混凝土復(fù)合保溫砌塊砌體力學(xué)性能試驗(yàn)研究

混凝土復(fù)合保溫砌塊砌體力學(xué)性能試驗(yàn)研究

中國建筑的外包溫體系主要包括外包溫體系、內(nèi)包水溫體系、夾心包層水溫體系和自建溫體系。大量的工程實(shí)踐表明,自保溫體系能滿足保溫材料與建筑同壽命的要求,且施工簡單,施工質(zhì)量容易保證。混凝土自保溫砌塊通常有三種形式:在骨料中復(fù)合輕質(zhì)骨料制成的自保溫砌塊、在孔洞中填插保溫材料制成的復(fù)合自保溫砌塊、以及在輕質(zhì)骨料+孔洞中填插保溫材料制成的復(fù)合自保溫砌塊。復(fù)合保溫砌塊砌體相對普通混凝土砌塊砌體,具有良好的保溫隔熱性能,最近發(fā)布的GB/T29060-2012《復(fù)合保溫磚和復(fù)合保溫砌塊》產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn),該標(biāo)準(zhǔn)覆蓋了“阻橋型”復(fù)合保溫砌塊,為進(jìn)一步提高復(fù)合保溫砌塊的保溫性能創(chuàng)造了條件[3、4]。本文所介紹的試驗(yàn)研究,系針對“阻橋型”混凝土復(fù)合保溫砌塊砌體的力學(xué)性能,并與普通混凝土砌塊砌體的力學(xué)性能進(jìn)行了對比分析,為推廣應(yīng)用復(fù)合保溫砌塊承重墻體房屋,提供設(shè)計參考依據(jù)。1試驗(yàn)材料和試驗(yàn)材料的生產(chǎn)1.1聚苯乙烯泡沫試驗(yàn)采用常德市廣益建材有限公司生產(chǎn)的“阻橋型”混凝土復(fù)合保溫砌塊,主砌塊規(guī)格尺寸為240mm×240mm×190mm,孔洞率為33.3%,單塊重16kg,主塊型如圖1所示。在砌塊孔洞中澆注聚苯乙烯泡沫,并且鋪漿面的聚苯乙烯泡沫高出砌塊本體表面5mm,以阻斷砌體中砂漿產(chǎn)生的“熱橋”,從而改善砌體的保溫性能。參照GB/T4111-1997《混凝土小型空心砌塊試驗(yàn)方法》,隨機(jī)抽取了5個砌塊進(jìn)行抗壓強(qiáng)度試驗(yàn),其實(shí)測抗壓強(qiáng)度平均值為6.44MPa。1.2抗壓強(qiáng)度試驗(yàn)試驗(yàn)采用的砌筑砂漿為水泥砂漿,砂漿設(shè)計強(qiáng)度等級分別為M5、M10,其配合比分別為(水泥:中砂)16.9和1:5.27(重量比)。參照J(rèn)GJ/T70-2009《建筑砂漿基本力學(xué)性能試驗(yàn)方法標(biāo)準(zhǔn)》,采用標(biāo)準(zhǔn)立方體抗壓強(qiáng)度試件進(jìn)行制作和養(yǎng)護(hù)。每種砂漿分別采用鋼底模和混凝土砌塊底模,每組砂漿試件3個,試驗(yàn)結(jié)果見表1。從表1可以看出,強(qiáng)度等級分別為M5和M10的砂漿,采用鋼底模的砂漿抗壓強(qiáng)度與采用砌塊底模的砂漿抗壓強(qiáng)度的比值平均分別為0.721和0.738。1.3試件的填充與填充按照GB/T50129-2011《砌體基本力學(xué)性能試驗(yàn)方法標(biāo)準(zhǔn)》,全部試件由同一名中等技術(shù)水平的瓦工砌筑;同一種砂漿的全部抗壓、抗剪和抗彎試件,則采用同一盤砂漿砌筑;試件砌筑完成后,在室內(nèi)自然環(huán)境中養(yǎng)護(hù)28d。