蒸壓硅酸鹽企口砌塊砌體抗壓性能研究

徐春一，商陽(yáng)，高連玉

（1.沈陽(yáng)建筑大學(xué) 土木工程學(xué)院，遼寧 沈陽(yáng) 110168；2.清華大學(xué) 土木水利學(xué)院，北京 100084；3.中國(guó)建筑東北設(shè)計(jì)研究院，遼寧 沈陽(yáng) 110003）

蒸壓硅酸鹽企口砌塊砌體抗壓性能研究

徐春一1，2，商陽(yáng)1，高連玉3

（1.沈陽(yáng)建筑大學(xué) 土木工程學(xué)院，遼寧 沈陽(yáng) 110168；2.清華大學(xué) 土木水利學(xué)院，北京 100084；3.中國(guó)建筑東北設(shè)計(jì)研究院，遼寧 沈陽(yáng) 110003）

蒸壓硅酸鹽企口砌塊是新型墻體材料，研究其砌體受壓性能，為編制《蒸壓硅酸鹽企口小型砌塊應(yīng)用技術(shù)規(guī)程》提供理論依據(jù)。按照GB/T 50129—2011《砌體基本力學(xué)性能試驗(yàn)方法標(biāo)準(zhǔn)》進(jìn)行抗壓試驗(yàn)，分析蒸壓硅酸鹽企口砌塊砌體受壓破壞現(xiàn)象、受壓承載力及變形性能，并與現(xiàn)行規(guī)范中混凝土多孔磚的抗壓強(qiáng)度進(jìn)行對(duì)比。結(jié)果表明，試驗(yàn)測(cè)得蒸壓硅酸鹽企口砌塊的抗壓強(qiáng)度設(shè)計(jì)值大于GB 50003—2011中混凝土多孔磚砌體的抗壓強(qiáng)度設(shè)計(jì)值。將試驗(yàn)數(shù)據(jù)回歸，得到蒸壓硅酸鹽砌體抗壓平均強(qiáng)度建議公式、彈性模量建議公式，蒸壓硅酸鹽企口砌塊砌體具有良好的抗壓性能。

砌體結(jié)構(gòu)；蒸壓硅酸鹽企口砌塊；抗壓強(qiáng)度；本構(gòu)關(guān)系；設(shè)計(jì)值

蒸壓硅酸鹽企口砌塊是以尾礦、建筑垃圾等工業(yè)廢渣為主要原料的硅酸鹽混凝土制品，具有塊型合理、自重輕、強(qiáng)度高、便于施工并有利于施工質(zhì)量的保證，更主要的特點(diǎn)在于這種砌塊通過(guò)設(shè)置企口可以很自然地保證砌筑時(shí)的對(duì)穿孔，具有節(jié)能減排、固廢治理、節(jié)約資源、連鎖抗震等優(yōu)異性能。該砌塊采用高噸位且能夠多次排氣的壓磚機(jī)壓制成型，可將坯體內(nèi)的空氣排出干凈，確保了磚體的質(zhì)地密實(shí)，提高了磚的耐久性。同時(shí)該砌塊肋部設(shè)有凹槽，有利于放置鋼筋做到薄灰縫，薄灰縫有利于建筑節(jié)能，適應(yīng)現(xiàn)代建筑的需要。由于蒸壓硅酸鹽企口砌塊屬于新型建筑材料，尚無(wú)任何標(biāo)準(zhǔn)可依，為此對(duì)蒸壓硅酸鹽企口小型砌塊進(jìn)行抗壓試驗(yàn)，對(duì)其破壞形態(tài)、彈性模量、抗壓承載力進(jìn)行探索研究，為編制《蒸壓硅酸鹽企口小型砌塊應(yīng)用技術(shù)規(guī)程》提供理論依據(jù)。

1 試驗(yàn)

1.1 試件設(shè)計(jì)和試驗(yàn)方法

試驗(yàn)采用強(qiáng)度等級(jí)MU15的蒸壓硅酸鹽企口砌塊和強(qiáng)度等級(jí)為MS10的專用砂漿砌筑6個(gè)抗壓試件，砌塊如圖1所示。試件由1名中等技術(shù)水平的瓦工砌筑[1]，試件的外輪廊尺寸為610 mm×197 mm×650 mm。在砌筑時(shí)應(yīng)用橡皮錘敲打砌塊，使砂漿和砌塊接觸更加密實(shí)，以減小砌筑對(duì)試件質(zhì)量的影響。砌筑完，過(guò)養(yǎng)護(hù)期后進(jìn)行試驗(yàn)，試件尺寸如圖2所示。

