新型利廢自保溫混凝土空心砌塊砌體抗剪性能試驗(yàn)研究

鮑方偉，孫偉民，郭樟根

（南京工業(yè)大學(xué)土木工程學(xué)院，江蘇 南京 210009）

0 前 言

砌體結(jié)構(gòu)在我國廣大城鎮(zhèn)及農(nóng)村地區(qū)被廣泛應(yīng)用，砌體抗剪性能作為砌體結(jié)構(gòu)的基本性能指標(biāo)具有重大研究意義，對于抗震設(shè)防地區(qū)的砌體結(jié)構(gòu)而言，砌體抗剪性能更是衡量結(jié)構(gòu)抗震性能的基本指標(biāo)。作為尚處于開發(fā)階段的節(jié)能墻材——自保溫混凝土砌塊，目前國內(nèi)對其抗剪性能研究還較少。本試驗(yàn)研究的自保溫混凝土砌塊具有熱工性能良好、抗壓強(qiáng)度滿足使用要求、質(zhì)輕、節(jié)能、利廢、生產(chǎn)價(jià)格低廉、施工方便等一系列優(yōu)點(diǎn)，而且大規(guī)模生產(chǎn)自保溫混凝土砌塊是解決廢棄巖棉再次利用的關(guān)鍵[1]。

1 試驗(yàn)概況

1.1 自保溫混凝土砌塊

本試驗(yàn)所用的自保溫混凝土砌塊是由南京瑪莎新型建筑材料有限責(zé)任公司制作，采用南京工業(yè)大學(xué)王劍關(guān)于自保溫混凝土研究的相關(guān)理論和配合比進(jìn)行指導(dǎo)生產(chǎn)，結(jié)合實(shí)際情況進(jìn)行了細(xì)微調(diào)整[2]，混凝土中摻加了珍珠巖及廢棄的巖棉。本文配制的自保溫混凝土預(yù)期強(qiáng)度等級為C15，生產(chǎn)的自保溫混凝土砌塊預(yù)期強(qiáng)度等級為MU7.5。

試驗(yàn)所用混凝土砌塊實(shí)際達(dá)到的強(qiáng)度為7.2 MPa，略低于預(yù)期強(qiáng)度。砌塊尺寸為190mm×190mm×390mm，如圖1所示。

圖1 自保溫混凝土砌塊

圖2 加載裝置

圖3 抗剪試驗(yàn)破壞形態(tài)

砂漿試塊抗壓強(qiáng)度試驗(yàn)結(jié)果 表1

自保溫空心砌塊墻體傳熱系數(shù)為K=0.95 W/(m2K)傳熱系數(shù)均小于《夏熱冬冷地區(qū)居住建筑節(jié)能設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)》[3]（JGJ134-2010）規(guī)定的限值1.5 W/(m2K)，達(dá)到50%建筑節(jié)能要求。

1.2 試件制作

根據(jù)《砌體基本力學(xué)性能試驗(yàn)方法標(biāo)準(zhǔn)》（GB/T50129-2011）[4]相關(guān)規(guī)定制作自保溫混凝土砌塊砌體沿通縫截面抗剪試件，分別編號為A、B、C，每種砂漿各做6個(gè)試件，共18個(gè)試件，A、B、C三組試件砂漿實(shí)測值見表1。自保溫混凝土砌塊實(shí)測抗壓強(qiáng)度平均值為7.2MPa。

抗剪強(qiáng)度對比 表2

k5計(jì)算值與規(guī)范值得比較 表3

試件抗剪試驗(yàn)結(jié)果 表4

1.3 試驗(yàn)方法

試驗(yàn)壓力機(jī)采用勻速連續(xù)加載方式，應(yīng)避免沖擊。加載速度宜按試件在1min～3min內(nèi)破壞進(jìn)行控制，當(dāng)抗剪試件的兩個(gè)受剪面中有一個(gè)被剪壞即可認(rèn)為試件破壞[5]，試驗(yàn)過程中記錄試件破壞形態(tài)和破壞荷載值。加載裝置如圖2所示。

2 試驗(yàn)結(jié)果及分析

2.1 試驗(yàn)現(xiàn)象

試驗(yàn)中，自保溫混凝土砌塊砌體抗剪試件從開始加載到完全破壞過程中無裂縫出現(xiàn)，當(dāng)荷載加至破壞荷載時(shí)，受剪面砂漿與砌塊粘結(jié)面突然發(fā)生剪切破壞，是無明顯征兆的脆性破壞，試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)抗剪破壞面砌塊表面較為完整，自保溫混凝土砌塊沒有發(fā)生破壞。自保溫混凝土砌塊砌體通縫截面抗剪的破壞形態(tài)可分為單剪破壞和雙剪破壞兩種[6]，本次試驗(yàn)共制作18個(gè)抗剪試件，試驗(yàn)中有3個(gè)抗剪試件發(fā)生雙剪破壞。自保溫混凝土砌塊砌體抗剪試件破壞形態(tài)和破壞細(xì)節(jié)如圖3所示。