砌筑質(zhì)量符合現(xiàn)行國家標(biāo)準(zhǔn)GB50203《砌體結(jié)構(gòu)工程施工質(zhì)量驗(yàn)收規(guī)范》的規(guī)定。2抗壓強(qiáng)度2.1結(jié)構(gòu)工程試驗(yàn)設(shè)備及加載方案按照GB/T50129-2011《砌體基本力學(xué)性能試驗(yàn)方法標(biāo)準(zhǔn)》,混凝土復(fù)合保溫砌塊砌體的軸心抗壓強(qiáng)度試件外形尺寸為370mm×240mm×1000mm(長×寬×高),如圖2。試件根據(jù)砂漿強(qiáng)度等級M5和M10,將試件分為KY-M5和KY-M10兩組,每組6個,一共12個試件。試驗(yàn)在長沙理工大學(xué)結(jié)構(gòu)工程試驗(yàn)中心進(jìn)行,采用幾何對中、分級施加荷載的方法。每級荷載為預(yù)估破壞荷載值的10%,并在1~2分鐘后施加下一級荷載,加載至預(yù)估破壞荷載值的80%后,按原定加載速度連續(xù)加載,直至試件破壞。試驗(yàn)過程中,觀察和捕捉第一條受力的發(fā)絲裂縫,并記錄初裂荷載值。2.2荷載的破壞破壞極限載荷試件受荷很小時,其應(yīng)力應(yīng)變曲線表現(xiàn)為彈性;當(dāng)荷載加到一定程度,首先在試件中部的砌塊內(nèi)出現(xiàn)豎向細(xì)小裂縫(初裂荷載與破壞荷載比值平均為0.879),裂縫沒有貫通;隨著荷載的增加,中部塊體的裂縫向上下延伸,逐漸形成多條上下貫通的若干砌塊的連續(xù)裂縫,最終荷載達(dá)到極限;此后,試件很快完全破壞。采用砌塊為底模的砂漿抗壓強(qiáng)度,按式(1)的砌體抗壓強(qiáng)度試驗(yàn)值與計算值之比值平均為1.105,變異系數(shù)為8.35%,混凝土復(fù)合保溫砌塊砌體的實(shí)測抗壓強(qiáng)度平均值高于規(guī)范計算值。3沿通縫固結(jié)的抗修剪強(qiáng)度3.1混凝土復(fù)合保溫斑塊砌體抗剪試件混凝土復(fù)合保溫砌塊的抗剪強(qiáng)度,主要取決于砌塊和砂漿間的切向和法向粘結(jié)力,和塊體強(qiáng)度的關(guān)系不大。砌塊與砂漿之間粘結(jié)力的大小,主要取決于砂漿的強(qiáng)度等級、砌筑時砌塊的含水量和水平灰縫的飽滿度。根據(jù)GB/T50129-2011《基本力學(xué)性能試驗(yàn)方法標(biāo)準(zhǔn)》的規(guī)定,混凝土復(fù)合保溫砌塊砌體抗剪試件尺寸為240mm×240mm×600mm(長×寬×高),采用圖3-a所示的雙剪試件。根據(jù)砂漿強(qiáng)度等級M5和M10,將試件分為KJ-M5和KJ-M10兩組,每組6個,一共12個試件。KJ-M5和KJ-M10兩組試驗(yàn)完成后,又補(bǔ)做了兩組試件KJ-M5a和KJ-M10a,試件采用三塊疊砌(如圖3-b),每組試件數(shù)量分別為6個和5個。試件砌筑砂漿抗壓強(qiáng)度分別為:3.19MPa和5.93MPa(砌塊底模);2.57MPa和4.86MPa(鋼底模)。當(dāng)混凝土復(fù)合保溫砌塊砌體抗剪試件的齡期達(dá)到28d后,將試件三個受力面先后采用1:3水泥砂漿找平,且垂直于水平灰縫,并用水平尺和直角尺檢查其平整度。試驗(yàn)裝置如圖4所示,加載方法按照《砌體基本力學(xué)性能試驗(yàn)方法標(biāo)準(zhǔn)》進(jìn)行試驗(yàn)。