)發(fā)現(xiàn),受壓破壞過(guò)程分為3個(gè)受力階段:彈性受力階段、彈塑性受力階段及破壞階段;豎縫無(wú)砂漿,造成此處應(yīng)力集中現(xiàn)象明顯,受壓破壞時(shí)沿豎縫形成上下通縫;29排孔和21排孔兩類砌塊表面平整度的差異造成了砌體抗壓強(qiáng)度變異系數(shù)相差較大,說(shuō)明表面高平整度的砌塊更適用于薄灰縫砌體。2)通過(guò)燒結(jié)保溫空心砌塊薄灰縫砌體受剪性能試驗(yàn)發(fā)現(xiàn),29排孔和21排孔兩類砌體受剪破壞時(shí)均帶有明顯的脆性破壞特征,包括單剪破壞和雙剪破壞;受剪面銷鍵作用不明顯;砌塊表