粉煤灰加氣混凝土砌塊砌體性能試驗(yàn)研究

粉煤灰加氣混凝土砌塊砌體性能試驗(yàn)研究

1用砂漿制成的碳灰粉的體積強(qiáng)度測(cè)試1.1試驗(yàn)試件方程強(qiáng)度與砌塊中的格度有關(guān)。在含水率45%時(shí)進(jìn)行試驗(yàn),分別在兩個(gè)砌塊的上中下三個(gè)部位取試件,強(qiáng)度為4.2MPa~5.1MPa,平均fAcu,15=4.6MPa。進(jìn)行砌體試驗(yàn)時(shí),立方體的含水率為15%~31%,強(qiáng)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(qiáng)度試驗(yàn)試件兩組,每組6個(gè),第1組1.90MPa,第2組1.98MPa,平均f2=1.94MPa;砌體抗壓強(qiáng)度試驗(yàn)試件一組。試驗(yàn)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(jì)規(guī)范》中的混凝土砌塊砌體抗壓強(qiáng)度公式計(jì)算,得fm,c=1.82MPa。以試驗(yàn)值為準(zhǔn),fm,c/fm,t=1.82/1.83=0.99,計(jì)算值略小于試驗(yàn)值,可以接受。因此,可以用GB50003-2001《砌體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范》中的混凝土砌塊砌體抗壓強(qiáng)度公式來(lái)計(jì)算粉煤灰加氣混凝土砌塊砌體的抗壓強(qiáng)度。1.2抗剪強(qiáng)度計(jì)算公式砌體抗剪強(qiáng)度試驗(yàn)試件一組共6個(gè)。GB50003《砌體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范》中,燒結(jié)磚砌體抗剪強(qiáng)度的計(jì)算公式為:故可用此公式計(jì)算粉煤灰加氣混凝土砌塊砌體的抗剪強(qiáng)度。這說(shuō)明專用砌筑砂漿提高切向的粘結(jié)強(qiáng)度效果很好。1.3通縫彎曲強(qiáng)度砌體通縫彎曲抗拉強(qiáng)度試驗(yàn)試件1組共3個(gè)。GB50003-2001《砌體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范》中蒸壓粉煤灰磚砌體的通縫彎曲抗拉強(qiáng)度計(jì)算式為:故該公式可用來(lái)計(jì)算粉煤灰加氣混凝土砌塊砌體的通縫彎曲抗拉強(qiáng)度。這說(shuō)明專用砌筑砂漿有助于提高法向粘結(jié)強(qiáng)度。1.4空心砌體抗壓強(qiáng)度雖然試驗(yàn)中粉煤灰加氣混凝土砌塊和專用砌筑砂漿的強(qiáng)度較低,且試驗(yàn)數(shù)量較少,但試驗(yàn)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(qiáng)度可用GB50003-2001《砌體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范》中混凝土小型空心砌塊砌體的砌體抗壓強(qiáng)度計(jì)算公式計(jì)算。計(jì)算值/試驗(yàn)值=0.99<1.0。(2)粉煤灰加氣混凝土砌塊砌體的抗剪強(qiáng)度可用GB50003《砌體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范》中燒結(jié)磚砌體的砌體抗剪強(qiáng)度計(jì)算公式計(jì)算。計(jì)算值/試驗(yàn)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(qiáng)度可用GB50003《砌體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范》中蒸壓粉煤灰磚砌體的砌體通縫彎曲抗拉強(qiáng)度計(jì)算公式計(jì)算。計(jì)算值/試驗(yàn)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(duì)砌體的抗壓強(qiáng)度規(guī)定為:M2.5時(shí),fk=0.6fck;M5.0時(shí),fk=0.66fck。fck—加氣混凝土抗壓強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值。式中:0.88—考慮在構(gòu)件中強(qiáng)度與材料強(qiáng)度差別的折減系數(shù);1.10砌體抗壓強(qiáng)度f(wàn)Acu,15—出釜時(shí)立方體強(qiáng)度等級(jí)代表值(MPa);σf———強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)差。式中:δf為材料立方體抗壓強(qiáng)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(jì)規(guī)范》規(guī)定:式中:fm——砌體平均強(qiáng)度,即砌體強(qiáng)度試驗(yàn)平均值(MPa);δfm——砌體抗壓強(qiáng)度變異系數(shù),GB50003《砌體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)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(shuō)明,若用GB50003《砌體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范》中混凝土砌塊砌體抗壓強(qiáng)度的計(jì)算公式計(jì)算,則試驗(yàn)值符合計(jì)算值。fm=0.46f10.9(1+0.07f2),fm=1.82MPa,計(jì)算值/試驗(yàn)值=0.99≈1.0。