（岩土工程专业论文）框架轻质填充墙温度和干缩裂缝产生机理的研究.pdf

西华人学硕i 埠位论文 框架轻质填充墙温度和干缩 裂缝产生机理的研究 岩土工程专业 研究生班明霞指导教师王泽云( 教授) 摘要 轻质砌块填充墙具有质量轻、节能、节地、利废、环保、高强、轻质、保温、 隔声、高效省工等一系列优点，是一种绿色的墙体材料，具有广阔的发展f ；i 景。 但是这种新型墙体在使用过程中易出现各种裂缝问题，从而影响建筑外观及 使用功能，这严重制约了对轻质填充墙的推广应用。因此有必要对框架填充墙 的裂缝产生和发展机理作深入的研究与分析。本文主要针对框架轻质填充墙温 度和干缩裂缝产生和发展的机理进行分析研究。 本文首先在广泛调查研究及对墙体裂缝宽度和深度测试的基础上，总结了 框架填充墙裂缝的特点及裂缝形式。并结合实际工程裂缝状况，初步分析了框 架填充墙裂缝的形成原因。笔者认为引起框架填充墙产生裂缝的主要原因有两 个：一是温度变化：二是砌体干缩。填充墙体在温度、干缩及其他因素共同作 用下产生内应力，这些内应力从墙体砌筑完成便已开始形成并一直会在墙体中 发生变化，变化过程中在墙体的薄弱部位形成较大的应力集中，当该处的应力 大于该处墙体材料的抗拉强度时，则会产生裂缝。墙体周边较为薄弱部位的应 力比较集中，因此对影响墙体开裂的各种因素更加敏感，导致墙体容易丌裂。 另外，轻质砌块、砂浆的干燥收缩值较大，由此引起的内应力也较大，而砌块 的抗拉和抗剪强度以及砂浆与砌块的粘结强度较低，造成砌块抗裂性能较差。 本文利用a n s y s 有限元方法计算了不同几何尺寸和不同墙体材料的应力和 位移，通过对计算结果分析可得出如下一些结论：( 1 ) 在墙体底部和顶部的主 两华人学硕l ：学位论文 拉应力相对较大，沿着墙体两边向墙体中心主拉应力逐渐减小，主拉应力基本 上沿墙体的中轴对称分布，墙体四个角部的应力最大。( 2 ) 不同墙体材料的框 架填充墙主拉应力相差颇大。这主要跟材料的收缩率、线膨胀系数、弹性模量 相关：砌体收缩率越大，收缩变形越大，收缩应力越大，墙体越容易开裂：砌 体线膨胀系数越大，对温度越敏感，随温度变化时的变形越大，温度应力越大； 弹性模量的大小直接影响墙体应力，弹性模量越大，墙体应力越大。( 3 ) 墙体 沿水平方向的位移从中间向两端逐步增大，沿墙高方向，墙体的位移由底到顶 逐步增大；墙体的宽度对x ，y 方向位移影响很小，墙体高度对y 方向的位移影 响较大。 最后，根据研究结果并结合实际工程经验，从墙体材料的选择、建筑和结 构设计方法、构造措施、施工措施等几个方面，提出了框架填充墙体裂缝控制 措施。 关键词：框架填充墙；裂缝；产生机理；控制措施；有限元分析 两华大学顾l ：学位论文 s t u d yo nt e m p e r a t u r ea n dd e s i c c a t i o nf i s s u r e s p r o d u c i n gm e c h a n i s mo fl i g h t - w e i g h tf i l l e dw a l lf l a m e m a j o r ：g e o t e c h n i c a le n g i n e e r i n g g r a d u a t es t u d e n t ：b a nm i n g x i a a d v i s o r ：p r o f w a n g z ey u n a b s t r a c t d e v e l o p m e n tp r o s p e c t so fl i g h tw e i g h t b l o c ki n f i l lw a l la r ev e r yw i d ea si th a s as e r i e so fa d v a n t a g e ss u c ha sl i g h tw e i g h t ，e n v i r o n m e n t a lp r o t e c t i o na n ds oo n h o w e v e r , w h e ni ti se x t e n d e da n da p p l i e d ，a l lk i n d so fp r o b l e mo ff i s s u r ea p p e a r e a s i l y t h ea p p e a r a n c eo f b u i l d i n ga n du s ef u n c t i o n sa r ei n f l u e n c e d t h ep r o b l e mo f f i s s u r ei nf r a m e w o r k i n f i l lw a l lr e s t r i c t ss e r i o u s l yt h ew i d ea p p l i c a t i o no fn e w t y p e - e n e r g ys a v i n g - w a l lm a t e r i a l s oi ti sn e c e s s a r yt os t u d ya n da n a l y z e f i s s u r e