烧结装饰多孔砖夹芯复合墙砌体弯曲补强性能研究

烧结装饰多孔砖夹芯复合墙砌体弯曲补强性能研究

0对夹芯保温复合墙体的构造近年来，随着国家墙的改革，特别是节能65%政策的提出，建筑结构功能功能的要求日益提高。现有墙体的结构和材料应满足这一要求。因此，研究新墙的结构不同于现有的内部隔热涂层和外部压力。夹芯保温复合墙体是集承重、保温、隔热、装饰于一体的节能墙体,在国外应用较为广泛,近年来也被我国广大技术人员认同。但是,我国现行规范中,仅对这类结构的形式和构造做了规定,对其静力和地震作用下的力学性能等还不是很明确,构造措施也不完善。本文选择多孔装饰砖作为外装饰材料,在依据GBJ129—90《砌体基本力学性能试验方法标准》的基础上,对夹芯墙砌体的抗弯性能进行了初步研究。1材料总结1.1抗压强度测试试验所用烧结装饰多孔砖由青岛新型墙体材料有限公司生产,主要原料为页岩,规格尺寸为240mm×115mm×90mm,有2种规格的矩形孔共23个,孔洞率为27%,外装饰表面平整光滑,较致密,对其随机抽取10块进行测试,试验结果表明抗压强度达到MU30。1.2不同配比的确定试验水泥为陕西秦岭水泥有限公司生产的42.5级普通硅酸盐水泥;砂为西安霸河地区的中砂,细度模数为2.3~2.9。经试配,在标准养护条件下测其强度,最终确定试验用砂浆配合比。按JGJ70—90《建筑砂浆基本性能试验方法》的要求,实测砂浆抗压强度,得到M7.5、M10、M15、M20共4个等级8组砂浆对应的强度实测平均值:通缝试件分别为9.1、14.0、16.9和24.0MPa,齿缝试件分别为9.3、12.9、15.8和21.8MPa。2试验总结2.1试件结构及尺寸根据国际标准ISO9652-4中砌体抗弯试验方法:对于多孔砖类型的块体,抗弯强度试件的最小尺寸原则,即其最小灰缝数为9个来确定试件尺寸。按照先砌内叶墙,然后将保温板材紧贴内叶墙,同时,放置直径5mm的Z型拉接筋,再砌外叶墙工艺流程进行,为了减少砌筑水平带来质量差异,试件在平整的场地上,同批次均由1名中等技术水平的瓦工制作完成。综合标准及组合受力分析,确定通缝抗弯试件尺寸240mm×405mm×990mm(见图1),齿缝抗弯试件尺寸1240mm×405mm×290mm(见图2)。每个通缝试件布置3个Z形拉接筋,分布于第1、5、9层灰缝中间。每个齿缝试件共布置7个Z形拉接筋,按照梅花形布置于2层灰缝中。2.2实验机装置2组试件在自然条件下养护28d后开始试验,均采用300-1型液压式万能实验机,逐级加荷装置由电子显示设备提供。简支梁支点之间的距离为:通缝试件720mm(见图3),齿缝试件900mm(见图4)。需要注意的是,本试验结果计算试件承受荷载时未计入试验装置的自重。2.3弯曲应力测量试验时垂直荷载作用于试件的三分点处以形成试件中部的纯弯段,逐步加载直至试件破坏。在正式加载之前,试件上应标出支座与荷载作用线的准确位置,并在纯弯曲段测量截面尺寸,测量精度为1mm。采用匀速连续加载的方法,避免冲击,加荷速度按试件在3~5min内破坏进行控制,并使弯曲应力的增长速率为0.3~0.4MPa/min。试件破坏时,记录破坏荷载值和试件破坏特征。若试件破坏发生在纯弯曲段外,则视为不正常破坏,该数据应舍去。