新型混凝土橫孔空心砌塊砌體受壓性能研究

吳方伯 任煥青 劉彪 李鈞

摘 要：對砌塊混凝土設(shè)計強(qiáng)度等級為C25～C45的新型混凝土橫孔空心砌塊及砌體進(jìn)行受壓試驗，研究砌塊混凝土抗壓強(qiáng)度、砌塊抗壓強(qiáng)度和砌體抗壓強(qiáng)度之間的關(guān)系.試驗結(jié)果表明：砌塊初裂荷載約為破壞荷載的84%～90%，砌體初裂荷載約為破壞荷載的80%～94%；砌塊混凝土每提高一個強(qiáng)度等級，砌塊強(qiáng)度提高13%～23%，砌體強(qiáng)度提高13%～30%，且提高幅度逐漸減小.推導(dǎo)了砌塊抗壓強(qiáng)度平均值計算公式；《砌體結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范》（GB 50003—2011）建議采用的砌體軸心抗壓強(qiáng)度平均值計算公式對新型橫孔空心砌塊砌體并不適用；提出了新型橫孔空心砌塊砌體軸心抗壓強(qiáng)度平均值建議計算公式.

關(guān)鍵詞：橫孔空心砌塊；抗壓強(qiáng)度；抗壓強(qiáng)度平均值公式

中圖分類號：TU311.4；TU362 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A

文章編號：1674-2974（2015）11-0025-08

混凝土小型空心砌塊符合可持續(xù)發(fā)展要求，是一種極具競爭力的墻體材料[1].但混凝土小型空心砌塊建筑存在保溫隔熱性能差、防滲性能差等缺點.針對混凝土小型空心砌塊存在的一系列問題，本文提出了一種新型混凝土橫孔空心砌塊，該砌塊保溫隔熱性能好、自重輕，多用于填充墻.砌塊主要由凸肋、頂板、底板和左右側(cè)壁組成.橫孔空心砌塊現(xiàn)已標(biāo)準(zhǔn)化、定型化、產(chǎn)品化，并編制了構(gòu)造圖集、技術(shù)規(guī)程、省級工法，提出了制作、施工工藝和質(zhì)量控制技術(shù).砌塊的物理性能、力學(xué)性能及墻體抗震性能已經(jīng)得到了較全面的試驗研究[2]，但對于橫孔空心砌塊與砌體的抗壓強(qiáng)度計算公式研究較少.本文通過新型混凝土橫孔空心砌塊和砌體的受壓性能試驗，研究砌塊混凝土抗壓強(qiáng)度、砌塊抗壓強(qiáng)度、砌體抗壓強(qiáng)度之間的關(guān)系，并對砌塊及砌體的抗壓強(qiáng)度平均值公式進(jìn)行了推導(dǎo).

1 試驗概況

1.1 試驗用砌塊及砌體砌筑方式

試驗所用砌塊均生產(chǎn)自湖南思為科技開發(fā)有限公司，并采用了A和B兩種規(guī)格的砌塊.A類砌塊尺寸為295 mm×190 mm×218 mm，B類砌塊尺寸為295 mm×100 mm×218 mm.A類砌塊結(jié)構(gòu)型式如圖1所示.

砌塊砌筑前1～2 d進(jìn)行澆水濕潤，清除砌塊表面的雜物.砌筑時先在側(cè)壁上方砌筑水泥砂漿，待水泥砂漿穩(wěn)定不再塌落時再砌筑上一皮砌塊，砌筑過程中須保證上皮砌塊底板不會與下皮砌塊凸肋接觸，上下皮砌塊通過側(cè)壁和砌筑砂漿傳力.