s p r o d u c i n ga n dd e v e l o p i n gi nf r a m e w o r k i n f i l lw a l lm o r e t h em a i np u r p o s eo ft h i s p a p e ri st os t u d yo nt e m p e r a t u r ea n dd e s i c c a t i o nf i s s u r e sp r o d u c i n gm e c h a n i s mo f l i g h t w e i g h tf i l l e dw a l lf r a m e f i r s t l y , c h a r a c t e r s a n d t y p e s o ff i s s u r e i nf r a m e w o r k i n f i l lw a l lw e r e s u m m a r i z e db a s e do nw i d ei n v e s t i g a t i o na n dr e s e a r c ha n dt h et e s to ff i s s u r ew i d t h a n dd e p t ho nw a l l b yr e a d i n gl o t so fr e f e r e n c e sa n di n v e s t i g a t i n g p r a c t i c a l e n g i n e e r i n g ，t h er e a s o n sa r ea n a l y z e di n i t i a l l y t h ef i s s u r e sp r o d u c i n gc a u s e so f l i g h t w e i g h tf i l l e dw a l lf r a m ew e r ea n a l y z e dc o m b i n i n gf i s s u r ec o n d i t i o n si na c t u a l e n g i n e e r i n g t h e r ea r et w ot y p e s ：o n ei st h ec h a n g e so f t e m p e r a t u r e ，a n dt h eo t h e ri s d e s i c c a t i o no fb l o c k i n h e r e n ts t r e s si sp r o d u c e di ni n f i l lw a l lb e c a u s eo fl o t so f f a c t o r s i ti sp r o d u c e da tt h eb e g i n n i n ga n da l w a y sc h a n g e s a n dl a g e ri n h e r e n ts t r e s s i sf o r m a t t e di nw e a k e rr e g i o no fw a l li nt h ep r o c e s so fc h a n g e w h e nt h i si n h e r e n t s t r e s si s l a r g e rt h a nt e n s i l es t r e n g t ho fw a l l sm a t e r i a lh e r e ，f i s s u r ei sp r o d u c e d s t r e s si sm o r ec e n t r a l i z e di nt h ew e a k e rr e g i o ns u c ha st h eb o u n d a r yo f w a l l ，s oi ti s m o r es e n s i t i v et oe v e r yk i n do ff a c t o r s 。i na d d i t i o n ，t h e l a r g e rv a l u eo fd r y i n g 两华人学颂i ：学位论文 s h r i n k a g eo fl i g h tw e i g h tb l o c ka n dm o r t a ri st h ei n h e r e n tf a c t o ro ff i s s u r e t h e c r a c kr e s i s t a n c eo f b l o c ki ss m a l l e rb e c a u s eo f t h et e n s i l ea n ds h e a rs t r e n g t ho f b l o c k a n dt h eb o n d i n gs t r e n g t hb e t w e e nm o r t a ra n db l o c ka r el o w e r t h i s p a p e ru s e da n s y st o c a l c u l a t et h