粉煤灰加气混凝土砌块砌体性能试验研究

粉煤灰加气混凝土砌块砌体性能试验研究

1用砂浆制成的碳灰粉的体积强度测试1.1试验试件方程强度与砌块中的格度有关。在含水率45%时进行试验,分别在两个砌块的上中下三个部位取试件,强度为4.2MPa~5.1MPa,平均fAcu,15=4.6MPa。进行砌体试验时,立方体的含水率为15%~31%,强度为3.7MPa~4.2MPa,平均f1=4.0MPa。由江苏省建筑科学研究院有限公司结构工程研究所研制的专用砌筑砂浆强度试验试件两组,每组6个,第1组1.90MPa,第2组1.98MPa,平均f2=1.94MPa;砌体抗压强度试验试件一组。试验结果为:开裂应力与破坏应力之比(fm,t,c/fm,t)=0.57>0.43,即正常使用极限状态下不裂。取f1=4MPa,f2=1.94MPa,按现行GB50003《砌体结构设计规范》中的混凝土砌块砌体抗压强度公式计算,得fm,c=1.82MPa。以试验值为准,fm,c/fm,t=1.82/1.83=0.99,计算值略小于试验值,可以接受。因此,可以用GB50003-2001《砌体结构设计规范》中的混凝土砌块砌体抗压强度公式来计算粉煤灰加气混凝土砌块砌体的抗压强度。1.2抗剪强度计算公式砌体抗剪强度试验试件一组共6个。GB50003《砌体结构设计规范》中,烧结砖砌体抗剪强度的计算公式为:故可用此公式计算粉煤灰加气混凝土砌块砌体的抗剪强度。这说明专用砌筑砂浆提高切向的粘结强度效果很好。1.3通缝弯曲强度砌体通缝弯曲抗拉强度试验试件1组共3个。GB50003-2001《砌体结构设计规范》中蒸压粉煤灰砖砌体的通缝弯曲抗拉强度计算式为:故该公式可用来计算粉煤灰加气混凝土砌块砌体的通缝弯曲抗拉强度。这说明专用砌筑砂浆有助于提高法向粘结强度。1.4空心砌体抗压强度虽然试验中粉煤灰加气混凝土砌块和专用砌筑砂浆的强度较低,且试验数量较少,但试验结果的规律性是显著的,可供参考。(1)粉煤灰加气混凝土砌块砌体的抗压强度可用GB50003-2001《砌体结构设计规范》中混凝土小型空心砌块砌体的砌体抗压强度计算公式计算。计算值/试验值=0.99<1.0。(2)粉煤灰加气混凝土砌块砌体的抗剪强度可用GB50003《砌体结构设计规范》中烧结砖砌体的砌体抗剪强度计算公式计算。计算值/试验值=0.97<1.0。(3)粉煤灰加气混凝土砌块砌体的通缝弯曲抗拉强度可用GB50003《砌体结构设计规范》中蒸压粉煤灰砖砌体的砌体通缝弯曲抗拉强度计算公式计算。计算值/试验值=0.93<1.0。(4)JGJ/T17-2008《蒸压加气混凝土建筑应用技术规程》对砌体的抗压强度规定为:M2.5时,fk=0.6fck;M5.0时,fk=0.66fck。fck—加气混凝土抗压强度标准值。式中:0.88—考虑在构件中强度与材料强度差别的折减系数;1.10砌体抗压强度fAcu,15—出釜时立方体强度等级代表值(MPa);σf———强度标准差。式中:δf为材料立方体抗压强度变异系数,δf=0.10~0.18。JGJ/T17-2008《蒸压加气混凝土建筑应用技术规程》取δf=0.15。GB50003-2001《砌体结构设计规范》规定:式中:fm——砌体平均强度,即砌体强度试验平均值(MPa);δfm——砌体抗压强度变异系数,GB50003《砌体结构设计规范》取δfm=0.17,则fk=1.32MPa,fk=0.40fck。这与JGJ/T17-2008《蒸压加气混凝土建筑应用技术规程》给出的公式不符。前面已说明,若用GB50003《砌体结构设计规范》中混凝土砌块砌体抗压强度的计算公式计算,则试验值符合计算值。fm=0.46f10.9(1+0.07f2),fm=1.82MPa,计算值/试验值=0.99≈1.0。如果将设计值进行比较,按GB50003《砌体结构设计规范》相关方法得到的砌体抗压强度为按JGJ/T17-2008《蒸压加气混凝土建筑应用技术规程》得到的砌体抗压强度的0.8倍。(5)采用专用砌筑砂浆,不仅有利于操作性和功能性,也会对引起砌体性能,特别是受力性能的变化(提高或降低),值得注意。因此,专用砂浆砌筑的砌体力学性能应做系统的试验研究,不同专用砌筑砂浆的效果也不相同。2用砂浆制成的碳灰粉的体积强度设计2.1fck值变异系数根据JGJ/T17-2008《蒸压加气混凝土应用技术规程》,砌体抗压强度计算值f见表1。