新型砌块墙体的研制

新型砌块墙体性能研究新型砌块墙体比传统黏土砖墙体更容易产生裂缝。通过对砌块墙体裂缝产生的原理、影响因素等深入分析，从墙体变形角度提出了新型砌块墙体抗裂性能的计算方法：同时还就如何提高抗裂性能提出了具体措施。砌块墙体在实际应用中有一个突出的共性问题是比传统的黏土砖墙体更容易产生裂缝(尤其是一些非烧结材料)，影响了建筑物的正常使用和美观。这甚至已成为制约新型砌块墙体材料发展的一个瓶颈，提高新型砌块墙体抗裂性能是必须解决的课题。l砌块墙体裂缝产生的机理分析从砌块墙体自身构成来看，它是由砌块和砌筑砂浆等构成的复合结构材料，研究表明，砌块墙体内部存在3种形式的微观裂缝(宽度小于O．05mm)：不同材料界面之间的裂缝、胶结材料固化过程中形成的裂缝以及骨料本身存在的裂缝。微裂缝的存在是砌块墙体的固有属性，是一种与外部荷载没有直接关系的早期裂缝，通常不会影响建筑物的使用。从砌块墙体强度角度分析，由于自重和外部荷载的共同作用，墙体内部存在多重应力分布，正常情况下的应力分布是相对稳定的，但墙体从施工到投入使用过程中，会产生干缩、膨胀、不均匀沉降等变形。由于墙体的变形受到来自梁、柱、拉结筋等其它建筑构件的约束，墙体的内部应力不断增大，当内部应力大于砌体抗裂强度时，材料固有的微观裂缝扩展、贯通，直到产生宏观裂缝(大于等于O．05mm)甚至破坏。目前国内外砌块墙体抗裂性能研究的方法大都基于强度破坏理论，然而由于砌快墙体内应力分布非常复杂，可能同时受压、受拉、受弯、受剪甚至受扭[21，砌块墙体各向异性，以及影响砌块墙体强度的因素很多，因此很难建立砌块墙体抗裂计算准则。另外，抗裂性能的研究目的是把裂缝的存在控制在一定范围，满足建筑物的安全性和正常使用要求，这就涉及到抗裂性能的度量问题，由于砌块墙体的各种强度都存在一定差异，因此，通过强度对抗裂性能定量描述较为困难。从墙体变形角度来看，裂缝的产生与墙体的变形是直接相关的，无论何种原因导致的墙体裂缝，都是通过墙体变形发展而形成，可以说裂缝本身就是一种变形，墙体的抗裂性能是墙体的抗变形性能的表现形式之一；另外，相同材料在相同的条件下，变形量和裂缝的发展是一种正相关的关系，而且从度量角度来看，变形和各种复杂的砌体强度相比，显然更简单和易于统一。通过以上分析笔者认为，墙体抗裂性能可以直接通过墙体变形来统一度量，通过对砌块墙体变形定量分析来研究砌块墙体的抗裂性能是一种可行的方法。2影响新型砌块墙体抗裂性能的主要因素裂缝的产生和发展主要由墙体材料材质、约束条件(内因)和外部条件变化(外因)决定。影响新型砌块墙体抗裂性能的具体原因主要有以下几方面：2．1材料原因墙体的变形与构成墙体的砌块和砂浆的物理力学性能密切相关。首先，大部分新型砌块的线膨胀系数、弹性模量、收缩率以及吸水性都比黏土砖要大，砌块受到外部条件变化影响时更容易产生较大变形；其次，砌筑和粉刷砂浆的性能等决定了砌块之间的粘结性能和整体协调变形性能，也是影响墙体变形的重要因素。2．2环境变化原因砌块墙体变形对环境变化很敏感，主要是温度、湿度等变化，使墙体产生变形导致裂缝产生，由此导致的新型砌块墙体裂缝占到全部可遇裂缝的80％以上Il。温度变化影响主要表现在墙体材料所处环境在不同时间或不同部位存在温差(如外墙内外侧、屋面与楼面等)，而材料热胀冷缩产生的变形与温差成正比；湿度变化影响是由于大部分砌块都具有吸水膨胀和脱水干缩性质，尤其是后者变形量更大，例如混凝土砌块的干缩率介于0．23~0．43mm／m，而传统烧结黏土砖仅为0．1mm／m：另外，对于一些含有硅酸盐成分的砌块在空气中还有炭化干缩的现象。2．3设计原因工程设计中，砌块和砂浆的选择、建筑物结构形式和墙体构造形式决定了墙体的强度和墙体变形的约束条件等，直接影响砌块墙体的抗裂强度和整体协调变形性能。2．4施工原因在施工过程中不按照砌块施工规范和设计要求施工，从而导致裂缝产生的现象非常普遍，如砌筑时砌块的含湿率影响砌块的干缩变形量；灰缝的饱满和均匀程度、砌块的砌筑和构造方式会影响墙体的整体协调变形性能；砌筑间隔时间等影响砌筑砂浆的塑性变形量等。2．5其它原因建筑物不均匀沉降、砌块的几何形状与尺寸、表面规则与平整程度、使用和维护不当等也是影响砌块墙体变形的重要因素。3砌块墙体抗裂性能的分析计算砌块墙体的抗裂性能与墙体变形直接相关，裂缝的产生和发展伴随着墙体变形的变化，本文介绍的抗裂性能计算方法就是从砌块墙体的变形角度出发，根据墙体材料的变形量与裂缝发展的关系，通过对确定的计算单元的变形定量计算来分析其抗裂性能。