e p r i n c i p a l t e n s i l es t r e s sa n d d i s p l a c e m e n to fw a l l sw h i c hi sd i f f e r e n td i m e n s i o na n dm a t e r i a l t h es o l u t i o n sa r e g o tb ya n a l y z i n gt h er e s u l t so fc a l c u l a t i o n ：( 1 ) t h e 砸n c i p a lt e n s i l es t r e s si nt h e b o t t o ma n dt o pf l o o ro f w a l li sl a r g e r , a n di tb e c o m e ss m a l l e rt oc e n t e ro f b u i l d i n g i t i sm o s t l ys y m m e t r i c a ld i s t r i b u t i o na l o n gm e d i a la x i so fw a l la n de x t r e m ev a l u ea t t h ef o u rc o m e r so fw a l l ( 2 ) t h ed i s c r e p a n c yo fp r i n c i p a lt e n s i l es t r e s sb e t w e e n f r a m e w o r k i n f i l lw a l l st h a ti sm a d eo fd i f f e r e n tw a l lm a t e r i a l i ti sr e l a t e dt o s h r i n k a g e c o e f f i c i e n to fl i n e a ra n de l a s t i cm o d u l u s n es h r i n k a g ei sl a r g e r , t h e f i s s u r eo fw a l la p p e a r sm o r ee a s i l y ；t h ec o e f f i c i e n to fl i n e a ri sl a r g e r , t h es t r e s so f t e m p e r a t u r ei sl a r g e r ；t h ee l a s t i cm o d u l u si sl a r g e r , t h es t r e s so fw a l li sl a r g e r ( 3 ) 1 1 1 ed i s p l a c e m e n ta l o n gt h el e n g t hd i r e c t i o no fw a l lb e c o m e sl a r g e rf r o mc e n t e rt o e n d a n dt h ed i s p l a c e m e n to fw a l li n c r e a s e sa l o n gh i g h n e s sd i r e c t i o no fw a l l 1 1 1 e w i d e n e s so fw a l li n f l u e n c e sx d i s p l a c e m e n ta n dy - d i s p l a c e m e n tv e r ys m a l l ，a n dt h e h i g h n e s so f w a l li n f l u e n c e sy - d i s p l a c e m e n tl a r g e r a tl a s t ，s o m ec o n t r o lm e a s u r e so fw a l l f i l l e df r a m e sf i s s u r ew e r ep u tf o r w a r d a c c o r d i n gt os t u d yr e s u l t sa n dp r a c t i c a le n g i n e e r i n gf r o mc h o i c eo fw a l lm a t e r i a l ， d e s i g nm e t h o do fa r c h i t e c t u r ea n ds t r u c t u r e ，s t u r c t u ea n dc o n s t r y c t i o nm e a s u r ea n d s oo n k e yw o r d s ：w a l l - f i l l e df r a m e , f i s s u r e ，m e c h a n i s mo fp r o d u c t i o n ，c o n t r o l m e a s u r e s ，f i e a 西华大学硕士学位论文 独创性申明 本人申明所呈交的学位论文是本人在导师的指导下进行的研究工作及取得 的研究成果。