以上数据是由M2.5时,fk=0.6fck;M5时,fk=0.65fck,f=fk/rf=fk/1.6得出。fck=0.88×1.10fAcu,15-1.645σ,变异系数δf=σ/fAcu,15=0.15。根据专用砌筑砂浆试验结果,GB50003《砌体结构设计规范》规定的混凝土砌块砌体抗压强度计算公式符合试验结果,fm=0.46f10.9(1+0.07f2),fk=fm(1-1.645δf),δf=0.17、f=fk/rf=fk/1.6。考虑到加气混凝土砌块砌体的砌筑较困难,将δf提高为δf=0.19,计算结果见表2。按GB50003《砌体结构设计规范》计算的砌体抗压强度设计值约为JGJ/T17-2008《蒸压加气混凝土应用技术规程》规定砌体抗压强度设计值的80%。2.2混凝土体通缝抗剪强度JGJ/T17-2008《蒸压加气混凝土应用技术规程》给出了加气块砌体通缝抗剪强度(见表3),但没有给出数据是如何得来的。本文用少量试验说明,采用专用砌筑砂浆后,粉煤灰加气混凝土砌块砌体的抗剪强度和烧结砖砌体的抗剪强度相当。因此,可以采用公式调整为计算结果见表4。2.3混凝土砌体的通缝弯曲强度JGJ/T17-2008《蒸压加气混凝土应用技术规程》没有给出加气块砌体弯曲抗拉强度设计值,只给出了加气混凝土的抗拉强度值,见表5。GB50003《砌体结构设计规范》给出了蒸压粉煤灰砖砌体的通缝弯曲抗拉强度平均值的计算公式为:本文的专用砌筑砂浆的试验值与计算值接近,若采用该公式来计算通缝弯曲抗拉强度平均值,且ftm,k=ft,m(1-1.645δv),δv=0.20,考虑到加气混凝土砌块的操作性较差,故增加为:δv=0.20,ftm=ftm,k/rf=ftm,k/1.6。计算结果见表6。加气混凝土砌块砌体的通缝弯曲抗拉强度远低于加气混凝土的抗拉强度。可见,受弯时决不会在加气混凝土砌块中断裂,试验也表明均在灰缝处拉断。3自承重墙自承重墙多层砌体房屋中的加气混凝土砌块外墙可能是承重墙,也可能是自承重墙。其他几种结构中的加气砌块墙均为自承重的填充墙,而粉煤灰加气混凝土砌块墙无论承重或自承重,都需要进行如下结构验算:高厚比验算、受压构件验算、受弯构件验算和受剪构件验算。3.1装复式墙高厚比验算JGJ/T17-2008《蒸压加气混凝土应用技术规程》对加气砌块墙高厚比验算的规定与GB50003《砌体结构设计规范》在参数的取值上有所不同,可用于承重墙,也可用于非承重墙。3.2调整系数及偏心影响系数JGJ/T17-2008《蒸压加气混凝土应用技术规程》给出轴心或偏心受压承载力计算公式为:式中:0.75为γra=1.33的倒数。JGJ/T17-1984《蒸压加气混凝土应用技术规程》的安全系数经多年使用验证后,认为是合理的,在按《建筑结构可靠度设计统一规程》规定的统一结构可靠度和表达式形式进行修订时,为了保持原有的合理的安全系数,以及新旧规范的对接,对加气混凝土构件引入了调整系数γra=1.33。φ、α分别为受压构件的纵向弯曲系数和轴向力的偏心影响系数。和GB50003《砌体结构设计规范》中其他砌体受压构件不同,φ和α是分列的,分别计算其影响,而在GB50003《砌体结构设计规范》中,稳定和偏心综合反映为一个系数,即高厚比和轴向力偏心距对受压构件承载力的影响系数,两者并无本质不同。多层砌体房屋中的承重墙当然需要进行轴心或偏心受压构件承载力的验算。自承重墙按此验算可以确定其建造的高度,如果超出这个高度,则受压承载力不足。故在每一个可建造高度处应设置一个支承梁来承托墙。对于自承重墙也有偏心受压的问题,这是由于填充墙墙面要与热桥处墙面齐平,填充墙墙面突出混凝土构件侧面若干距离,使填充墙在自重作用下偏心受压。填充墙挑出的距离就是热桥处隔热保温材料层的厚度。根据需要,可以允许热桥处有较厚的隔热保温层。那么一定宽度的填充墙的挑出距离多少为宜呢?如以能否倾覆为根据,倾覆的安全系数设为2.0,可计算出挑出最大距离为墙厚B的0.4倍,此时偏心距为0.2B,小于最大偏心距限值0.25B。3.3砌体结构的设计多层砌体房屋中加气砌块外墙需要进行抗震受剪承载力验算。JGJ/T17-2008《蒸压加气混凝土应用技术规程》给出了加气砌块墙的受剪承载力验算公式,但没有抗震验算的计算式。