3．1计算单元的确定根据墙体受力情况，遵循从整体到局部的原则确定计算单元，即由整幢建筑到墙体、从墙体到计算单元进行受力分析，根据受力情况确定墙体的不利受力点——应力较集中处单位区域作为计算单元。根据具体情况，计算单元可以是一块或几块砌块，也可以是砌筑灰缝等；另外，还可以通过经验确定计算单元，对墙体容易产生裂缝的部位进行抗裂性能校核。3．2极限变形的确定墙体裂缝随着墙体材料变形不断增大而发展，当裂缝进一步发展就会影响正常使用功能时，对应的计算单元变形量即为极限变形(L0)(或称为使用极限变形)，它通常小于强度极限变形。极限变形主要由材料本身性质以及外部条件(如荷载、温度、湿度及其变化范围和变化速度等)决定，极限变形采用单位长度的变形量度量。每种材料在不同条件下的极限变形可以根据实验测定，建立极限变形数据表或近似经验公式。3..3计算单元变形量计算单元变形主要由承受荷载、建筑物沉降、温度、湿度等因素以及约束条件决定，变形量可以按照以下步骤计算(设计算单元的计算长度为1)：(1)设计荷载变形(L1)：墙体承受荷载主要包括自重、设计静载和活载等，在这些荷载组合作用下的变形量，可以直接采用设计荷载按照弹性变形理论计算。(2)建筑物不均匀沉降变形(L2)：它主要由建筑物结构形式、荷载分布、地基条件决定，变形量可以根据建筑物荷载分布和地质情况确定，可以直接按照规范允许建筑物不均匀沉降范围确定。(3)温度变形(L3)：温度变化产生的变形主要由墙体材料本身的线膨胀系数和约束条件决定，具体计算见式(1)：4提高新型砌块墙体抗裂性能的具体措施(1)加强对新型墙体材料性能的研究，减小材料自身变形构成墙体的砌块和砂浆的性能决定了墙体的物理力学性能及墙体内部的早期微观裂缝的分布状况。通过对砌块材料的改进，降低线膨胀系数、降低吸水性能和提高砌块强度等，可以减小温差变形、干缩变形和提高砌体强度；通过添加杜拉纤维、稠化粉、引气剂等添加剂，改进砂浆性能，可以增强砌块间的粘结力、提高墙体的整体变形协调性、减少灰缝干缩变形和墙体内部的早期裂缝[31。以上两方面对增强砌块墙体抗裂性能有非常显著的效果，国外在这方面的研究工作更加细致深入，如美国在1931年就设立了专门的块材砌体砂浆委员会(A1M一12)，并针对砂浆制定了详尽的规范(A1MC270)闱。(2)根据墙体所处具体条件进行抗裂专项设计设计阶段合理确定砌体材料和墙体约束条件，增强砌块墙体的抗裂性能和整体协调变形性能。首先，每种墙体材料都有一定的适用范围，应针对不同环境条件进行材料选型；其次，还要考虑约束条件的合理设置，如拉结筋、圈梁、构造柱以及变形缝等，对墙体的变形控制做到“抗放结合，以放为主”，使墙体变形协调适度；另外在墙体设计时，不但要重视墙体安全性计算，也要对墙体抗裂性能计算予以足够重视。目前国外广泛使用的预应力砌体、配筋砌体以及灌芯混凝土砌块砌体等形式，都能很好地提高砌体抗弯抗剪强度、控制砌体变形，对增强抗裂性能有非常显著的效果，例如对于用普通砂浆砌筑的砌体开裂荷载为极限荷载的约63％，而通过配筋约束其变形，其开裂荷载可以达到极限荷载的85％。(3)及时制定和完善新型墙体相关的规范和标准体系我国目前新型墙体材料和新工艺发展速度很快，但与之配套的各项规范和标准却有明显的滞后现象。现有规范和标准还有许多不够完善的地方，如对新型墙体施工时的含湿率的规定不够明确、对变形缝设置的合理性还有待实践验证、缺少针对性强的地方性标准等。这些规范和标准作为新型墙体材料的生产、设计和施工等依据，直接影响到砌块墙体的抗裂性能。新型砌体材料在国外发展已经非常成熟，有很多值得我们借鉴的地方，如美国砌体标准联合委员会规范体系(MSJC规范)、UBC和IBC规范体系，对于砌体的材料、设计、施工等每个环节的质量控制都有非常详尽的规定。(4)严格控制砌块墙体施工过程，落实具体抗裂措施施工过程是抗裂措施的最终落实阶段，对施工过程的每个环节都要按照施工前制定的抗裂方案实施。首先，要对材料质量进行检验，检查材料的合格证明、养护龄期等；其次，砌块材料砌筑前应检验材料含湿率是否满足施工要求；最后，要做好砌筑过程控制和验收工作，包括砌筑方法、间隔时间、抗裂构造措施的落实等，强化中间验收和竣工验收，对落实抗裂措施和保证墙体抗裂性能都具有重要意义。5结语抗裂性能研究的目的是