3关于体积弯曲性能的实验研究3.1抗弯破坏特征从试件的破坏情况来看,不论是沿通缝还是沿齿缝截面弯曲抗拉试件,从加载至破坏均没有明显的预兆,试件表面也未见明显的裂缝开展,表现出明显的脆性特征。所有试件破坏时,不管哪种破坏形态,破坏部位均在弯曲抗拉试件跨中的1/3范围内,即在纯弯曲段,均属正常破坏。对于夹芯砌体沿通缝截面的抗弯破坏,其破坏面都在砂浆层与块体的粘结面,而且非常平整,与非夹芯砌体不同的是其有通缝破坏出现在内外墙的相邻2个砂浆层,形成齿形通缝(见图5)。对于夹芯砌体沿齿缝截面的抗弯破坏,其破坏截面部分为沿灰缝,部分为沿砖截面发生破坏,另外内外墙出现了一面齿缝破坏、一面通缝破坏的形式。具体破坏特征分别表现为:沿跨中某个截面断裂(即在1个截面上将砖和砂浆一起拉断);沿齿形灰缝发生松动破坏,但整个试件并未出现明显错位和断裂;在跨中某个截面沿齿形灰缝断裂且砖发生明显破坏。齿缝抗弯试件的典型破坏形式见图6。3.2试验结果的计算根据国际标准ISO9652-4:三分点抗弯强度,不论是沿通缝截面的抗弯,还是沿齿缝截面的抗弯,单个试件抗弯强度ftm,m应按下式计算,其计算结果取值精确至0.01MPa:式中:ftm,m——试件的抗弯强度,MPa;W———试件的抗弯破坏荷载值,N;L——试件计算跨度(简支梁之间的距离),mm;b——试件的有效宽度,mm;h——试件的有效高度,mm。这里的有效高度和宽度分别指的是通缝试件的高度和齿缝试件的宽度,计算方法为,其中x1、x2分别为保温板两侧的墙厚。对8组48个试件抗弯荷载实测,经计算并取每组强度、均方差、变异系数的平均值作为数据分析,见表1。从表1数据可看出,同材质同强度等级的装饰多孔砖作为内外叶墙形成的夹芯砌体,不论是通缝还是齿缝抗弯,其抗弯强度都随着砂浆强度的提高而增大,与非夹芯砌体的变化规律相符。各组数据的均方差和变异系数均较小,表明试验结果可靠度高,误差满足要求。3.3实验结果和抗弯系数GB50003—2001《砌体结构设计规范》给出的烧结多孔砖砌体抗弯强度计算公式为:式中:f2———砂浆强度,MPa;k4———抗弯系数,规范规定,对于烧结多孔砖k4的取值为:沿通缝0.125;沿齿缝0.250。对现行规范公式两边取对数则可得:可设为:Y=nX+b按照上式的形式对表1中数据取对数进行一元线形回归可得:通缝:Y=0.302X-0.755,与上式对应可得:k4=0.47,n=0.30。同理对齿缝抗弯试件则有:综合上面2组实验数据的回归,参考规范对抗弯强度平均值计算形式,可得计算公式为:考虑到试验数据的离散,采用回归公式仍有一部分试验点落在回归线以下,可能偏于不安全,所以需要再对回归系数进行调整。因此,建议在回归公式的基础上,对系数k5取0.95的折算系数,公式则修正为:沿通缝截面:ftm,m=0.45f20.30由此可见,本试验得出的抗弯系数比规范公式给出的实心砖砌体抗弯系数大。将试验实测值、本实验提出的公式计算值进行比较见表2。由表2可知,实测值与本文提出的计算值的比值都大于1,而计算时未将实验装置荷载计入在内,因此,本文最终提出的两式作为夹芯复合墙多孔砖砌体抗弯强度平均值的计算公式是安全的。4抗弯强度计算方法(1)对于夹芯砌体通缝和齿缝抗弯试件,破坏形式除了主要取决于砂浆层与块体的粘结面强度外,由于有了夹芯层,在内、外墙中出现了块体齿缝破坏、砂浆通缝破坏的形式。(2)参考现行