由高连玉、赵成文等撰写的《〈蒸压加气混凝土砌块砌体结构技术规程〉编制背景》一文,提供了加气混凝土承重墙抗震承载力的试验,其中两片素墙的抗震承载力计算值与试验值之比分别为0.75和0.81,计算值偏于安全。所用的计算方法实为GB50011-2010《建筑抗震设计规范》对砌体结构规定的方法。因此,本文建议加气块墙的抗震受剪承载力可按GB50011-2010《建筑抗震设计规范》验算。式中:ζN为砌体抗震抗剪强度的正应力影响系数,可按GB50011-2010《建筑抗震设计规范》普通砌体取值。3.4其他砌体受弯构件设计JGJ/T17-2008《蒸压加气混凝土应用技术规程》没有给出受弯承载力验算公式。GB50003-2001《砌体结构设计规范》给出了其他砌体受弯构件承载力计算公式:可用该公式来验算风荷载作用下的加气砌块墙受弯承载力,此时,式中M为外墙上风荷载引起的弯矩。根据墙顶与上部混凝土梁连接的两种做法,墙的顶部可以是铰接或固结,墙的底部为固结。因此外墙在风荷载作用下,为两端固结梁或一端固结、一端铰结的梁,以此计算其弯矩。ft,m在这种情况下为通缝弯曲抗拉强度。3.5砌体平面受剪试验本文讨论的是加气砌块外墙在风荷载作用下的受剪承载力验算,因此是在平面外的受剪验算。通常的砌体受剪试验都是模拟在砌体墙平面内的受剪作用,由此得到的砌体抗剪强度通常不宜用来作为平面外受剪验算。本文进行了砌体平面外受剪强度的试验,但由于试件支承面和加荷面的面积较大,试验时很难做到使其相互平行和均匀受力,因此试验数据明显偏小,不能采用。考虑到两个方向的砌体受剪,在砌块和砌筑砂浆界面上受剪破坏的机理是相同的,因此仍然采用砌体平面内抗剪强度来验算砌体平面外的抗剪承载力。JGJ/T17-2008《蒸压加气混凝土应用技术规程》没有给出受弯构件的受剪承载力验算公式。可以借用GB50003《砌体结构设计规范》对于其他类型砌体受弯构件的受剪承载力验算公式:式中:b—截面宽(mm);fv—砌体通缝抗剪强度(MPa)。4填充外墙拉结筋以南京地区的框架结构和抗震墙结构房屋的填充墙为例,计算加气砌块墙在风荷载作用下的砌体强度。考虑为C类地面粗糙度类别。基本风压W0取0.40kN/m2;风荷载体型系数MS取局部风压体型系数,1.0;风压高度变化系数Mz和陈风系数βgz按三个高度,即30m、60m、90m取值;荷载分项系数取1.4。加气块外墙的侧边与混凝土柱或混凝土墙相接。因为填充墙后砌,留下了统长的竖缝。竖缝中灰浆充填不易密实,因此很易在此缝处开裂。采取构造措施后可以使裂缝宽度减小,但无法阻止裂缝的产生。因此此缝不必砌筑,留缝嵌上填充材料和做好表面防水即可。对粉煤灰加气混凝土砌块填充外墙而言,两个侧边是自由边。在加气块墙的水平灰缝中将按照GB50003《砌体结构设计规范》和GB50011-2010《建筑抗震设计规范》的要求,留置规定的拉结筋,由于此筋在混凝土构件上的留置位置很难对准灰缝位置,且钢筋在灰缝中的锚固不是很可靠,填充外墙的拉结筋只能作为防止墙体倒塌的构造措施,不能在设计计算时将其作为墙体侧边的铰结支座,填充外墙两个侧边仍然可视为自由边。加气块外墙的顶部可以考虑两种做法,做法一:先在梁底以膨胀螺栓将阻止墙体出平面侧向位移的铁件固定,再将墙砌至梁底2mm~3mm处,缝内不灌浆。这种做法的好处是:在收缩和温度变化的作用下,产生的应力较小,避免开裂;在出平面的水平力作用下(如风力),则由铁件提供水平反力,这时的计算简图为墙的底部固结、顶部绞结,两个侧边自由,弯距相对较大。做法二:在墙砌至顶部时,留30mm~50mm空隙,待墙体下沉变形稳定后,用干硬性混凝土捻入墙顶空隙,使混凝土嵌实。这种做法的好处是:在出平面的水平力作用下,墙的计算简图是上下两端均为固结,两个侧边为自由,墙的弯矩较小,容易满足承载力要求。但由于顶部也是固结,约束较强,温度变化和材料干缩引起的应力较大,容易开裂。可以视情况而选定一种做法。计算按两种计算简图进行:侧边自由,墙顶和墙底都是固结;侧边自由,墙顶铰结,墙底固结。计算跨度3m。计算结果见表7、表8。根据试算结果可以得出如下几点结论:(1)风荷载作用下粉煤灰加气混凝土砌块墙出平面的弯曲和受剪承载力验算是必要的,本文研究是对JGJT17-2008《蒸压加气混凝土应用技术规程》的补充。(2)从承受风荷载有利角度出发,不宜采用墙顶铰支,墙底