1.2 試件設(shè)計與制作

砌塊抗壓試驗參照《混凝土小型空心砌塊試驗方法》（GB/T 4111—1997）[3]的規(guī)定處理試件的坐漿面和鋪漿面.所有砌塊均在側(cè)壁上方及凸肋處用水泥砂漿找平，且水泥砂漿的抗壓強(qiáng)度較高，以保證砂漿不會先于砌塊破壞.找平前，首先將鋼板放置在平整的地面上，用水平尺找平放穩(wěn)，再在鋼板上涂一層機(jī)油，然后均勻鋪一層約5 mm厚的水泥砂漿[4]，將砌塊平穩(wěn)壓入砂漿層中，砌塊底部多余的砂漿沿棱邊刮去.24 h后，用類似的方法將水泥砂漿填滿側(cè)壁上方和凸肋處，水泥砂漿層高出凸肋5 mm.再把涂有機(jī)油的玻璃板壓在砌塊的砂漿層上，用水平尺找平后，在室內(nèi)自然環(huán)境下養(yǎng)護(hù).

3皮砌塊高的砌體試件可反映墻體的實際受力狀態(tài)[5]，《砌體基本力學(xué)性能試驗方法標(biāo)準(zhǔn)》（GB/T 50129—2011）[6]規(guī)定混凝土砌塊砌體的高厚比β宜介于3～5之間，試件寬度為1.5～2倍的塊體長度.因此，綜合考慮以上因素，A類砌體4皮砌筑，β約為4.5.B類砌體3皮砌筑，β約為6.試件長度為1.5倍的砌塊長度加灰縫砂漿的厚度.試件設(shè)計如圖2所示.砌體試件擬采用2種不同強(qiáng)度的水泥砂漿砌筑.試驗總體方案設(shè)計情況見表1.

1.3 試驗加載方法

砌塊受壓試驗采用液壓壓力試驗機(jī)加載.砌塊置于承壓板上，用橡膠皮墊覆蓋砌塊找平砂漿上表面，使砌塊軸線與承壓板壓力中心重合，緩慢均勻加載，加載速率統(tǒng)一為0.5 kN/s，試驗機(jī)指針突然大幅度回退時標(biāo)志著砌塊破壞，記錄最大破壞荷載.

砌體受壓試驗參照《砌體基本力學(xué)性能試驗方法標(biāo)準(zhǔn)》（GB/T 50129—2011）[6]的規(guī)定設(shè)計加載方案.儀器全部安裝完畢后，在預(yù)估破壞荷載值的5%～20%內(nèi)，反復(fù)預(yù)壓3～5次.預(yù)壓后卸荷并記錄初始讀數(shù)，然后正式加載，每級荷載為預(yù)估破壞荷載值的10%，并在1～1.5 min內(nèi)均勻加完；恒荷1～2 min后施加下一級荷載，施加荷載時不得沖擊試件.加荷至預(yù)估破壞荷載值的50%后，每級荷載減小至預(yù)估破壞荷載值的5%.當(dāng)試件出現(xiàn)第一條裂縫后，每級荷載恢復(fù)至預(yù)估破壞荷載值的10%.

2 材性試驗

3 試件典型破壞情況與結(jié)果

3.1 砌塊破壞形態(tài)及試驗結(jié)果

試驗表明，A和B兩類砌塊主要破壞形態(tài)相近.如圖3所示，裂縫首先出現(xiàn)在凸肋砂漿中部，隨著荷載的增加，砌塊凸肋與頂板交接內(nèi)側(cè)出現(xiàn)縱向裂縫，隨后底板也出現(xiàn)縱向裂縫.頂板和底板處的縱向裂縫會向砌塊中部發(fā)展，側(cè)壁較少出現(xiàn)裂縫.隨著裂縫的逐漸開展，最終因凸肋與頂板交接處豎向裂縫的加寬及縱向裂縫的貫通致使砌塊破壞，破壞耗時較少，裂縫少且集中，表現(xiàn)出明顯的脆性.砌塊出現(xiàn)第一條裂縫到承載力全部喪失，時間較短，初裂荷載約為破壞荷載的84%～90%.

試驗結(jié)果表明，橫孔空心砌塊的抗壓強(qiáng)度隨砌塊混凝土強(qiáng)度的提高而提高.砌塊混凝土材料設(shè)計強(qiáng)度等級為C25～C45時，混凝土每提高一個強(qiáng)度等級砌塊強(qiáng)度提高13%～23%，且隨砌塊混凝土抗壓強(qiáng)度的提高，砌塊抗壓強(qiáng)度提高幅度呈下降趨勢.砌塊受壓試驗結(jié)果見表4和表5，表中F為初裂荷載，P為破壞荷載，A為砌塊毛截面面積，f.b為砌塊抗壓強(qiáng)度，f.1為砌塊抗壓強(qiáng)度平均值.