除了文中特，l , 1 ) j n 以标注和致谢的地方以外，论文中不包含其他人 已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得酉堡太堂或其他教育机构的学 位或证书而使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已 在论文中作了明确的说明并表示谢意。 本学位论文成果是本人在西华大学读书期间在导师指导下取得的。论文成 果归西华大学所有，特此申明。 作者签名别捌霞0 1 年乡月握日 导师铭：硼。司年缈闩 西华大学硕士学位论文 i 锗论 1 1 建筑砌块发展概况 】，1 1 建筑砌块的神类 砌块由非粘土材料制成，主要有混凝土砌块、各种利用工业废渣和粉煤灰 等制成的无熟料水泥煤渣混凝土砌块、轻集料混凝土砌块、蒸气养护的粉煤灰 硅酸盐砌块、加气混凝土砌块。 按原材料种类可以分为普通混凝土砌块、硅酸盐混凝土砌块、轻集料混凝 土砌块，加气混凝土砌块。砌块按尺寸的大小可以分为小型，中型和大型三种。 小型砌块尺寸较小，型号多、尺寸灵活、使用面广，其主规格的高度大于1 1 5 m m 而小于3 8 0 m m ，但施工时用手工砌筑，劳动量大。中型砌块尺寸较大，适于机 械化施工，提高了劳动生产率，但其型号少使用不够灵活。大型砌块尺寸大， 有利于生产工厂化，施工机械化，大幅度提高劳动生产率，加快旆工进度，但 需要有相当的生产设备和施工能力。目前我国大量使用的主要是小型砌块。 砌块按其块体特征可分为空心砌块和实心砌块两大类。凡平行于砌块承重 面的混凝土截面小于毛面积的7 5 者属于空心砌块，等于或大于7 5 者称为实j d 砌块。空心砌块的空心率一般为3 0 5 0 。而加气混凝土砌块只能是实心的。 按砌块的密度等级可以分为普通混凝土砌块和轻混凝土砌块两大类。普通混凝 土砌块的密度般为1 1 0 0 1 5 0 0 k g m 3 ，轻混凝土砌块的密度一般为5 0 0 1 0 0 0 k g m ，砌块的密度不仅同所用混凝土的密度有关，而且还与砌块的空心率 大小有关。 建筑砌块按用途大致可以分为墙用砌块、铺地砌块、花格砌块、筒仓砌块。 墙用砌块是建筑砌块的主要品种，除用于砌筑各类建筑物的墙体外，还可用于 砌筑挡土墙、高速公路音障及其他砌块构筑物。墙用砌块又可以分为结构型砌 块、构造型砌块、装饰型砌块、功能型砌块“1 。其中结构型砌块可以分为承重 砌块和非承重砌块两种。非承重砌块主要用于填充墙，隔墙等只承受自重的墙 体。非承重砌块的块型规格可与承重砌块相同，一般用于外围填充墙，也可按 西华大学硕士学位论文 使用部位的要求而变，多数非承重砌块的厚度较薄，常用于内部隔墙。 目前我国应用较多的砌块是：普通混凝土砌块，水泥煤渣砌块，火山渣混 凝土砌块，浮石混凝土砌块，陶粒混凝土砌块以及加气混凝土砌块。 i a 2 国内建筑砌决发展概况 ( 1 ) 混凝土砌块 我国生产和应用混凝土砌块的时间不长，混凝土砌块在我国仍然是一种新 型建筑材料。我国最早的混凝土砌块建筑是上海市延安中路铜仁路口的2 5 幢砌 块房屋，但这些房屋是外国人造的，所用混凝土砌块也不是我国厂商生产的。 我国自己生产混凝土砌块开始于1 9 4 5 年前后，当时从美国进口了1 0 多台斯梯 恩公司( s t e a m s ) 的固定式砌块成型机，生产煤渣混凝土砌块，用于砌筑填充 墙和围墙。 由于当时我国水泥产量少，砌块成本高，未能大量推广。上世纪5 0 年代末， 我国贵州、广西两省由于山多土少，开始自行发展小型砌块。1 9 6 0 年，南宁首 次建成一栋三层粉煤灰空心砌块试验楼。1 9 7 4 年开始，广西河池区把小砌块建 筑作为一种建筑结构体系。1 9 7 9 年，南宁市建成一栋六层的小砌块办公楼，建 筑面积5 6 4 5 m 2 。进入上世纪8 0 年代，我国小砌块的生产和应用由南向北逐步推 广。1 9 8 2 年，中国砌块工业协会正式成立，小砌块建筑的设计、施工、生产、 科研全面启动，我国小砌块的生产和应用步入了新的阶段。1 9 8 1 年，我国建筑 砌块产量约为1 2 0 万一，到1 9 9 0 年，已增长到6 0 0 万一，1 9 9 5 年达到1 5 0 0 万 m 3 ，1 9 9 8 年达到3 5 0 0 万m 3 ，平均每年以2 0 0 5 的速度发展“”。 随着混凝土砌块在我国北方地区的推广和在建筑中的广泛应用，各种轻集料混 凝土砌块也迅速发展起来。吉林、黑龙江等地盛产火山渣和浮石，因此北方许 多省、自治区用火山渣和浮石做集料生产混凝土砌块，既就地取材，又改善了 砌块的热工性能。许多城市综合利用锅炉煤渣，用煤渣做集料生产轻混凝土砌 块。煤渣混凝土砌块被大量用于砌筑框架结构的填充墙，以及自承重的隔墙， 由于集料是利用工业废渣，砌块的生产成本较低，具有较好的经济效益和社会 效益。一些煤矿区则用自燃煤矸石做集料生产混凝土砌块，一些城市还采用各 2 西华大学硕士学位论文 种陶粒生产轻集料混凝土砌块。近年来，轻集料混凝土砌块的发展十分迅速， 有些地区轻集料混凝土砌块的产量已超过普通混凝土砌块。 ( 2 ) 加气混凝土砌块 我国是较早生产和应用加气混凝土的国家，早在1 9 3 1 1 9 3 2 年，上海就设 厂生产加气混凝土砌块，并在当时国内最高的1 7 2 0 层的大楼中应用。上世纪 6 0 年代我国引进瑞典西波列克斯技术，在北京市建成加气混凝土生产线。1 9 7 6 年起，由于墙体材料改革的需要，加气混凝土工业在全国迅速发展，到1 9 8 1 年底，有生产厂4 3 个，1 9 8 5 年有6 4 个，1 9 9 0 年有8 5 个，1 9 9 5 年发展到1 3 3 个，生产能力已经达到6 7 0 万酽年覆盖2 9 个省、市、自治区。其中灰砂加气 混凝土生产线5 6 条，生产能力为2 1 6 6 万m 3 年。粉煤灰加气混凝土生产线7 7 条，生产能力为4 5 3 5 万m 3 年? 1 9 9 9 年我国共有加气混凝土厂2 3 0 家，年生 产能力i 0 0 0 万m 3 ，1 9 9 9 年实际产量为4 0 0 万m 3 ，其中粉煤灰加气混凝土所占 比例约为9 0 “1 。粉煤灰加气混凝土产品主要是砌块、少量屋面板和墙板。产品 主要作为墙体材料应用于各种公共建筑和住宅建筑中，1 9 9 9 年的产量可建造各 类民用建筑2 5 0 0 万一。近年及未来几年，国内各类小砌块的产量：2 0 0 0 年我 国小砌块产量己达4 8 0 0 万m a ，可以覆盖近1 亿m 2 的建筑面积，占墙体材料总 量的5 “1 ，到2 0 0 3 年砌块产量已达到l 亿m 3 砌块建筑已到2 亿m 2 。 i i 3 国外建筑砌块发展概况 ( 1 ) 混凝土砌块 混凝土砌块( 混凝土小型空心砌块) 起源于美国。1 8 6 6 年哈契逊 ( c s h u t c h i n s o n ) 获得了美国第一份生产空心砌块的专利证书。1 8 7 4 年鲁道 斯( t b r h o d e s ) 的专利能用混凝土或其他材料在塑性状态制成多种形状的空心 砌块。1 8 9 0 年帕尔墨( h s p a l m a x ) 最先以商业方式生产混凝土砌块，并于1 8 9 7 年用3 0 x 8 1 0 ( i n ) 的空心砌块建成了一幢房屋建筑。1 9 0 0 年，帕尔墨的芯模 能移动、侧模可调整的砌块成型机获得了专利。随后，许多类似的、手动的砌 块成型机相继出现，采用这些砌块成型机生产砌块的作坊在美国各地纷纷建立， 用混凝土砌块建造房屋开始普及。1 9 0 6 年，美国的房屋建造量增多，木材和粘 土砖价格与1 8 9 8 年相比分别增长了6 4 和5 9 。与此同时，波特兰水泥工业迅 西华大学硕士学位论文 速发展，1 9 0 6 年水泥价格比1 9 0 0 年降低了1 6 5 ，为砌块的发展提供了有利条 件。一战后，混凝土砌块获得了一次大发展的机会。1 9 1 9 年美国大约有2 0 0 0 家砌块工厂，年产砌块约5 0 0 0 万块。1 9 2 8 年美国的砌块工厂增至4 0 0 0 家，年 产砌块约3 8 7 亿块。二战结束以后，建筑业迅速发展，1 9 4 5 年美国砌块产量 达到5 亿块，1 9 4 6 年达到1 0 亿块。5 0 年代以后美国砌块产量一直上升，混凝 土砌块建造的房屋也更加普遍。上世纪8 0 年代，美国混凝土砌块的产量稳定在 3 5 亿块左右，己成为美国一种主要的建筑材料，应用范围日益广泛。二战以后， 混凝土砌块的生产及应用技术传至美洲及欧洲一些国家，随后又传到亚洲、非 洲及大洋洲，混凝土砌块发展成为世界范围内流行的一种建筑材料“1 。混凝土 砌块经历了一百多年的发展，其生产和应用技术已较成熟，除美国外，后起的 许多国家和地区通过自己的实践，充实和提高了混凝土砌块生产与应用的水平， 并形成了一些适合当地条件的特色。 ( 2 ) 加气混凝土砌块 加气混凝土工业化生产，起始于1 9 2 9 年瑞典y l k u l t 的y t o n g ，即伊通工 厂。二次世界大战以前，加气混凝土的总产量不超过1 0 0 万m 3 ，并且主要集中 在北欧三国( 瑞典、挪威、芬兰) ；二次世界大战以后，西欧、东欧、前苏联等 国相继引进加气混凝土生产技术并完善了生产工艺，涌现出一批专利技术，加 气混凝土获得了很大发展，至今已有大约5 0 个国家设厂生产，产量约4 5 0 0 5 0 0 0 万m 3 ，分布的范围包括寒带、温带和热带地区，主要用于墙体和屋面。北 欧国家因住房趋于饱和，加气混凝土i 业衰落，而东亚、东南亚、非洲则正在 大力发展加气混凝土工业。现在德国已成为加气混凝土的技术中心，伊通技术 已在2 3 个国家建立了4 4 条生产线，规模达1 1 8 4 万m 3 年；求劳克斯技术已在 6 个国家建了1 0 条生产线，生产能力为3 5 5 5 万m 3 年：海勃尔技术在2 2 个国 家建了5 l 条生产线，生产能力为8 5 0 万m 3 年。生产加气混凝土的主要国家的 年产量分别是：前苏联6 5 0 万m 3 左右，波兰4 5 0 万矗左右，德国估计为3 5 0 万 一，日本3 5 0 万一”一。 i 2 砌块建筑的优缺点 随着小砌块新型建筑材料在我国蓬勃发展，小砌块建筑正在形成一种新的 4 西华大学硕士学位论文 建筑体系。一方面由于在我国国民经济快速发展的新形势下，建筑业兴旺对建 筑材料提出新的需求的影响，另一方面则是小砌块及小砌块建筑本身具有的一 系列技术经济优势。