粉煤灰加氣混凝土砌塊砌體性能試驗研究

粉煤灰加氣混凝土砌塊砌體性能試驗研究

1用砂漿制成的碳灰粉的體積強度測試1.1試驗試件方程強度與砌塊中的格度有關(guān)。在含水率45%時進(jìn)行試驗,分別在兩個砌塊的上中下三個部位取試件,強度為4.2MPa~5.1MPa,平均fAcu,15=4.6MPa。進(jìn)行砌體試驗時,立方體的含水率為15%~31%,強度為3.7MPa~4.2MPa,平均f1=4.0MPa。由江蘇省建筑科學(xué)研究院有限公司結(jié)構(gòu)工程研究所研制的專用砌筑砂漿強度試驗試件兩組,每組6個,第1組1.90MPa,第2組1.98MPa,平均f2=1.94MPa;砌體抗壓強度試驗試件一組。試驗結(jié)果為:開裂應(yīng)力與破壞應(yīng)力之比(fm,t,c/fm,t)=0.57>0.43,即正常使用極限狀態(tài)下不裂。取f1=4MPa,f2=1.94MPa,按現(xiàn)行GB50003《砌體結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范》中的混凝土砌塊砌體抗壓強度公式計算,得fm,c=1.82MPa。以試驗值為準(zhǔn),fm,c/fm,t=1.82/1.83=0.99,計算值略小于試驗值,可以接受。因此,可以用GB50003-2001《砌體結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范》中的混凝土砌塊砌體抗壓強度公式來計算粉煤灰加氣混凝土砌塊砌體的抗壓強度。1.2抗剪強度計算公式砌體抗剪強度試驗試件一組共6個。GB50003《砌體結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范》中,燒結(jié)磚砌體抗剪強度的計算公式為:故可用此公式計算粉煤灰加氣混凝土砌塊砌體的抗剪強度。這說明專用砌筑砂漿提高切向的粘結(jié)強度效果很好。1.3通縫彎曲強度砌體通縫彎曲抗拉強度試驗試件1組共3個。GB50003-2001《砌體結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范》中蒸壓粉煤灰磚砌體的通縫彎曲抗拉強度計算式為:故該公式可用來計算粉煤灰加氣混凝土砌塊砌體的通縫彎曲抗拉強度。這說明專用砌筑砂漿有助于提高法向粘結(jié)強度。1.4空心砌體抗壓強度雖然試驗中粉煤灰加氣混凝土砌塊和專用砌筑砂漿的強度較低,且試驗數(shù)量較少,但試驗結(jié)果的規(guī)律性是顯著的,可供參考。(1)粉煤灰加氣混凝土砌塊砌體的抗壓強度可用GB50003-2001《砌體結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范》中混凝土小型空心砌塊砌體的砌體抗壓強度計算公式計算。計算值/試驗值=0.99<1.0。(2)粉煤灰加氣混凝土砌塊砌體的抗剪強度可用GB50003《砌體結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范》中燒結(jié)磚砌體的砌體抗剪強度計算公式計算。計算值/試驗值=0.97<1.0。(3)粉煤灰加氣混凝土砌塊砌體的通縫彎曲抗拉強度可用GB50003《砌體結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范》中蒸壓粉煤灰磚砌體的砌體通縫彎曲抗拉強度計算公式計算。計算值/試驗值=0.93<1.0。(4)JGJ/T17-2008《蒸壓加氣混凝土建筑應(yīng)用技術(shù)規(guī)程》對砌體的抗壓強度規(guī)定為:M2.5時,fk=0.6fck;M5.0時,fk=0.66fck。fck—加氣混凝土抗壓強度標(biāo)準(zhǔn)值。式中:0.88—考慮在構(gòu)件中強度與材料強度差別的折減系數(shù);1.10砌體抗壓強度fAcu,15—出釜時立方體強度等級代表值(MPa);σf———強度標(biāo)準(zhǔn)差。式中:δf為材料立方體抗壓強度變異系數(shù),δf=0.10~0.18。JGJ/T17-2008《蒸壓加氣混凝土建筑應(yīng)用技術(shù)規(guī)程》取δf=0.15。