烧结保温空心砌块薄灰缝砌体性能试验研究

烧结保温空心砌块薄灰缝砌体性能试验研究

0烧结保温空心斑块薄灰缝砌体性能试验研究随着全国范围内“不使用心漆砖”工作的发展，被广泛禁止使用通粘土砖。混凝土砌块、砌块、加热混凝土砌块、小型空心砌块等新型墙体材料的产生。然而，这些墙体材料不符合现有的节能标准。在国家科技支撑计划项目的支持下,“十一五”末期在我国新疆地区建成了国内第一条年产3亿块(折合为标准砖)烧结保温空心砌块的生产线本文主要针对烧结保温空心砌块薄灰缝砌体的基本力学性能开展试验研究,通过静力试验分析烧结保温空心砌块薄灰缝砌体受压、受剪的破坏过程和破坏特征,建立砌体抗压强度和抗剪强度计算式,并对该砌体受压变形性能进行研究,为烧结保温空心砌块的推广和应用提供试验和理论依据。1试验总结1.1试验项目的设计和生产1.1.1试件施工及填充依据GB/T50129—2011《砌体基本力学性能试验方法标准》烧结保温空心砌块薄灰缝砌体受压试验共设计两组试件,其分组编号为KY1、KY2。每组6个试件,其编号分别为KY1-1~KY1-6和KY2-1~KY2-6。试件主要参数见表1。受压试件采用分层流水作业法进行砌筑,试件砌筑在带吊钩的80mm厚混凝土垫板上。根据专用砌筑砂浆的高黏结性,采用粘浆法进行砌筑,竖缝不挂浆,利用砌块的企口形式,采用互锁顶紧法施工。考虑到21排孔砌块表面平整度差,故采用双面粘浆法砌筑,而29排孔砌块采用单面粘浆法砌筑。在砌筑烧结保温空心砌块薄灰缝砌体试件过程中,砂浆的饱满度符合标准1.1.2砌体受剪试件浇筑依据GB/T50129—2011烧结保温空心砌块薄灰缝砌体受剪试验共设计两组试件,其分组编号为KJ1、KJ2。每组9个试件,其编号分别为KJ1-1~KJ1-9和KJ2-1~KJ2-9。试件主要参数见表2。烧结保温空心砌块薄灰缝砌体受剪试件砌筑方法与受压试件相同。根据文献[3]规定,对试件加载承压面进行处理,砌筑完成的砌体受剪试件待专用砌筑砂浆强度达到100%以后,将试件平放,对烧结保温空心砌块的两端加载承压面用1∶3水泥砂浆抹面,厚度约为10mm,并用水平尺检查,使其两端承压面在同一水平面上;将受剪试件再养护3d后,当前期处理的水泥砂浆抹面达到一定强度后,将其翻转过来,使砂浆面朝下,用1∶3水泥砂浆抹另一侧的中部加载承压面,厚度为10mm;最后用水平尺校准3个受压面,尽量使其互相平行。受剪试件制作完成后,在自然条件下养护28d进行烧结保温空心砌块薄灰缝砌体抗剪强度试验。1.2材料性能试验1.2.1mm,企口面宽度试验所用烧结保温空心砌块构造尺寸为l×b×h=365mm×248mm×249mm,企口面宽365mm。依据砌块孔洞数量的不同分为29排孔和21排孔两类砌块,孔洞均为竖直方向贯通孔洞参照GB/T2542—2003《砌墙砖试验方法》1.2.2砌体灰缝和易性比专用砌筑砂浆是一种聚合物混合干粉,即干粉砂浆,其主要成分为水泥、化学添加剂。与一般砌筑砂浆相比,其和易性好、黏结强度高、导热系数小,可提高砌体灰缝饱满度,增强砌块间黏结性能;且易满足薄灰缝(1~2mm)的施工要求,减小由砌筑砂浆灰缝形成的结构性热桥损失,解决现有墙体厚灰缝、高热桥问题,从而改善砌体质量。根据JGJ/T70—2009《建筑砂浆基本性能试验方法标准》1.3试验设施和测量方案的安装1.3.1安装荷载及加载制度试验在西安建筑科技大学结构工程与抗震实验室YE-200A长柱压力试验机上进行。