圖1 砌塊實(shí)物

圖2 試件尺寸

1.2 試驗(yàn)加載方法

在沈陽(yáng)建筑大學(xué)結(jié)構(gòu)實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行試驗(yàn)，加載裝置采用5000 kN的壓力試驗(yàn)機(jī)[2]。為了研究試件在豎向壓力下的橫向變形和豎向變形[3]，在試件的2個(gè)寬側(cè)面的橫豎向中心線上各布置2個(gè)千分表。此外，在壓力機(jī)的上下底板上安裝量程為50 mm的位移計(jì)來(lái)監(jiān)測(cè)試件的荷載與縱向變形關(guān)系曲線。試驗(yàn)前，先將試驗(yàn)機(jī)下壓板上的雜質(zhì)清除干凈，然后在底板上鋪1層高強(qiáng)石膏，由于高強(qiáng)石膏加水?dāng)嚢韬缶哂泻芎玫牧鲃?dòng)性，成型快等優(yōu)點(diǎn)以使試件受力更為均勻[2]，避免由于受不均勻壓力而破壞，造成的試件力學(xué)性能差異無(wú)法分析的現(xiàn)象[4]。將試件就位到壓力機(jī)底板指定位置，使其幾何對(duì)中；在試件的頂部抹1層石膏，厚度為10 mm，用水平尺進(jìn)行找平。待石膏硬化后緩緩將壓力機(jī)上壓板降下預(yù)壓3次，加載值為預(yù)估破壞荷載的15%，其目的是消除石膏層的壓縮變形及檢查儀表是否正常工作[4]。如果兩側(cè)面的儀表讀數(shù)相對(duì)誤差大于10%，則應(yīng)重新調(diào)節(jié)試件水平度。待一切準(zhǔn)備就緒，開(kāi)始均勻連續(xù)施加荷載，每級(jí)荷載級(jí)差為50 kN且持荷1～2 min后進(jìn)行儀表讀數(shù)。當(dāng)儀表指針有明顯回落的現(xiàn)象時(shí)宣告試件處于破壞狀態(tài)，停止試驗(yàn)[5]。

1.3 試驗(yàn)現(xiàn)象

蒸壓硅酸鹽企口小型砌塊受壓破壞一般可大致分為3個(gè)過(guò)程：

（1）隨著逐級(jí)加載，砌體窄面單磚首先出現(xiàn)第1條微裂縫，位置在試件高度的2/3處，如不斷加載，有不斷向上下蔓延的趨勢(shì)，試件內(nèi)部并伴有吱吱的響聲，是因?yàn)閭€(gè)別試件靠上部的磚有壓碎的現(xiàn)象和磚與砂漿相互擠壓而產(chǎn)生，并且試件頂角部有石膏往下脫落，當(dāng)試件處于持荷狀態(tài)時(shí)，千分表指針基本上處于持荷前刻度位置。

（2）當(dāng)?shù)?條裂縫出現(xiàn)后，隨豎向壓力的增加，窄側(cè)面的砌體裂縫不斷向上下發(fā)展。并由單磚裂縫發(fā)展成貫通幾皮磚，寬側(cè)面呈現(xiàn)出上密下疏的一段段裂縫的現(xiàn)象。當(dāng)試件處于持荷狀態(tài)時(shí)，千分表指針略微出現(xiàn)晃動(dòng)的現(xiàn)象，但讀數(shù)不受較大影響。

（3）隨著繼續(xù)加載，裂縫不斷加長(zhǎng)、加寬，頂部的1皮或者2皮砌塊被壓潰并且在試件中部有外鼓現(xiàn)象，當(dāng)豎向裂縫貫通時(shí)砌體被分割成獨(dú)立的幾個(gè)部分而破壞。當(dāng)試件處于持荷狀態(tài)時(shí)，千分表指針不斷在晃動(dòng)，造成讀數(shù)困難[6]，試件破壞形態(tài)如圖3、圖4所示。

圖3 試件寬側(cè)面破壞

圖4 試件窄側(cè)面破壞

2 試驗(yàn)結(jié)果及分析

2.1 抗壓強(qiáng)度蒸壓硅酸鹽企口砌塊抗壓試驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)表1。

表1 蒸壓硅酸鹽企口砌塊砌體抗壓試驗(yàn)結(jié)果

對(duì)表1的試驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析整理得到，蒸壓硅酸鹽企口砌塊砌體抗壓強(qiáng)度平均值為6.35 MPa，標(biāo)準(zhǔn)差為1.053，變異系數(shù)為16.58%，由試驗(yàn)平均值計(jì)算得到砌體抗壓強(qiáng)度設(shè)計(jì)值為2.89 MPa，高于GB 50003—2011《砌體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范》中混凝土多孔磚的砌體抗壓強(qiáng)度設(shè)計(jì)值2.79 MPa，偏于安全考慮，建議《蒸壓硅酸鹽企口砌塊應(yīng)用技術(shù)規(guī)程》仍按GB 50003—2011中混凝土多孔磚取值。