GB50003-2001《砌體結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范》規(guī)定:式中:fm——砌體平均強度,即砌體強度試驗平均值(MPa);δfm——砌體抗壓強度變異系數(shù),GB50003《砌體結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范》取δfm=0.17,則fk=1.32MPa,fk=0.40fck。這與JGJ/T17-2008《蒸壓加氣混凝土建筑應(yīng)用技術(shù)規(guī)程》給出的公式不符。前面已說明,若用GB50003《砌體結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范》中混凝土砌塊砌體抗壓強度的計算公式計算,則試驗值符合計算值。fm=0.46f10.9(1+0.07f2),fm=1.82MPa,計算值/試驗值=0.99≈1.0。如果將設(shè)計值進(jìn)行比較,按GB50003《砌體結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范》相關(guān)方法得到的砌體抗壓強度為按JGJ/T17-2008《蒸壓加氣混凝土建筑應(yīng)用技術(shù)規(guī)程》得到的砌體抗壓強度的0.8倍。(5)采用專用砌筑砂漿,不僅有利于操作性和功能性,也會對引起砌體性能,特別是受力性能的變化(提高或降低),值得注意。因此,專用砂漿砌筑的砌體力學(xué)性能應(yīng)做系統(tǒng)的試驗研究,不同專用砌筑砂漿的效果也不相同。2用砂漿制成的碳灰粉的體積強度設(shè)計2.1fck值變異系數(shù)根據(jù)JGJ/T17-2008《蒸壓加氣混凝土應(yīng)用技術(shù)規(guī)程》,砌體抗壓強度計算值f見表1。以上數(shù)據(jù)是由M2.5時,fk=0.6fck;M5時,fk=0.65fck,f=fk/rf=fk/1.6得出。fck=0.88×1.10fAcu,15-1.645σ,變異系數(shù)δf=σ/fAcu,15=0.15。根據(jù)專用砌筑砂漿試驗結(jié)果,GB50003《砌體結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范》規(guī)定的混凝土砌塊砌體抗壓強度計算公式符合試驗結(jié)果,fm=0.46f10.9(1+0.07f2),fk=fm(1-1.645δf),δf=0.17、f=fk/rf=fk/1.6?？紤]到加氣混凝土砌塊砌體的砌筑較困難,將δf提高為δf=0.19,計算結(jié)果見表2。按GB50003《砌體結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范》計算的砌體抗壓強度設(shè)計值約為JGJ/T17-2008《蒸壓加氣混凝土應(yīng)用技術(shù)規(guī)程》規(guī)定砌體抗壓強度設(shè)計值的80%。2.2混凝土體通縫抗剪強度JGJ/T17-2008《蒸壓加氣混凝土應(yīng)用技術(shù)規(guī)程》給出了加氣塊砌體通縫抗剪強度(見表3),但沒有給出數(shù)據(jù)是如何得來的。本文用少量試驗說明,采用專用砌筑砂漿后,粉煤灰加氣混凝土砌塊砌體的抗剪強度和燒結(jié)磚砌體的抗剪強度相當(dāng)。因此,可以采用公式調(diào)整為計算結(jié)果見表4。2.3混凝土砌體的通縫彎曲強度JGJ/T17-2008《蒸壓加氣混凝土應(yīng)用技術(shù)規(guī)程》沒有給出加氣塊砌體彎曲抗拉強度設(shè)計值,只給出了加氣混凝土的抗拉強度值,見表5。GB50003《砌體結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范》給出了蒸壓粉煤灰磚砌體的通縫彎曲抗拉強度平均值的計算公式為:本文的專用砌筑砂漿的試驗值與計算值接近,若采用該公式來計算通縫彎曲抗拉強度平均值,且ftm,k=ft,m(1-1.645δv),δv=0.20,考慮到加氣混凝土砌塊的操作性較差,故增加為:δv=0.20,ftm=ftm,k/rf=ftm,k/1.6。計算結(jié)果見表6。加氣混凝土砌塊砌體的通縫彎曲抗拉強度遠(yuǎn)低于加氣混凝土的抗拉強度?？梢?受彎時決不會在加氣混凝土砌塊中斷裂,試驗也表明均在灰縫處拉斷。3自承重墻自承重墻多層砌體房屋中的加氣混凝土砌塊外墻可能是承重墻,也可能是自承重墻。其他幾種結(jié)構(gòu)中的加氣砌塊墻均為自承重的填充墻,而粉煤灰加氣混凝土砌塊墻無論承重或自承重,都需要進(jìn)行如下結(jié)構(gòu)驗算:高厚比驗算、受壓構(gòu)件驗算、受彎構(gòu)件驗算和受剪構(gòu)件驗算。