3.2砂漿粘結(jié)界面分析當(dāng)荷載加至極限荷載時,混凝土復(fù)合保溫砌塊砌體突然破壞,為無明顯征兆的脆性破壞。破壞面多數(shù)發(fā)生在塊體與砂漿的粘結(jié)界面,砌塊未見開裂(見圖5)。分析結(jié)果表明,全部23個試件的試驗(yàn)值與按式(2)計算值的比值平均為0.558;考慮到水泥砂漿對強(qiáng)度降低作用,這個比值為0.558÷0.8=0.70。混凝土復(fù)合保溫砌塊砌體抗剪強(qiáng)度的降低原因主要是由于孔洞填滿了泡沫,降低了水平灰縫砂漿的“銷栓”作用。4體彎曲性能4.1砌體破壞試件為了驗(yàn)證混凝土復(fù)合保溫砌塊砌體抗彎強(qiáng)度,采用M5砂漿,分別砌筑6個沿通縫(試件編號:TFKW1~TFKW6)和6個沿齒縫(試件編號:CFKW1~CFKW6)的砌體試件。沿通縫破壞有六組試件尺寸(長×寬×高)為760mm×490mm×240mm,沿齒縫破壞試件尺寸為990mm×390mm×240mm。試件加載方式分別如圖6(a)和圖6(b)所示。4.2荷載加到極限荷載試驗(yàn)現(xiàn)象表明,不論是沿通縫破壞試件還是沿齒縫破壞試件,荷載加到極限荷載時,試件突然破壞,呈脆性破壞。沿通縫破壞試件的破壞面發(fā)生在水平縫砂漿和砌塊的界面上,沿齒縫破壞試件的破壞呈階梯形,在水平灰縫和垂直灰縫中。4.3混凝土復(fù)合保溫填充砌體沿通縫截面彎曲強(qiáng)度試驗(yàn)與試驗(yàn)結(jié)果對比砌體彎曲抗拉強(qiáng)度試驗(yàn)結(jié)果見表4。在GB50003-2011《砌體結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范》中,混凝土小型空心砌塊彎曲抗拉強(qiáng)度平均值的計算經(jīng)驗(yàn)公式為:沿通縫截面破壞:沿通齒截面破壞:采用上述公式與試驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行對比,可知:混凝土復(fù)合保溫砌塊砌體沿通縫截面彎曲抗拉強(qiáng)度試驗(yàn)值,與計算值之比的平均值為0.87;若考慮到水泥砂漿強(qiáng)度的降低作用,這個比值為0.87÷0.8=1.087?；炷翉?fù)合保溫砌塊砌體沿齒縫截面彎曲抗拉強(qiáng)度試驗(yàn)值,與計算值之比的平均值為1.876,考慮到水泥砂漿的強(qiáng)度降低作用,這個比值為1.876÷0.8=2.345。5抗剪強(qiáng)度分析根據(jù)本次試驗(yàn)的結(jié)果,結(jié)合實(shí)際工程情況,提出如下結(jié)論與建議:(1)混凝土復(fù)合保溫砌塊砌體的抗壓強(qiáng)度,可參照GB50003混凝土小型空心砌塊砌體強(qiáng)度取值;(2)由于承載表面殘留泡沫以及孔洞的“銷栓”作用減少,混凝土復(fù)合保溫砌塊砌體抗剪強(qiáng)度降低,可參照GB50003混凝土小型空心砌塊砌體抗剪強(qiáng)度的0.7倍取值;(3)混凝土復(fù)合保溫砌塊沿通縫彎曲抗拉強(qiáng)度設(shè)計值和沿齒縫彎曲抗拉強(qiáng)度,可參照GB50003混凝土小型空心砌塊砌體強(qiáng)度取值。2.3抗壓強(qiáng)度的測定混凝土復(fù)合保溫砌塊砌體的軸心受壓強(qiáng)度試驗(yàn)結(jié)果見表2。從表2可以看出,隨著砂漿強(qiáng)度的增大,砌體的抗壓強(qiáng)度也增大。我國現(xiàn)行GB5