2.2 蒸壓硅酸鹽企口砌塊抗壓強(qiáng)度建議公式

根據(jù)GB 50003—2011的規(guī)定，砌體抗壓強(qiáng)度平均值的計(jì)算公式為：

式中：f1、f2——分別為砌塊、砂漿的抗壓強(qiáng)度，MPa；

k1、α——與砌塊有關(guān)的系數(shù)；

k2——與砂漿有關(guān)的系數(shù)，取k2=1。

由于蒸壓硅酸鹽企口砌塊屬于新型材料，尚無(wú)任何標(biāo)準(zhǔn)可依，在計(jì)算其抗壓強(qiáng)度時(shí)，如按GB50003—2011中混凝土多孔磚砌體取值，k1=0.78、α=0.5，得到試驗(yàn)實(shí)測(cè)值與公式計(jì)算值的比值平均值為1.21，具有20%左右的安全儲(chǔ)備[6]，從而會(huì)造成一定程度上的材料浪費(fèi)。因此針對(duì)本次試驗(yàn)數(shù)據(jù)對(duì)式（1）的系數(shù)進(jìn)行修正，在不改變式（1）基本形式的基礎(chǔ)上，得到適用于蒸壓硅酸鹽企口小型砌塊砌體抗壓強(qiáng)度平均值建議公式，見(jiàn)式（2）：

實(shí)測(cè)抗壓強(qiáng)度與建議公式的對(duì)比見(jiàn)表2。

表2 實(shí)測(cè)抗壓強(qiáng)度與建議公式的對(duì)比

從表2可知，實(shí)測(cè)值與式（2）計(jì)算值的比值平均值為1.065，實(shí)測(cè)值略高于式（2）計(jì)算值，說(shuō)明式（2）計(jì)算值與實(shí)測(cè)值具有較好的吻合度，避免了材料的浪費(fèi)，建議將式（2）作為蒸壓硅酸鹽企口砌塊平均強(qiáng)度計(jì)算公式，可供設(shè)計(jì)使用。

2.3 應(yīng)力-應(yīng)變曲線

試驗(yàn)結(jié)果繪制出蒸壓硅酸鹽企口砌塊砌體應(yīng)力-應(yīng)變曲線，如圖5所示。

圖5 實(shí)測(cè)試件應(yīng)力-應(yīng)變曲線

在砌體開(kāi)裂之前，各試件應(yīng)力-應(yīng)變曲線基本重合且呈現(xiàn)出線性關(guān)系[7]。隨著壓力逐漸增大，不斷有新裂縫產(chǎn)生與發(fā)展，致使砌體應(yīng)力-應(yīng)變曲線在開(kāi)裂荷載附近有明顯的弧度，其原因是出現(xiàn)裂縫后時(shí)砌體應(yīng)變?cè)黾拥乃俣却笥趹?yīng)力增加的速度。

2.4 彈性模量

根據(jù)應(yīng)力-應(yīng)變曲線計(jì)算蒸壓硅酸鹽企口砌塊的彈性模量，取應(yīng)力等于0.4時(shí)的割線模量為砌體的彈性模量[8]，并按式（3）計(jì)算：

式中：E——試件的彈性模量，MPa；

ε0.4——對(duì)應(yīng)于0.4ft，m時(shí)的軸向應(yīng)變值。

根據(jù)式（3）計(jì)算出各試件的彈性模量平均值為6880MPa，并將其與規(guī)范中混凝土多孔磚砌體彈性模量（4624 MPa）進(jìn)行對(duì)比可知，前者明顯高于后者，說(shuō)明按照混凝土多孔磚彈性模量公式不能較好地反映出蒸壓硅酸鹽企口砌塊砌體的性質(zhì)，故而根據(jù)試驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行回歸分析提出了蒸壓硅酸鹽企口砌塊砌體彈性模量的建議公式，見(jiàn)式（4）：

式中：f——砌體抗壓強(qiáng)度設(shè)計(jì)值，MPa。

試驗(yàn)測(cè)得各試件的彈性模量與式（4）計(jì)算值的對(duì)比見(jiàn)表3。

從表3可知，彈性模量的實(shí)測(cè)值與按式（4）計(jì)算值的比值在0.84～1.21，平均值為1.077，變異系數(shù)為0.113。說(shuō)明按式（4）計(jì)算出的砌體彈性模量接近試驗(yàn)實(shí)測(cè)值[9]，式（4）能較好地表達(dá)出蒸壓硅酸鹽企口砌塊砌體的性能。同時(shí)試驗(yàn)所得砌體彈性模量平均值要比現(xiàn)行砌體規(guī)范中混凝土多孔磚砌體彈性模量要大，這也說(shuō)明蒸壓硅酸鹽企口砌塊具有良好的抵抗變形能力。