3.1裝復(fù)式墻高厚比驗算JGJ/T17-2008《蒸壓加氣混凝土應(yīng)用技術(shù)規(guī)程》對加氣砌塊墻高厚比驗算的規(guī)定與GB50003《砌體結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范》在參數(shù)的取值上有所不同,可用于承重墻,也可用于非承重墻。3.2調(diào)整系數(shù)及偏心影響系數(shù)JGJ/T17-2008《蒸壓加氣混凝土應(yīng)用技術(shù)規(guī)程》給出軸心或偏心受壓承載力計算公式為:式中:0.75為γra=1.33的倒數(shù)。JGJ/T17-1984《蒸壓加氣混凝土應(yīng)用技術(shù)規(guī)程》的安全系數(shù)經(jīng)多年使用驗證后,認(rèn)為是合理的,在按《建筑結(jié)構(gòu)可靠度設(shè)計統(tǒng)一規(guī)程》規(guī)定的統(tǒng)一結(jié)構(gòu)可靠度和表達(dá)式形式進(jìn)行修訂時,為了保持原有的合理的安全系數(shù),以及新舊規(guī)范的對接,對加氣混凝土構(gòu)件引入了調(diào)整系數(shù)γra=1.33。φ、α分別為受壓構(gòu)件的縱向彎曲系數(shù)和軸向力的偏心影響系數(shù)。和GB50003《砌體結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范》中其他砌體受壓構(gòu)件不同,φ和α是分列的,分別計算其影響,而在GB50003《砌體結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范》中,穩(wěn)定和偏心綜合反映為一個系數(shù),即高厚比和軸向力偏心距對受壓構(gòu)件承載力的影響系數(shù),兩者并無本質(zhì)不同。多層砌體房屋中的承重墻當(dāng)然需要進(jìn)行軸心或偏心受壓構(gòu)件承載力的驗算。自承重墻按此驗算可以確定其建造的高度,如果超出這個高度,則受壓承載力不足。故在每一個可建造高度處應(yīng)設(shè)置一個支承梁來承托墻。對于自承重墻也有偏心受壓的問題,這是由于填充墻墻面要與熱橋處墻面齊平,填充墻墻面突出混凝土構(gòu)件側(cè)面若干距離,使填充墻在自重作用下偏心受壓。填充墻挑出的距離就是熱橋處隔熱保溫材料層的厚度。根據(jù)需要,可以允許熱橋處有較厚的隔熱保溫層。那么一定寬度的填充墻的挑出距離多少為宜呢?如以能否傾覆為根據(jù),傾覆的安全系數(shù)設(shè)為2.0,可計算出挑出最大距離為墻厚B的0.4倍,此時偏心距為0.2B,小于最大偏心距限值0.25B。3.3砌體結(jié)構(gòu)的設(shè)計多層砌體房屋中加氣砌塊外墻需要進(jìn)行抗震受剪承載力驗算。JGJ/T17-2008《蒸壓加氣混凝土應(yīng)用技術(shù)規(guī)程》給出了加氣砌塊墻的受剪承載力驗算公式,但沒有抗震驗算的計算式。由高連玉、趙成文等撰寫的《〈蒸壓加氣混凝土砌塊砌體結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程〉編制背景》一文,提供了加氣混凝土承重墻抗震承載力的試驗,其中兩片素墻的抗震承載力計算值與試驗值之比分別為0.75和0.81,計算值偏于安全。所用的計算方法實為GB50011-2010《建筑抗震設(shè)計規(guī)范》對砌體結(jié)構(gòu)規(guī)定的方法。因此,本文建議加氣塊墻的抗震受剪承載力可按GB50011-2010《建筑抗震設(shè)計規(guī)范》驗算。式中:ζN為砌體抗震抗剪強度的正應(yīng)力影響系數(shù),可按GB50011-2010《建筑抗震設(shè)計規(guī)范》普通砌體取值。3.4其他砌體受彎構(gòu)件設(shè)計JGJ/T17-2008《蒸壓加氣混凝土應(yīng)用技術(shù)規(guī)程》沒有給出受彎承載力驗算公式。GB50003-2001《砌體結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范》給出了其他砌體受彎構(gòu)件承載力計算公式:可用該公式來驗算風(fēng)荷載作用下的加氣砌塊墻受彎承載力,此時,式中M為外墻上風(fēng)荷載引起的彎矩。