实践证明，小砌块及小砌块建筑适合我国国情，具有强大 的生命力、竞争力和广阔的发展前途m 。 1 2 1 砌块和小砌决建筑的优点主要有以下几个a - 面t s j ( 1 ) 节土节能。 粘土砖采用优质粘土烧结而成，经计算每生产1 0 0 万块粘土砖需取土毁田 0 7 1 0 亩，每块标准砖仅烧结能耗就需3 8 m j ，小砌块生产用水泥、成型和 蒸养的总耗能，折合成标准砖为1 8 m j ，其能耗不足实心粘土砖的一半。这一 特点是小砌块优于粘土砖的最大优势所在。 ( 2 ) 自重轻，有利于地基处理和抗震。 小砌块标准块尺寸为3 9 0 m i n x1 9 0 舢x1 9 0 嘲，空心率4 7 ，重1 8 k g ，相当 于9 6 块标准砖，砌块墙体的自重比2 4 0 和3 7 0 粘土砖墙分别减轻3 0 和5 0 9 6 ， 这不仅减轻了基础荷载，简化地基处理，还减少施工中的材料运量，增大了结 构的抗震可靠度。 ( 3 ) 施工速度快。 砌筑l 平方米砌块墙仅需标准块1 2 5 块，而砌筑1 平方米的2 4 0 厚砖墙需 用1 2 8 块标准砖，工人砌筑同面积的砌块墙时，弯腰取块次数将大大减少，这不 仅降低劳动强度，而且可提高砌筑速度。 ( 4 ) 节省砂浆。 空心砌块的砌筑工作量小，砂浆用量也少，每平方米1 9 0 厚砌块墙的砂浆 用量，仅为粘土砖墙的2 0 $ ，最大也不超过3 0 ，即可节省砌筑砂浆7 0 以上。 另外，由于空心砌块外形比粘土砖更规整，尺寸误差更小，墙面抹灰可减薄或 不抹灰( 清水墙) ，简化了抹灰工序，墙面抹灰厚度较粘土砖墙可减少2 5 以上， 也使墙体自重有所减轻。 ( 5 ) 增加使用面积。 在非采暖地区，砌块墙墙体厚度一般为1 9 0 n 蛐，粘土砖墙体厚度一般为 西华大学硕士学位论文 2 4 0 m 。两者相比，砌块建造的房屋使用面积可增加2 3 。在采暖地区，如 果采用轻集料混凝土砌块砌筑墙体，房屋使用面积可增加4 5 。 ( 6 ) 社会效益好 目前，我国是世界上开采与消耗矿物燃料最多的国家，煤在一次性能源中 所占的比例高达7 0 以上，粉煤灰及废渣的排放量很大，因燃煤而产生的粉煤 灰与炉渣的年排放量逾2 亿t 嘲。同时，由于综合利用率较低，造成粉煤灰和各 类废渣大量堆积，未利用的废弃物不仅占用土地甚至耕地，还对土壤及水域造 成污染。目前我国粉煤灰主要用于筑路、回填、建筑工程以及建材生产。其中 用于筑路和回填的粉煤灰占利用总量5 1 5 ；用于建材生产的比例为3 0 0 9 6 “， 主要用于生产墙体材料、水泥、水泥砂浆、混凝土掺合料等。目前，粉煤灰墙 体材料主要有烧结粉煤灰砖、粉煤灰硅酸盐砌块和粉煤灰加气混凝土砌块。我 国从1 9 6 5 年开始生产粉煤灰烧结砖，其产量高于蒸制砖，产品用灰量大，可大 量节约粘土，性能则与粘土砖差不多，现在应用仍较普遍。除此以外，产量较 大的是粉煤灰硅酸盐砌块和免蒸免烧粉煤灰砌块，根据建筑功能的不同，产品 有实心和空心两种，空心产品的孔隙率逐渐增大。建筑砌块是我国今后重点发 展的新型墙体材料，粉煤灰砌块因具有质轻、保温隔热性能好等优点，很适合 现代建筑结构，因而具有较大的发展潜力。我国粉煤灰加气混凝土起步和研究 较晚，但发展迅速，生产和应用技术日趋成熟，是一种既可以承重又兼有保温 功能的轻质墙体材料。粉煤灰加气混凝土原料配方中，粉煤灰用量最少为6 0 ， 最高可达7 5 8 0 ，可以有效的实现粉煤灰的综合利用，具有良好的经济和社 会效益。 1 2 2 小砌块建筑也存在着一些弱点 主要表现在以下几个方面“矧 ( 1 ) 墙体裂缝问题。 引起裂缝的原因有几个方面：与实心粘土砖相比，砌块块体高，空洞率大， 砌筑时灰缝很难得到保证。而且与同强度的实心砖和砂浆砌筑的墙体相比，虽 然砌块墙体的抗压强度比砖墙高i 3 一1 7 5 倍，但是砌体沿齿缝截面弯曲抗拉 6 西华大学硕士学位论文 强度仅为砖砌体的3 3 左右，沿通缝截面弯曲抗拉强度仅为砖砌体的4 7 左右， 而抗剪强度仅为砖砌体的5 5 左右。砌块的热膨胀系数和干缩性都比粘土砖 大。以上墙体都是产生裂缝的内因。外因则主要是屋面和墙体的温差过大以及 砌块上墙后二次干缩。 ( 2 ) 热工性能差。 与实心粘土砖相比，普通单排孔砌块保温隔热性能都相当于1 5 0 厚砖墙： 双排孔砌块保温性能相当于2 0 0 厚砖墙，隔热性能相当于1 7 5 厚砖墙；三排孔 砌块保温性能相当于2 4 0 厚砖墙，隔热性能相当于2 0 0 厚砖墙。对于常见的单 排孔和双排孔砌块，若不采取保温隔热措施，其热工性能是不能满足要求的。 ( 3 ) 雨水渗漏问题。 小砌块块体本身抗渗性较差，容易发生渗漏的部位有外墙开裂引起的渗漏、 女儿墙根部与屋面板结合部位引起的渗漏、窗台处水渗入室内、卫生问和厨房 渗漏及外墙大面积渗漏等。 ( 4 ) 二次装修不便。 由于砌块壁薄，不能轻易在墙体上开凿，因此对二次装修中的布线、开槽 等有特殊的要求。 由于裂缝的存在不仅降低了墙体的质量如整体性、耐久性和抗震性能等， 同时也给居住者在感观上和心理上造成不良影响，严重影响了混凝土小型空心 砌块的推广应用，制约着混凝土小型空心砌块建筑的发展。