复合砌体受压承载力实验研究.doc

复合混凝土空心砌块砌体抗压承载力试验研究刘琳1 叶燕华2 孙伟民2（1：南京工程高等职业学校,南京，211135 2：南京工业大学，南京，210009）摘 要：设有聚苯层的复合混凝土空心砌块是一种集节能、承重为一体的新型砌块，本文通过对三片由这种砌块砌成的不同尺寸与构造墙体进行的抗压试验，对这类砌体在承压的过程中主块与包括聚苯层在内的副块的共同工作程度进行了描述，比较了试验所得到的承载力值与根据规范计算所得到的承载力值的大小，对该砌体抗压承载力的计算提出了初步的建议，同时还探讨了不同的构造措施对在竖向荷载作用下的墙体受力性能的影响。关键词：建筑节能 复合混凝土空心砌块 抗压承载力 试验研究Title:The Experimental Study of Composite Concrete Hollow Blocks on Compression CapacityAuthors:Liu lin1 Ye yanhua2 Sun weimin2Affiliations:1:Nanjing Engineering Vocational Technology High School 2:Nanjing University of TechnologyAbstract:Composite concrete hollow block with benzene is a new block with not only energy saving but also high capacity.On the bases of the experimental study of three walls with this kind of material with different size and different structure,this paper discussed the coordinate level of the main block and subsidiary block including benzene during the compression experiments.Compaired with the load bearing from experiments and code.Try to take out some preliminary suggestions on the loading bearing of this block.Inquire into the influence of the capacity of this block with different structure in perpendicular load.Key words: energy saving composite concrete hollow block compression capacity experimental study随着科学技术的进步，以及节能建筑及墙体材料改革的发展和推进，近二十多年来，在国内外的住宅建设的发展中，建筑物的单位面积上的建筑耗能有了大幅度降低的趋势。混凝土砌块建筑具有节能、节地、保护环境等多方面的优势，事实证明，它是替代粘土砖的最有竞争力的新型墙体材料。1997年在扬州召开的全国混凝土小型砌块应用技术研讨会之后，国家建材局将它列为重点发展的产品，各方面的研究与应用均加快了步伐。由南京工业大学承接的对复合混凝土空心砌块砌体的各种力学与结构性能的研究即顺应了这个潮流。设有聚苯层的复合混凝土空心砌块砌体是一种集节能、承重为一体的新型砌块，由这种砌块砌筑而成的墙体的节能效果类似于夹心墙，而施工工艺却简化很多。但是，关于该类砌块工程中应用的文献很少，也不见相关的试验资料，规范更是一片空白，使得该砌块的推广使用受到很大的限制，本次试验就是为了对这种砌块所砌成的墙体结构在受压状态下的性能进行测试，并对这种砌体实际的使用提出设计与施工的建议。一、试验介绍1.1 复合混凝土空心砌块基本情况介绍基金项目：复合砌块墙体结构和热工性能试验研究资助机构：江苏省建设厅作者简介：刘琳（1976年7月），女，讲师，研究生这种复合混凝土空心砌块由三部分组成：第一部分为普通的混凝土小型空心砌块，长宽高为390mm190mm190mm，用作墙体中的承重部分；第二部分为外层的混凝土保护层，厚度为25mm，用作墙体中的围护部分，材料与第一部分相同；第三部分为聚苯板，厚度为25mm，用作隔声、隔热材料；聚苯板两侧有15mm厚的燕尾榫与混凝土块内的燕尾槽咬合。