该压力机最大压力2000kN,满足烧结保温空心砌块砌体受压试验的要求。试验前,首先沿试件宽度方向侧面竖向中线安装电测位移计,竖向表座点的距离为500mm;其次沿试件宽度方向侧面水平中线安装电测位移计,水平表座点的距离为260mm。加载装置和测点布置如图4所示。试件安装就位后,首先对试件施加5%的预估破坏荷载,用以检查仪表的灵敏性及安装的牢固性。然后对试件施加5%~20%的预估破坏荷载,反复预压3~5次,当两个宽度侧面的轴向变形不超过10%的相对误差时,开始正式加载。试验采用分级加载制度,每级荷载取预估破坏荷载的10%,且在1.0~1.5min内均匀加完,保持恒载1~2min,同时记录相应的变形值,然后施加下一级荷载。当压力试验机指针明显回弹时,即宣告试件破坏,此时的荷载为试件的破坏荷载。在试件加载过程中,每一级荷载在规定时间内应均匀连续施加,并保持加载速率不变。1.3.2受剪试件的加固受剪试验与受压试验在同一压力试验机上进行,试验加载示意图如图5所示。将受剪试件平放在压力试验机承压板上,调整试件位置使压力试验机轴线与试件的中心线相重合,同时保证试件与试验机加压板和承压板紧密接触,局部不密合时采取垫湿砂的方法保证接触紧密。采用匀速连续加载对受剪试件施加荷载;加荷速度应适中,保证试件在2~3min内破坏,加载过程中保持加载速率不变。当有一个受剪面被剪坏即认为试件破坏,记录试件的破坏荷载,观察试件破坏特征。2试验结果及分析2.1试验现象2.1.1砌体抗压强度与普通烧结黏土砖、混凝土小型空心砌块砌体受压试验相似对于29排孔烧结保温空心砌块薄灰缝砌体,主裂缝及破坏裂缝基本沿砌体宽面顶部第一皮砌块竖缝形成上下通缝,如图6a所示。由于竖缝没有砂浆,砌体不连续性加大,从而使竖缝处应力集中现象更为明显。而在砌体企口面,破坏时裂缝很少,这是因为砌块表面平整度高、灰缝薄,沿企口面方向砌块内部所受的应力较小。对于21排孔烧结保温空心砌块薄灰缝砌体,主裂缝及破坏裂缝除沿砌体宽面竖缝位置形成上下通缝外,还在企口面中间部位形成上下贯通裂缝,如图6b、6c所示。这是由于21排孔砌块表面不平整,沿企口面方向砌块受到了较大的弯折作用所致。烧结保温空心砌块薄灰缝砌体抗压强度试验结果见表5。由表5可以看到,对于29排孔和21排孔烧结保温空心砌块薄灰缝砌体,其开裂荷载和破坏荷载比值的均值约0.5,与混凝土小型空心砌块砌体接近。21排孔砌体较29排孔砌体抗压强度变异系数大,原因是21排孔砌块表面不平整,不同砌体试件内部受到的应力差异较大,说明只有表面高平整度的砌块才适用于薄灰缝砌体。2.1.2砌体强度试验试验加载初期,试件表面及灰缝处无明显破损,直至试件达到破坏荷载时,试件突然沿灰缝断裂,表现出明显的脆性破坏特征。无论是29排孔还是21排孔烧结保温空心砌块薄灰缝砌体受剪试件,大部分试件都发生单剪破坏。两类受剪试件中各有1个试件发生双剪破坏,原因是:1)受剪试件砌筑时不能保证2条灰缝砂浆饱和度完全相同;2)3个加载承压面不能完全保证平行,加载时2条灰缝受力不同。试件的最终破坏形态如图7和图8所示。从试件破坏形态可以看出,灰缝中部分砂浆被剪坏,还有部分位置出现了砌块表面随砂浆一同剥离现象,如图7d、8d中示意处。说明专用砌筑砂浆具有高黏结力,但砌块表面黏结强度不足,需在生产砌块时改进生产工艺,提高砌块表面黏结强度。