随着我国墙改和住 房商品化的进展，人们对居住环境和建筑质量的要求不断提高，对建筑物墙体 裂缝的控制要求更为严格，建筑物的裂缝己成为住户评判建筑物安全的一个非 常直观、敏感和首要的质量标准。因此，对小砌块建筑在施工和使用过程中出 现的温度裂缝进行调查与研究是十分必要的。 1 3 框架填充墙发展概况 二十世纪7 0 年代至8 0 年代初，住宅建筑以六层以下预制板砖混结构为主， 结构自重大且抗震性能差。混凝土小砌块因具有轻底高强、灵活加设芯柱可提 高抗震性能等优点而成为取代红砖的砌体结构的好墙材。小砌块结构住宅迅速 7 西华大学硕士学位论文 发展，通过对小砌块墙体的开裂调研，受力性能和抗震试验研究，使小砌块结 构应用技术日趋成熟。 改革开放以后，随着住宅商品化，人们对住宅功能、环境、装修等条件要 求多变并越来越高，大开间灵活间隔的住宅更为人们所乐道。常规的砖混结构 对此有较大的限制，研究人员又及时研制了芯柱砌块的墙柱体系。通过加设芯 柱而增大承重砌块墙的间距，解决了九层以下大空间灵活间隔的住宅结构问题。 随着改革开放的深入发展，房地产业吸取了现浇混凝土结构技术，在建筑市场 上，现浇框架结构取代了混合结构，预制楼板由于裂漏问题已无人问津。现在 现浇混凝土框架已经成为住宅的主要结构体系。普通混凝土小砌块由于块体较 重；施工操作强度偏大而受限制，再加上与框架连结较差等缺点，已不适合墙 体改革的发展需要。来源于农村毁田取土的红砖因价格便宜，施工方便成为框 架填充墙的主要材料，极大地影响了墙材革新工作。 二十世纪8 0 年代末，广州引进了丹麦史密斯公司的技术和设备建成了轻 粘土陶粒及陶粒混凝土砌块生产线，轻骨料混凝土砌块作为轻质高强材料成为 框架填充墙的热门材料。为了使陶粒混凝土砌块等轻骨料混凝土砌块能顺利推 广应用，广州、上海等地区编制了相应的导则、规程，对设计施工都有较大的 指导意义。 二十世纪9 0 年代“两部两局墙改办”关于加快墙材革新通知下达后，各地 积极响应，采取了征收保证金等一系列行政措施控制使用红砖，积极扶持新墙 材的产生。各种轻骨料混凝士，蒸压加气混凝土等小型砌块大量涌现。但大量 使用轻质混凝土砌块后，由于对砌块生产监管力度不够，设计与施工措施不当， 致使建成墙体开裂渗漏问题较多、工程质量投诉很多、建设主管部门深感头痛。 设计单位无规范可依，施工单位也不知所措，把责任推给墙材革新工作。很多 建设单位宁可罚款也使用红砖，墙改工作出现了波折。 实际上造成裂缝的产生并不是某一种因素单独作用，而是多种因素的综合 反映。虽然研究人员针对不同框架填充墙体的材料，对框架填充墙出现的裂缝 进行分析与研究，提出了部分行之有效的裂缝控制方法，但终究没有彻底解决 框架填充墙的裂缝问题。目前框架填充墙以砌块材料为主，采用的砌块种类繁 多，性能各异，对框架填充墙的深入研究，以期彻底解决其裂缝问题已迫在眉 睫。 8 西华大学硕士学位论文 1 4 论文研究背景 1 4 1 建筑砌块与墙体材料改革 由于粘土砖占用农田，破坏农田，污染环境，浪费能源，我国许多省、市 已禁止使用烧结普通粘土砖，全国彻底禁止使用烧结普通粘土砖的时间已为期 不远了。既要解决建房所需的墙体材料，又要减少烧砖毁田的危害，只有发展 少用粘土或不用枯土的新型墙体材料，推广采用工业废料制作的新型墙体材料。 墙体材料革新是指在各类建设工程中采用和推广技术上可行、经济上合理 的各种新型墙体材料，替代实心粘土砖等严重浪费资源、保温性能差、生产能 耗高的传统建筑材料，达到节能、节土、利废和保护生态环境的目的。墙体材 料革新是实施可持续发展战略的重大措施。对于节约土地、保护资源和环境、 改善建筑物功能、提高建筑质量和人民居住水平具有十分重要的意义，也是促 进住宅产业、建筑业和建材业技术进步的必由之路。国家对墙体材料革新工作 十分重视，先后出台了国务院批转国家建材局等部门关于加快墙体材料革新 和推广节能建筑意见的通知、国务院办公厅关于转发建设部等部门关于推进 住宅产业现代化提高住宅质量若干意见的通知等系列政策法规，对墙体材 料革新工作提出了具体要求。 墙体材料革新向节能、节地、利废、环保、绿色、高强、轻质、保温、隔 声、高效省工等方向发展。主要有高孔率空心砖、煤矸石普通砖、粉煤灰烧结 砖、多孔砖、蒸压( 养) 砖、蒸压灰砂砖、混凝土小型空心砌块、轻骨料砼砌块、 陶粒砼砌块、加气砼砌块、石膏砌块、轻质墙板、复合墙板等。国家建设部于 1 9 9 8 年1 0 月颁布的关于建筑业迸一步应用l o 项新技术的通知第六项就是 建筑节能和砼墙体应用技术，要求发展小型砼砌块建筑体系。使用砼空心砌块 与使用实心粘土砖相比，楼面自重减轻2 0 4 0 ，节约砂浆1 5 2 5 ，节能 3 0 5 0 9 6 。因此，砼空心砌块己经发展成为替代实心粘土砖的主导产品，砼砌 块建筑将是未来主要建筑体系之一。目前大量应用的各类新型墙体材料主要是 建筑砌块，轻质墙板和各种空心砖。建筑砌块因价格较为低廉且不占用耕地而 受到欢迎。因此，为了实现墙体材料改革的目标必须大力推广使用建筑砌块。 为了大面积推广砌块建筑，中国建筑砌块协会也为此做了大量的工作，举办了 9 西华大学硕士学位论文 一系列的研讨会和经验交流会。在建材行业“十五”规划中已经明确地把实 现1 7 0 个大中城市禁止使用实心粘土砖作为规划目标的重中之重。