根據(jù)墻頂與上部混凝土梁連接的兩種做法,墻的頂部可以是鉸接或固結(jié),墻的底部為固結(jié)。因此外墻在風(fēng)荷載作用下,為兩端固結(jié)梁或一端固結(jié)、一端鉸結(jié)的梁,以此計算其彎矩。ft,m在這種情況下為通縫彎曲抗拉強度。3.5砌體平面受剪試驗本文討論的是加氣砌塊外墻在風(fēng)荷載作用下的受剪承載力驗算,因此是在平面外的受剪驗算。通常的砌體受剪試驗都是模擬在砌體墻平面內(nèi)的受剪作用,由此得到的砌體抗剪強度通常不宜用來作為平面外受剪驗算。本文進(jìn)行了砌體平面外受剪強度的試驗,但由于試件支承面和加荷面的面積較大,試驗時很難做到使其相互平行和均勻受力,因此試驗數(shù)據(jù)明顯偏小,不能采用?？紤]到兩個方向的砌體受剪,在砌塊和砌筑砂漿界面上受剪破壞的機理是相同的,因此仍然采用砌體平面內(nèi)抗剪強度來驗算砌體平面外的抗剪承載力。JGJ/T17-2008《蒸壓加氣混凝土應(yīng)用技術(shù)規(guī)程》沒有給出受彎構(gòu)件的受剪承載力驗算公式?？梢越栌肎B50003《砌體結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范》對于其他類型砌體受彎構(gòu)件的受剪承載力驗算公式:式中:b—截面寬(mm);fv—砌體通縫抗剪強度(MPa)。4填充外墻拉結(jié)筋以南京地區(qū)的框架結(jié)構(gòu)和抗震墻結(jié)構(gòu)房屋的填充墻為例,計算加氣砌塊墻在風(fēng)荷載作用下的砌體強度?？紤]為C類地面粗糙度類別?；撅L(fēng)壓W0取0.40kN/m2;風(fēng)荷載體型系數(shù)MS取局部風(fēng)壓體型系數(shù),1.0;風(fēng)壓高度變化系數(shù)Mz和陳風(fēng)系數(shù)βgz按三個高度,即30m、60m、90m取值;荷載分項系數(shù)取1.4。加氣塊外墻的側(cè)邊與混凝土柱或混凝土墻相接。因為填充墻后砌,留下了統(tǒng)長的豎縫。豎縫中灰漿充填不易密實,因此很易在此縫處開裂。采取構(gòu)造措施后可以使裂縫寬度減小,但無法阻止裂縫的產(chǎn)生。因此此縫不必砌筑,留縫嵌上填充材料和做好表面防水即可。對粉煤灰加氣混凝土砌塊填充外墻而言,兩個側(cè)邊是自由邊。在加氣塊墻的水平灰縫中將按照GB50003《砌體結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范》和GB50011-2010《建筑抗震設(shè)計規(guī)范》的要求,留置規(guī)定的拉結(jié)筋,由于此筋在混凝土構(gòu)件上的留置位置很難對準(zhǔn)灰縫位置,且鋼筋在灰縫中的錨固不是很可靠,填充外墻的拉結(jié)筋只能作為防止墻體倒塌的構(gòu)造措施,不能在設(shè)計計算時將其作為墻體側(cè)邊的鉸結(jié)支座,填充外墻兩個側(cè)邊仍然可視為自由邊。加氣塊外墻的頂部可以考慮兩種做法,做法一:先在梁底以膨脹螺栓將阻止墻體出平面?zhèn)认蛭灰频蔫F件固定,再將墻砌至梁底2mm~3mm處,縫內(nèi)不灌漿。這種做法的好處是:在收縮和溫度變化的作用下,產(chǎn)生的應(yīng)力較小,避免開裂;在出平面的水平力作用下(如風(fēng)力),則由鐵件提供水平反力,這時的計算簡圖為墻的底部固結(jié)、頂部絞結(jié),兩個側(cè)邊自由,彎距相對較大。做法二:在墻砌至頂部時,留30mm~50mm空隙,待墻體下沉變形穩(wěn)定后,用干硬性混凝土捻入墻頂空隙,使混凝土嵌實。這種做法的好處是:在出平面的水平力作用下,墻的計算簡圖是上下兩端均為固結(jié),兩個側(cè)邊為自由,墻的彎矩較小,容易滿足承載力要求。但由于頂部也是固結(jié),約束較強,溫度變化和材料干縮引起的應(yīng)力較大,容易開裂?？梢砸暻闆r而選定一種做法。計算按兩種計算簡圖進(jìn)行:側(cè)邊自由,墻頂和墻底都是固結(jié);側(cè)邊自由,墻頂鉸結(jié),墻底固結(jié)。計算跨度3m。計算結(jié)果見表7、表8。根據(jù)試算結(jié)果可以得出如下幾點結(jié)論:(1)風(fēng)荷載作用下粉煤灰加氣混凝土砌塊墻出平面的彎曲和受剪承載力驗算是必要的,本文研究是對JGJT17-2008《蒸壓加氣混凝土應(yīng)用技術(shù)規(guī)程》的補充。(2)從承受風(fēng)荷載有利角度出發(fā),不宜采用墻頂鉸支,墻底