如果將設(shè)計(jì)值進(jìn)行比較,按GB50003《砌體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范》相關(guān)方法得到的砌體抗壓強(qiáng)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(qiáng)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(huì)對(duì)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(yàn)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(qiáng)度設(shè)計(jì)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(qiáng)度計(jì)算值f見表1。以上數(shù)據(jù)是由M2.5時(shí),fk=0.6fck;M5時(shí),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(yàn)結(jié)果,GB50003《砌體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范》規(guī)定的混凝土砌塊砌體抗壓強(qiáng)度計(jì)算公式符合試驗(yàn)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(jì)算結(jié)果見表2。按GB50003《砌體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范》計(jì)算的砌體抗壓強(qiáng)度設(shè)計(jì)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(qiáng)度設(shè)計(jì)值的80%。2.2混凝土體通縫抗剪強(qiáng)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(qiáng)度(見表3),但沒有給出數(shù)據(jù)是如何得來(lái)的。本文用少量試驗(yàn)說(shuō)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(qiáng)度和燒結(jié)磚砌體的抗剪強(qiáng)度相當(dāng)。因此,可以采用公式調(diào)整為計(jì)算結(jié)果見表4。2.3混凝土砌體的通縫彎曲強(qiáng)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(qiáng)度設(shè)計(jì)值,只給出了加氣混凝土的抗拉強(qiáng)度值,見表5。GB50003《砌體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范》給出了蒸壓粉煤灰磚砌體的通縫彎曲抗拉強(qiáng)度平均值的計(jì)算公式為:本文的專用砌筑砂漿的試驗(yàn)值與計(jì)算值接近,若采用該公式來(lái)計(jì)算通縫彎曲抗拉強(qiáng)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(jì)算結(jié)果見表6。加氣混凝土砌塊砌體的通縫彎曲抗拉強(qiáng)度遠(yuǎn)低于加氣混凝土的抗拉強(qiáng)度?？梢?受彎時(shí)決不會(huì)在加氣混凝土砌塊中斷裂,試驗(yàn)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(wú)論承重或自承重,都需要進(jìn)行如下結(jié)構(gòu)驗(yàn)算:高厚比驗(yàn)算、受壓構(gòu)件驗(yàn)算、受彎構(gòu)件驗(yàn)算和受剪構(gòu)件驗(yàn)算。3.1裝復(fù)式墻高厚比驗(yàn)算JGJ/T17-2008《蒸壓加氣混凝土應(yīng)用技術(shù)規(guī)程》對(duì)加氣砌塊墻高厚比驗(yàn)算的規(guī)定與GB50003《砌體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)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(jì)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(yàn)證后,認(rèn)為是合理的,在按《建筑結(jié)構(gòu)可靠度設(shè)計(jì)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(shí),為了保持原有的合理的安全系數(shù),以及新舊規(guī)范的對(duì)接,對(duì)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(jì)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(jì)算其影響,而在GB50003《砌體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范》中,穩(wěn)定和偏心綜合反映為一個(gè)系數(shù),即高厚比和軸向力偏心距對(duì)受壓構(gòu)件承載力的影響系數(shù),兩者并無(wú)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(yàn)算。自承重墻按此驗(yàn)算可以確定其建造的高度,如果超出這個(gè)高度,則受壓承載力不足。故在每一個(gè)可建造高度處應(yīng)設(shè)置一個(gè)支承梁來(lái)承托墻。