所有的这 些努力都为小砌块最后取代实心粘士砖创造了十分有利的条件。 1 4 2 建筑砌块与建筑节能 建筑能耗原则上应包括建材生产、建筑施工、建筑使用和建筑拆除能耗 ( 1 ) 墙体材料生产能耗 我国是能源相对匮乏的国家，能源己经成为制约我国经济发展的一个重要 因素，解决能源不足的问题必须是开发与节约并重。粘土砖生产能耗很大，每 生产1 万块粘土实心砖平均耗标准煤1 0 吨，按生产粘土砖6 0 0 0 亿块计算，每 年全国烧砖耗标准煤约6 0 0 0 万吨，与国外同体积材料相比，单位生产能耗平均 高一倍以上，单位建筑面积的采暖能耗为同等条件下发达国家的3 倍啪1 。粘土 砖生产能耗约占当年建筑材料生产总能耗的5 5 ，约占全国煤炭总产量的5 。 随着我国经济的发展，墙体材料的需求量越来越大，耗能高的粘土砖必须尽量 用耗能低的新型墙体材料取代。几种墙体材料的生产总能耗见表1 1 。 表1 - 1 1 0 1 几种墙体材料的生产总能耗( 按其组成材料之生产能耗计) t a l k i e1 1t o t a lp r o d u c t i o ne n e r g ys o u r c e sc o n s u m eo fm a s o n r ym a t e r i a l s 墙体墙厚 每2 面能耗( k g 标准煤) 材料( c m ) 制品生产水泥石灰钢筋合计能耗比 粉煤灰加气混凝 2 01 3 1 64 6 03 5 12 1 2 85 8 土 蒸压养护灰砂砖 3 72 3 3 34 0 30 5 72 7 9 37 6 现浇陶粒混凝土 2 84 3 0 01 1 63 4 8 4 7 6 4 1 3 0 蒸养混凝土空心 2 0 1 3 71 1 63 5 1 1 8 3 75 0 砌块 粘土空心砖 2 42 5 5 43 2 2o 5 72 9 3 38 0 粘土砖 3 73 1 9 24 0 30 5 73 6 5 21 0 0 西华大学硕士学位论文 如果以混凝土砌块和加气混凝土砌块等新型墙体材料代替粘土砖，则节能 的幅度相当可观。同时，各类轻集料混凝土砌块导热系数小，具有良好的绝热 性能，有利于减少建筑使用能耗。 ( 2 ) 墙体材料与建筑使用能耗 砌块墙体的保温隔热功能不仅与砌块品种、孔结构有关，而且也与砌筑砂 浆的种类、砂浆饱满度和砌块墙体的组合形式( 如单块砌块墙体和复合砌块墙体) 有密切关系。目前，我国南方的砌块建筑大都采用单排孔砌块作承重墙体，煤 渣、煤矸石、陶粒混凝土砌块和加气混凝土砌块多用于框架结构建筑的填充墙， 也有少量用作承重墙体。东北地区大多采用火山渣、浮石混凝土多排孔砌块作 为建筑的外墙，内墙采用普通混凝土砌块，也有采用火山渣或浮石混凝土砌块 砌筑。在砌筑外墙时使用轻集料混凝土多排孔砌块或复合砌体墙体，其保温隔 热效果更好。 粘土砖的干导热系数为o 8 1 w m - 1 k 一，而砌块的导热系数随混凝土材料的 不同而有差异。几种常用新型墙体材料的干导热系数见表1 2 表1 2 几种常用新型墙体材料的干导热系数帆m - r 1 ) t a b l e1 2 t h e h e a t c o n d u c t i o n c o e f f i c i e n t o f m a s o n r y m a t e r i a l s ( w m t 1 c 1 ) 材料加气混普通混水泥煤水泥煤火山渣浮石混陶粒混 名称凝土凝土砌渣混凝矸石混混凝土凝土砌凝土砌 块土砌块凝土砌砌块块块 块 l 孔型f单排孔单排孔多排孔多排孔多排孔单排孔 l 导热 1 o 0 3 2 o 2 8 o 2 1 6 0 1 5 0 4 0 2 0 5 8 2 l 系数 1 0 4 60 3 50 4 00 2 3 0 由表1 2 可知，除了单排孔普通混凝土砌块的于导热系数大于粘土砖外， 其它墙体材料的导热系数远小于粘土砖。粘土砖外墙的保温隔热性能比使用各 类轻质砌块的墙体相差4 5 倍。目前我国北方每年采暖能耗高达1 2 亿t 标准 煤，而南方空调降温能耗每单位建筑面积是北方采暖能耗的3 4 。我国节能工 西华大学硕士学位论文 作起步较晚，能源浪费严重，建筑能耗占全国总能耗的3 0 。如我国建筑采暖 耗能量，外墙大体上为与我们气候条件接近的发达国家的4 5 倍，屋顶为2 5 5 5 倍，外窟为1 5 2 2 倍，门窗透气性为3 6 倍，总耗能是他们的3 4 倍 。建设部等八部委在国发办【1 9 9 9 】7 2 号文中要求：到2 0 0 5 年城镇新 建采暖住宅建筑要在1 9 8 1 年住宅能耗水平的基础上j 达到降低能耗5 0 的要求； 到2 0 1 0 年，在2 0 0 5 年的基础上，再降低能耗3 0 ；非采暖地区的住宅建筑， 也应贯彻节能的方针，制定节能的标准，采取节能措施。2 0 0 3 年夏季，我国南 方因高温导致空调用电量猛增，使很多省市出现严重的电力紧张。仅空调一项， 2 0 0 1 年全国新增空调装机容量己经超过三峡电站竣工后的发电总装机容量。这 固然是经济发展和人民生活水平提高与电力供应紧张存在着矛盾，但是也提醒 大家，必须使用建筑砌块等新型墙体材料以达到建筑节能的目标。 1 5 问题的提出与研究意义 框架填充墙的裂缝严重影响建筑的使用功