2.2 試驗(yàn)結(jié)果分析

自保溫混凝土砌塊砌體沿通縫截面抗剪試件是參照《砌體基本力學(xué)性能試驗(yàn)方法標(biāo)準(zhǔn)》(GB/T50129-2011)中砌體沿通縫截面抗剪試件進(jìn)行設(shè)計(jì)的，故自保溫混凝土砌塊砌體沿通縫截面的抗剪強(qiáng)度可按《砌體基本力學(xué)性能試驗(yàn)方法標(biāo)準(zhǔn)》(GB/T50129-2011)中的公式計(jì)算（如式（1）所示），試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)自保溫混凝土砌塊砌體抗剪試件破壞過程和破壞形式均與普通混凝土砌塊砌體抗剪試驗(yàn)相似，試驗(yàn)結(jié)果見表4。從表4中試驗(yàn)數(shù)據(jù)可知，數(shù)據(jù)雖然存在一定的離散性，但這與砌體本身的材料特性有很大關(guān)系。自保溫混凝土砌塊砌體抗剪試件達(dá)到承載力極限時(shí)，受剪面砂漿與砌塊粘結(jié)面突然發(fā)生剪切破壞，為脆性破壞，統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)發(fā)現(xiàn)自保溫混凝土砌塊砌體抗剪強(qiáng)度與灰縫砂漿強(qiáng)度有關(guān)。

現(xiàn)行《砌體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范》(GB50003-2011)[7]中規(guī)定混凝土砌塊砌體沿通縫截面抗剪強(qiáng)度平均值計(jì)算公式為：

式中：fv,i——砌體試件的抗剪強(qiáng)度（N/mm2）

Nv——砌體試件的抗剪破壞荷載值（N）

A——試件的一個(gè)受剪面的面積（mm2）

現(xiàn)行《砌體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范》(GB50003-2011)中規(guī)定混凝土砌塊砌體沿通縫截面抗剪強(qiáng)度平均值計(jì)算公式為：現(xiàn)行《砌體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范》(GB50003-2011)中規(guī)定混凝土砌塊砌體沿通縫截面抗剪強(qiáng)度平均值計(jì)算公式為：

式中：fv,i——砌體抗剪強(qiáng)度平均值

k5——與塊體類別有關(guān)的參數(shù)

f2——砂漿抗壓強(qiáng)度平均值

表2對比自保溫混凝土砌塊砌體抗剪強(qiáng)度試驗(yàn)平均值和砌體抗剪強(qiáng)度計(jì)算值，發(fā)現(xiàn)砌體抗剪強(qiáng)度試驗(yàn)平均值偏大，符合砌體規(guī)范要求。

表3對比發(fā)現(xiàn)自保溫混凝土砌塊砌體值k5比規(guī)范規(guī)定值偏大，原因是由于自保溫混凝土砌塊的孔洞率較小為32.1%，所以自保溫混凝土砌塊砌體抗剪強(qiáng)度可以按規(guī)范公式計(jì)算，且偏于安全。

3 結(jié) 論

本文介紹了自保溫混凝土砌塊砌體沿通縫截面抗剪試驗(yàn)，分析了自保溫混凝土砌塊砌體抗剪破壞過程和特征，得出自保溫混凝土砌塊砌體的抗剪強(qiáng)度平均值，并主要得出以下結(jié)論。

①自保溫混凝土砌塊砌體抗剪破壞主要發(fā)生在砂漿與砌塊粘結(jié)面，試驗(yàn)過程中未發(fā)生砌塊破壞現(xiàn)象，抗剪強(qiáng)度主要取決于砂漿粘結(jié)強(qiáng)度和砂漿與砌塊的粘結(jié)面積。

②自保溫混凝土砌塊砌體抗剪破壞過程和特征與普通混凝土砌塊砌體抗剪破壞過程和特征相似，多數(shù)為單面破壞，且破壞時(shí)為明顯的脆性破壞。

③計(jì)算自保溫混凝土砌塊砌體抗剪強(qiáng)度時(shí)，按《砌體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范》(GB50003-2011)公式計(jì)算并取，且偏于安全。

[1]Guo Zhanggen，Sun Weimin，Wang Jian.Experimental study on seismic behavior of recycled concrete perforated brick masonry[J].Advanced Materials Research，2011.

[2]王劍.節(jié)能利廢自保溫混凝土配合比及耐久性試驗(yàn)研究[D].南京：南京工業(yè)大學(xué)，2012.

[3]JGJ134-2010，夏熱冬冷地區(qū)居住建筑節(jié)能設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)[S].北京：中國建筑工業(yè)出版社，2010.

[4]GB/T50129-2011，砌體基本力學(xué)性能試驗(yàn)方法標(biāo)準(zhǔn)[S].北京：中國建筑工業(yè)出版社，2011.

[5]GB/T50129-2011，砌體基本力學(xué)性能試驗(yàn)方法標(biāo)準(zhǔn)[S].北京：中國建筑工業(yè)出版社，2011.

[6]申繪芳.復(fù)合自保溫混凝土砌塊砌體的試驗(yàn)研究[D].杭州：浙江工業(yè)大學(xué)，2010.

[7]GB50003-2011，砌體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范[S].北京：中國建筑工業(yè)出版社，2011.