表3 試驗(yàn)測(cè)得彈性模量與建議公式計(jì)算值的對(duì)比

3 結(jié)論

（1）蒸壓硅酸鹽企口砌塊的軸心受壓破壞從開(kāi)始加載到試件破壞，按照裂縫的發(fā)展情況可以分為3個(gè)階段，與混凝土多孔磚砌體受壓破壞現(xiàn)象一致。

（2）試驗(yàn)所得砌體彈性模量平均值比現(xiàn)行砌體規(guī)范中混凝土多孔磚砌體彈性模量要大，這也說(shuō)明蒸壓硅酸鹽企口砌塊具有良好的抵抗變形能力。根據(jù)試驗(yàn)數(shù)據(jù)提出蒸壓硅酸鹽企口砌塊砌體的彈性模量的建議取值。

（3）試驗(yàn)數(shù)據(jù)表明，蒸壓硅酸鹽企口砌塊砌體抗壓強(qiáng)度設(shè)計(jì)值大于GB 50003—2011中混凝土多孔磚的設(shè)計(jì)值，通過(guò)對(duì)試驗(yàn)數(shù)據(jù)的回歸分析，提出蒸壓硅酸鹽企口砌塊砌體抗壓強(qiáng)度平均值的建議計(jì)算公式，其與試驗(yàn)結(jié)果吻合較好。

[1] 趙曉敏，葉燕華，魏威，等.自保溫混凝土砌塊砌體抗壓及抗剪性能試驗(yàn)研究[J].新型建筑材料，2010（11）：25-28.

[2] 黃靚，王輝，陳勝云.低強(qiáng)度砂漿灌孔砌塊砌體抗壓性能試驗(yàn)研究[J].工程力學(xué)，2012，29（10）：157-162.

[3]GB/T 50129—2011，砌體基本力學(xué)性能試驗(yàn)方法標(biāo)準(zhǔn)[S].

[4] 張潞，宋力.混凝土砌塊砌體抗壓強(qiáng)度公式試驗(yàn)研究[J]混凝土，2011（7）：117-120.

[5] 趙成文，周康，高連玉.煤矸石多孔磚砌體抗壓強(qiáng)度試驗(yàn)研究[J].新型建筑材料，2009（7）：43-46.

[6] 秦士洪，皮天祥，駱萬(wàn)康.燒結(jié)頁(yè)巖煤矸石多孔磚砌體抗壓強(qiáng)度試驗(yàn)研究[J].建筑結(jié)構(gòu)，2005，35（9）：3-6.

[7] 張鋒劍，白國(guó)良，安昱嶧，等.再生混凝土砌塊砌體抗壓性能試驗(yàn)研究[J].工業(yè)建筑，2011，41（11）：81-88.

[8] 夏多田，何明勝，唐艷娟，等.輕質(zhì)混凝土砌塊砌體受壓性能試驗(yàn)研究[J]建筑科學(xué)，2013，29（7）：44-48.

[9] 吳方伯，任煥青，劉彪，等.新型混凝土橫孔空心砌塊砌體受壓性能研究[J].湖南大學(xué)學(xué)報(bào)：自然科學(xué)版，2015，42（11）：25-32.

Study on the compressive strength of the tongue-and-groove block of steam pressure silicate masonry

XU Chunyi1，2，SHANG Yang1，GAO Lianyu3
（1.School of Civil Engineering，Shenyang Jianzhu University，Shenyang 110168，China；2.Department of Civil Engineering，Tsinghua University，Beijing 100084，China；3.China Northeast Architectural Design Institute Co.Ltd.，Shenyang 110003，China）

Objective autoclaved silicate tongue-and-groove block is used as a new-type wall material.The research into compressive property of the block can provide theoretical basis for the Technical Regulation for the Application of Autoclaved Silicate Tongue-and-groove Block.According to the compression test in the Testing Method of the Fundamental Mechanical Property for the Block（GB/T 50129—2011），the compressive failurep henomenon，compressive bearing capacity and deformation property of the autoclaved silicate tongue-and-groove block will be analyzed.The comparison with the compressive strength of the concrete perforated brick in the existing specification will be also made.The result indicated that the design value of compressive strength for the autoclaved silicate tongue-and-groove block is higher than that of the concrete perforated brick in the standard GB 50003—2011.The regression of experimental data will lead to the formula for calculating the average compressive strength and elastic modulus of the autoclaved silicate tongue-and-groove block.It is also concluded that the autoclaved silicate tongue-and-groove block has the excellent compressive property.

masonry structure，the tongue-and-groove block of autoclaved silicate，compressive strength，constitutive relation，the design value

TU522.3

A

1001-702X（2016）08-0111-04

國(guó)家自然科學(xué)基金項(xiàng)目（51408373）

2016-05-04

徐春一，女，1983年生，遼寧鐵嶺人，博士，副教授，主要從事新型混凝土結(jié)構(gòu)研究。