3.2 砌體受力過程及主要試驗結(jié)果

新型混凝土橫孔空心砌塊砌體破壞形態(tài)如圖4所示.試件破壞過程第一階段：從加載至出現(xiàn)第一條裂縫.這一階段砌體的荷載應(yīng)變曲線大致呈線性關(guān)系，砌體處于彈性工作狀態(tài).一般第一條裂縫出現(xiàn)在頂皮砌塊凸肋與頂板交角處，初裂荷載約為破壞荷載的80%～94%.第二階段：裂縫擴(kuò)展階段.砌體出現(xiàn)第一條裂縫后，隨著壓力增大，豎向砂漿裂縫向

上下方向延伸，同時第二批裂縫出現(xiàn)在頂皮砌塊底板與側(cè)壁交角處.伴隨著吱吱聲，砌體處于彈塑性階段.第三階段：壓力增加至砌體破壞.隨著荷載緩慢增加，第一批裂縫貫通頂皮砌塊，底皮砌塊延伸較少，基本無裂縫；而第二批裂縫沿砌體縱向延伸，致使頂?shù)装迮c側(cè)壁斷開，這是導(dǎo)致砌體破壞的主要原因.A類砌體相比B類砌體，脆性更顯著.砌體應(yīng)力應(yīng)變曲線如圖5所示.砌體受壓結(jié)果見表6和表7，表中f為砌體軸心抗壓強(qiáng)度，f.m為砌體軸心抗壓強(qiáng)度平均值.經(jīng)計算，砌塊混凝土材料每提高一個強(qiáng)度等級砌體強(qiáng)度提高13%～30%，且砌塊混凝土強(qiáng)度越高，提高幅度越小.

4 砌塊抗壓強(qiáng)度公式推導(dǎo)

廣西、四川、廣州等有關(guān)建工、建材科研單位對不同抗壓強(qiáng)度的混凝土試件同原材料配置的混凝土小型空心砌塊進(jìn)行了995個試件的對比試驗，按照數(shù)理統(tǒng)計的方法求得了小砌塊空洞率R.k. /R的關(guān)系式[9]：

7 結(jié) 論

1）砌塊受壓試驗表明，砌塊混凝土材料設(shè)計強(qiáng)度等級為C25～C45時，砌塊初裂荷載約為破壞荷載的84%～90%.混凝土材料每提高一個強(qiáng)度等級砌塊強(qiáng)度提高13%～23%，且隨砌塊混凝土強(qiáng)度的提高，砌塊強(qiáng)度提高幅度呈下降趨勢.

2）砌體受壓試驗表明，砌塊混凝土材料設(shè)計強(qiáng)度等級為C25～C45且采用文中所示2種強(qiáng)度的水泥砂漿砌筑砌體時，砌體初裂荷載約為破壞荷載的80%～94%.砌塊混凝土材料每提高一個強(qiáng)度等級砌體強(qiáng)度提高13%～30%，且砌塊混凝土強(qiáng)度越高，提高幅度越小.

3）通過對砌塊受壓試驗數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計分析，提出了新型混凝土橫孔空心砌塊抗壓強(qiáng)度平均值建議計算公式.

4）按規(guī)范公式計算橫孔空心砌塊砌體抗壓強(qiáng)度時誤差較大，A和B兩類砌塊砌體試驗值分別為規(guī)范計算值的0.522和0.558倍，誤差較大且偏于不安全，因此規(guī)范公式并不適用于橫孔空心砌塊砌體抗壓強(qiáng)度的計算.

5）通過對規(guī)范公式進(jìn)行改進(jìn)，提出了橫孔空心砌塊砌體抗壓強(qiáng)度平均值建議計算公式.但由于試驗場地和時間的限制，且砌體受壓試驗數(shù)據(jù)具有一定的離散性，砌體受壓強(qiáng)度平均值建議計算公式仍需進(jìn)一步驗證.

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