對(duì)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(jì)算出挑出最大距離為墻厚B的0.4倍,此時(shí)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(jì)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(yàn)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(yàn)算公式,但沒有抗震驗(yàn)算的計(jì)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(yàn),其中兩片素墻的抗震承載力計(jì)算值與試驗(yàn)值之比分別為0.75和0.81,計(jì)算值偏于安全。所用的計(jì)算方法實(shí)為GB50011-2010《建筑抗震設(shè)計(jì)規(guī)范》對(duì)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(jì)規(guī)范》驗(yàn)算。式中:ζN為砌體抗震抗剪強(qiáng)度的正應(yīng)力影響系數(shù),可按GB50011-2010《建筑抗震設(shè)計(jì)規(guī)范》普通砌體取值。3.4其他砌體受彎構(gòu)件設(shè)計(jì)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(yàn)算公式。GB50003-2001《砌體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范》給出了其他砌體受彎構(gòu)件承載力計(jì)算公式:可用該公式來(lái)驗(yàn)算風(fēng)荷載作用下的加氣砌塊墻受彎承載力,此時(shí),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(jì)算其彎矩。ft,m在這種情況下為通縫彎曲抗拉強(qiáng)度。3.5砌體平面受剪試驗(yàn)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(yàn)算,因此是在平面外的受剪驗(yàn)算。通常的砌體受剪試驗(yàn)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(qiáng)度通常不宜用來(lái)作為平面外受剪驗(yàn)算。本文進(jìn)行了砌體平面外受剪強(qiáng)度的試驗(yàn),但由于試件支承面和加荷面的面積較大,試驗(yàn)時(shí)很難做到使其相互平行和均勻受力,因此試驗(yàn)數(shù)據(jù)明顯偏小,不能采用?？紤]到兩個(gè)方向的砌體受剪,在砌塊和砌筑砂漿界面上受剪破壞的機(jī)理是相同的,因此仍然采用砌體平面內(nèi)抗剪強(qiáng)度來(lái)驗(yàn)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(yàn)算公式?？梢越栌肎B50003《砌體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范》對(duì)于其他類型砌體受彎構(gòu)件的受剪承載力驗(yàn)算公式:式中:b—截面寬(mm);fv—砌體通縫抗剪強(qiáng)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(jì)算加氣砌塊墻在風(fēng)荷載作用下的砌體強(qiáng)度。考慮為C類地面粗糙度類別。基本風(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(gè)高度,即30m、60m、90m取值;荷載分項(xiàng)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?yàn)樘畛鋲笃?留下了統(tǒng)長(zhǎng)的豎縫。豎縫中灰漿充填不易密實(shí),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(wú)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(duì)粉煤灰加氣混凝土砌塊填充外墻而言,兩個(gè)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(jì)規(guī)范》和GB50011-2010《建筑抗震設(shè)計(jì)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(duì)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(jì)計(jì)算時(shí)將其作為墻體側(cè)邊的鉸結(jié)支座,填充外墻兩個(gè)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(shí)的計(jì)算簡(jiǎn)圖為墻的底部固結(jié)、頂部絞結(jié),兩個(gè)側(cè)邊自由,彎距相對(duì)較大。做法二:在墻砌至頂部時(shí),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(shí)。這種做法的好處是:在出平面的水平力作用下,墻的計(jì)算簡(jiǎn)圖是上下兩端均為固結(jié),兩個(gè)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(qiáng),溫度變化和材料干縮引起的應(yīng)力較大,容易開裂。可以視情況而選定一種做法。計(jì)算按兩種計(jì)算簡(jiǎn)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(jì)算跨度3m。計(jì)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(diǎn)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(yàn)算是必要的,本文研究是對(duì)JGJT17-2008《蒸壓加氣混凝土應(yīng)用技術(shù)規(guī)程》的補(bǔ)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