该砌块由德国进口生产线生产，产品一次成型，即得到如图1所示成品。该砌块既继承了混凝土空心砌块的优良特点，可以简单施工，方便配筋来提高砌块建筑的强度和变形能力，提高抗震性能，又具有良好的节能隔声效果。 图1 复合混凝土空心砌块示意图1.2 试验构件介绍为了对该砌块的受压性能进行研究，本次试验设计了3片墙体试件，分为a，b两组，编号分别为Wa1， Wa2；Wb，如图2所示。墙体所用砌块主块尺寸长宽高为390mm270mm190mm；辅块为主块的一半，尺寸为长宽高为190mm270mm190mm。图2 试验墙体尺寸墙体的具体构造如下：Wa1：高宽为 2000mm1000mm，顶部为为长度1m的圈梁，其截面尺寸如图3所示：宽高为270mm200mm。Wa2：具体尺寸和构造与Wa1相同，唯一与Wa1不同的是Wa2中每两皮砖设置两根直径6mm的HRB235 “Z”形拉结筋，拉结筋的配置见图4，并在拉结筋的位置处贴有应变片。Wb：高宽为 1000mm1000mm，顶部圈梁构造与Wa1一样，每两皮砖设置两根直径6mm的HRB235 “Z”形拉结筋。图3 圈梁配筋图图4 拉结筋配置示意图在制作抗压墙片试件时，同时制作四种抗压试件：墙体砂浆标准立方体抗压试块，1组，6块；圈梁混凝土标准立方体抗压试块2组，每组3块；砌块抗压强度试件2组，每组5块，一组为带有聚苯层的复合混凝土空心砌块，另一组为将复合混凝土空心砌块中的混凝土保护层和聚苯层去除以后的与普通混凝土空心砌块类似的砌块；砌体标准抗压试件1组，5块。其中，制作砌体标准抗压试件时，均按照国家标准砌体基本力学性能试验方法标准，采用同批材料。本试验制作了5个高宽厚为590mm390mm270mm的标准试件，并进行抗压试验，如图5所示。试件上下表面用1：3水泥砂浆找平，砂浆厚度为10mm。图5 砌体抗压试件1.3 试验装置及加载制度本试验通过反力架的水平反力梁来提供竖向力，通过液压加载系统来施加竖向荷载，该系统由液压操纵台来控制两个串连的加载能力为100t的千斤顶同步施加竖向荷载。在墙体圈梁的顶面铺一层砂，厚度约1cm。因为圈梁的刚度比较大，而且千斤顶的底座也很大，因此，将千斤顶直接作用在圈梁顶面的4分点处。荷载作用点在墙体砌块190mm主块的纵向中心线上。加载制度按照砌体基本力学性能试验方法标准（GBJ 129-90）有关规定执行。考虑工程实际，竖向荷载施加到主块的中心线上。根据砌块抗压强度试验结果，估算加载值。液压加载系统由控制台调整油压来控制加载，每级油压所对应的荷载已经事先标定好。在初始阶段，每级油压增量为2MPa，到达10MPa时，每级油压增量为1MPa，直至破坏；每级荷载持续3分钟。1.4 试验结果 对砂浆、砌块和标准砌体抗压试件进行抗压试验，试验结果见表1：表1 材料抗压试验结果编号砂浆抗压强度(MPa)复合砌块抗压强度(MPa)去除保护层和聚苯层后的砌块抗压强度(MPa)砌体抗压强度(MPa)最大荷载KN抗压强度最大荷载KN抗压强度最大荷载KN抗压强度最大荷载KN抗压强度136.377.288908.457009.45 7457.07249.109.827006.654506.076095.78349.079.807507.126408.64 6606.27451.4710.305805.514355.875164.90539.207.845009.24448 4.486255.94634.806.96平均8.677.406.916.00注：1、在计算砌块和砌体的抗压强度时采用的截面尺寸均为全截面尺寸； 在对如图4所示的砌体抗压试件进行抗压试验的过程中发现，砌体均呈压酥破坏。沿砌体的短边中央首先出现竖向裂缝，最后连成竖向通缝，短边孔洞边角出现不连续裂缝，长边沿灰缝方向出现裂缝，长边孔洞边角和孔洞中央也出现不连续竖向裂缝，保护层中间有竖向裂缝轻微外凸，大部分保护层未脱落，只有一个试件的保护层有部分的脱落。在对砌体抗压试件墙体进行试压后得到的试验结果见表2。表2 砌体抗压试件的开裂荷载和极限荷载试件编号Wa-1Wa-2Wb开裂荷载(kN)9448721152极限荷载(kN)128813521352在进行抗压试验的过程中，我们大致将该砌体的破坏分为三个阶段，即弹性阶段、裂缝发展阶段和破坏阶段，这三片墙体的破坏情况基本上都是：首先沿着混凝土主块产生裂缝，随着荷载的增加，裂缝不断地开展，保护层混凝土上也产生了几条主要的裂缝，最后构件形成几个独立的砖柱失稳而破坏，但是，至始至终，混凝土保护层都未从主块上脱落，这表明，聚苯保温层对主块和保护层的连接是有效的。