烧结保温空心砌块薄灰缝砌体的抗剪强度试验结果见表6。由表6可以看到,虽然21排孔结保温空心砌块砌体受剪试件采用双面粘浆法砌筑,而29排孔砌块砌体采用单面粘浆法砌筑,但29排孔砌体抗剪强度与21排孔的相差并不大,且21排孔砌块砌体抗剪强度变异系数要明显高于29排孔的,原因是21排孔砌块表面没有进行磨削处理,表面不平整,不同试件有效受剪面积差别较大,再次说明只有表面高平整度的砌块才可用于薄灰缝砌体中。2.2体育强度公式2.2.1砌体抗起重性能GB50003—2011《砌体结构设计规范》式中:f表7分别给出了烧结普通砖、多孔砖砌体和混凝土砌块砌体按式(1)计算的抗压强度平均值,表中,由表7可以看出,按砌体规范得到的计算值均高于试验结果,原因是烧结保温空心砌块孔洞率高,从而造成有效受压面积相对较小,且孔壁较薄,抵抗砌体内部应力的能力较弱,所以试验结果较普通砌体偏小。对于烧结保温空心砌块薄灰缝砌体,考虑其孔洞率和混凝土小型空心砌块相差不大,同时又为烧结类产品,根据本文的试验结果,建议取k式中:β为孔洞率影响系数,β=0.45/ρ,ρ为烧结保温空心砌块孔洞率。由表7可以看到,式(2)计算值f2.2.2抗剪强度验算GB50003—2011《砌体结构设计规范》式中:k表8分别给出了烧结普通砖、多孔砖砌体和混凝土砌块砌体按式(3)计算的平均抗剪强度值,其中,由表8可以看到,按砌体规范得到的计算值均高于试验结果,原因是烧结保温空心砌块孔洞率较普通砖或砌块要高,从而造成有效受剪面积相对较小,同时该砌块砌体采用的薄灰缝施工工艺,破坏面砂浆的销键作用不明显,故而试验结果较普通砌体偏小。根据试验结果,得到k由表8可以看到,式(4)计算值f2.3壳体的压变形性能2.3.1砌体本构关系根据试验数据,分别给出了29排孔和21排孔烧结保温空心砌块薄灰缝砌体归一化的应力-应变曲线,如图9和图10所示,其中σ根据文献[11]提出的砌体本构关系模型拟合烧结保温空心砌块薄灰缝砌体本构关系,令:式中:σ为压应力;ε为压应变;ζ通过SPSS软件根据试验数据,29排孔砌体峰值压应变均值为9.28×10由图9和图10可以看到,式(6)、(7)和试验曲线吻合较好。因此,建议采用式(6)和(7)来作为烧结保温空心砌块薄灰缝砌体受压应力-应变关系式。2.3.2砌体弹性模量的确定实测的烧结保温空心砌块薄灰缝砌体弹性模量和泊松比,见表9。烧结保温空心砌块薄灰缝砌体弹性模量和泊松比实测值均大于其它类砌体根据式(6)和式(7),取烧结保温空心砌块薄灰缝砌体压应力σ=0.43f因此,烧结保温空心砌块薄灰缝砌体弹性模量计算式可统一表示为:由表9可以看到,弹性模量计算值与实测值吻合较好,因此建议采用式(9)来计算烧结保温空心砌块薄灰缝砌体弹性模量。同时,建议取烧结保温空心砌块薄灰缝砌体泊松比为0.3。3烧结保温空心斑块薄灰缝砌体抗压强度1)通过烧结保温空心砌块薄灰缝砌体受压性能试验发现,受压破坏过程分为3个受力阶段:弹性受力阶段、弹塑性受力阶段及破坏阶段;竖缝无砂浆,造成此处应力集中现象明显,受压破坏时沿竖缝形成上下通缝;29排孔和21排孔两类砌块表面平整度的差异造成了砌体抗压强度变异系数相差较大,说明表面高平整度的砌块更适用于薄灰缝砌体。2)通过烧结保温空心砌块薄灰缝砌体受剪性能试验发现,29排孔和21排孔两类砌体受剪破坏时均带有明显的脆性破坏特征,包括单剪破坏和双剪破坏;受剪面销键作用不明显;砌块表