二、试验结果分析为了验证该复合混凝土小型空心砌块在实际工程中的可行性，本文拟采用现行砌体结构规范对该种砌体的标准抗压强度和受压承载力进行计算，主要根据如下几种情况进行分析。2.1 带有聚苯层与不带聚苯层的砌块强度分析 从表1的实验数据可以看出，带有聚苯层的砌块抗压强度比去除保护层和聚苯层的砌块的抗压强度要高大约7%左右，从这种复合砌块的构成不难看出，砌块外侧的聚苯层和混凝土保护层的强度虽然很低，但是我们不能忽略他们对砌体强度的有利影响。2.2对砌体标准抗压强度分析 我国砌体结构设计规范（GB5003-2001）中采用的砌体抗压强度的计算公式采用： （1）其中：砌体抗压强度平均值（Mpa）块体的抗压强度平均值（Mpa）砂浆的抗压强度平均值（Mpa）与块体类别有关的参数与块体高度及砌体类别有关的参数砂浆强度较低或较高时砌体抗压强度的修正系数，在本文中为1.0；将上述试验值代入公式（1），此处考虑的取值与规范中混凝土小型空心砌块的一样为0.9，可以得到： 通过计算可得到，这个数值与规范中混凝土小型空心砌块的=0.46并不一样，这个数值可以通过今后对这种新型砌块的大量的试验数据得到。2.3按照现行规范考虑高厚比修正系数时的砌体承载力计算值与试验值的比较2.3.1考虑由于聚苯层和保护层引起的偏心参考试验结果，采用现行的规范公式： （2）式中：N轴向承载力；高厚比和轴向力的偏心矩e对受压构件承载力的影响系数；砌体轴心抗压强度；考虑到在计算砌体标准试件的抗压强度时，采用的面积为砌体的毛面积，而实际上该复合砌体的聚苯层和混凝土保护层对砌体的抗压强度的贡献并不大，所以在此不采用规范中的符号；A此处考虑实际压力由混凝土主块承受，故取A为混凝土主块的截面面积190190mm。高厚比可按下式计算。 （3）式中：考虑砌体材料对高厚比的修正系数， 为计算高度，为混凝土主块的高度190。此处，考虑了由于聚苯层和保护层引起的偏心矩。 具体计算结果见表3： 表3 考虑聚苯层和保护层参加工作情况下的计算结果试件编号A（）（）（）试验值Wa-10.1911.58400.419477.6612880.371Wa-20.1911.58400.419477.6613520.353Wb0.195.79400.524596.913520.4412.3.2 不考虑由于聚苯层和保护层引起的偏心从表3中的数据可知，如果考虑由于聚苯层和保护层引起的偏心，用规范公式进行这种复合砌块的设计过于保守，如果在用规范公式的时候，不考虑由于聚苯层和混凝土保护层引起的截面的几何中心与实际重心的偏心，即考虑偏心矩为0，同时计算高厚比时用截面的总厚度270代替混凝土主块的厚度190，则计算出的理论计算承载力与实际承载力对比见表4：表4 不考虑聚苯层和保护层参加工作情况下的计算结果试件编号A（）（）（）试验值Wa-10.278.14800.907103712880.805Wa-20.278.14800.907103713520.767Wb0.274.07400.979111713520.8262.4 重新选择砌体材料的高厚比修正系数 根据表3和表4可知，无论是考虑由于聚苯层和保护层引起的偏心还是不考虑聚苯层和保护层引起的偏心，根据规范计算所得到的该复合砌块的承载力与实际承载力都有一定的差别，对于设计来说，虽然是安全的，但是未必经济，本文试图根据实验所得到的数值，重新选择砌体的高厚比修正系数。考虑到实际情况与上面的对比结果，在重新选择高厚比修正系数时不考虑聚苯层和保护层引起的偏心，即。表5 重新选择砌体材料的高厚比修正系数试件编号试验值A（）（）Wa-112880.2760.7950.001513.111.76Wa-213520.2760.8350.001511.501.55Wb13520.2760.8350.001511.50 3.11此处： 令 ，不难求出的数值，再根据求得，由于本次试验砂浆强度为8.675,所以=0.0015,再根据求得.从上表中不难看出，如果根据复合砌块砌体的实际抗压承载力计算出来的高厚比修正系数的数值要比根据普通混凝土小型空心砌块砌体所确定的=1.1的数值大，对于试块墙Wb的更大，甚至达到了3.11，这是由于该试块墙的高度只有一米，而墙厚与构造情况和其余的墙体都一样。根据砌体材料确定的高厚比修正系数的大小与砌体的强度和变形性能有关,为了保证对该种砌体的设计更为安全与经济,我们认为有必要对这种新型的砌体材料的进行进一步的确定。三、设计及施工建议通过本次试验不难看出以下几点