密肋复合墙体EPS混凝土材料研究.pdf

姚谦峰等： 密肋 复合墙体 E P S混凝土材料研究 圈 密肋 复合墙体 E P S混凝土材料研究 姚谦峰， 张子荣 ， 郭猛 ( 北京交通大学土木 建筑工 程学院 。 北京1 0 0 0 4 4) 【 摘要】 密肋复合墙体是适应我国墙体改革及住宅产业化要求的产物， 开发与密肋复合墙结构匹配的填 充材料是解决密肋结构优化设计的前提。本文通过4组不同配比 E P S混凝土材料试验， 研究砂率对 E P S混凝土 物理及力学性质影响 ， 并通过实测的应力 一应变曲线 ， 推导了E P S混凝土材料的应力 一应变曲线方程。 【 关键词】 密肋复合墙体； E P S 混凝土； 砂率 ； 力学性能 【 中图分类号】 T U 3 7 5 【 文献标识码】 A 【 文章编号】 1 0 0 1 6 8 6 4 ( 2 0 1 0 ) 1 1 0 0 2 5 0 3 EXPER ENTAL STUDY oF EPS CoM PoSI ， I ES FoR M ULTI 1 UBBED CoM口 E oS I TE W AL L Y A O Q i a n f e n g ， Z H A N G Z i r o n g ， G U O Me n g ( S c h o o l o f C i v i l E n g i n e e r i n g a n d A r c h i t e c t u r e ， B e i j i n g J i a o t o n g U n i v e r s i t y ，B e i j i n g 1 0 0 0 4 4 ， C h i n a ) Ab s t r a c t ： Ri b b e d wa l l s u i t s o u r r e qu i r e me n t s r e f o r m a n d h o u s i n g i n d us t Ma t c hi n g r i b be d c o n p o s i t e wa l l s t r u c t u r e t o s o l v e t h e fi l l i n g ma t e r i a l i s p r e r e q ui s i t e f o r s t r u c t u r a l o p t i mi z a t i o n Th i s EP S c o n c r e t e t e s t e d b y 4 d i ffe r e n t r a t i o s o f s a n d r a t i o i s o n t he p h y s i c a l a nd me c h a n i c a l p r o p e r t i e s o f EP S c o n c r e t eB e s i d e， t h i s t e s t d r a ws t h e s t r e s s s a i n c ur v e s o f c o n c r e t e ma t e r i a l s a n d d e r i v e s EPS s t r e s s - s t r a i n e q u a t i o n Ke y wo r d s： mu l t i ribb e d c o mp o s i t e wa l l ； EP S c o n c r e t e； s a n d r a t i o；me c h a n i c a l pr o p e rty 0引言 密肋壁板结构节能住宅体系由北京交通大学和西安建 筑科技大学联合研究开发， 是适应我国墙体改革、 建筑节 能、 住宅产业化形势的新型墙体 ， 为国家科技成果重点推广 项 目。作为密肋复合壁板结构的主要受力构件一密肋复合 墙板是以截面及配筋较小的钢筋混凝土梁柱为框格 ， 内嵌 以炉渣、 粉煤灰等工业废料为主要原料的加气混凝土砌块 预制而成。 E P S混凝土是近年来出现一种新型建筑材料， 不但具有 优良的保温隔热性能， 而且还具有轻质、 韧性高、 不易破损、 抗震和来源广等优点。此外， 随着科学技术的发展和人民 生活水平的提高， 废弃的 E P S越来越多， 污染了环境和土 壤， 已成为一大公害， 利用这些废弃的 E P S做骨料的 E P S混 凝土， 不但造价低廉， 而且具有较好的环保效益。 因此若采用 E P S混凝土作为密肋复合墙板的填充材 料， 可较加气混凝土砌块有优势。 由于密肋复合墙体的的特殊构造， 使得其填充块材 ， 承 担部分水平和竖荷载， 在地震作用下， 作为第一道防线率先 破坏， 为此需要了解 E P S混凝土作为墙体填充块材的力学 性能， 但在以往的 E P S混凝土研究和应用中， 其一直作为一 种围护结构材料， 对其力学性能研究尚未广泛开展。因此 对 E P S混凝土力学性能进行深入系统的研究， 使其能够推 广应用到密肋复合墙体 中， 有着重要的理论意义 和实用 价值。 1 试 验概况 1 1 主要原材料 水泥： 采用国产水泥 4 2 5普通硅酸盐水泥。水泥的细 度3 4 0 0 c m g ， 初凝时间2 h 4 O m i n ， 终凝时间3 h 4 O m i n ， 2 8 d水 泥胶砂强度给定值 5 5 0 MP a 。 中砂 ： 为天然河砂， 细度模数为 2 5 。 粉煤灰： 一级粉煤灰， 在配料 中加入一定 比例的粉煤 灰， 一方面是为了降低复合材料的碱度 ， 从而增加 E P S混凝 土的耐久性， 另一方面适量的粉煤灰可以增加拌合物的和 易性， 减少因 E P S颗粒不透水性而使拌合物和易性变差。 减水剂 ： 普通减水剂。 E P S颗粒 ： 为再生轻质 E P S粉碎的颗 粒， 通 过普通 5 0 ra m保温板粉碎而成， 颗粒粒径在 3 5 m m之间。 1 2 试件配合比设计 根据密肋复合墙结构对砌块材料标准及崔郑秀华等人 关于 E P S混凝土配合 比研究口 ， 本文确立以砂率为变量， 以 基金项目】 国家自 然科学基金资助项目( 5 0 8 7 8 0 2 1 ) ； “ 十一五” 国家科技支撑计划资助项 目( 2 0 0 6 B A J 0 4 A 0 2 0 5 ) 低温建筑技术 2 0 1 0 年第 1 1 期( 总第 1 4 9 期) 普通水泥为胶结剂的E P S混凝土材料的研究。初步确立的 配方如表 1 。 表 1 E P S混凝土材料配合 比( 质 量比) 1 3 试件设计 根据 普通混凝土力学性能试验方法 中立方体抗压强 度试验及轴心抗压强度试验要求制作试块， 每组配合比下 立方体试块3块 ， 规格： l O O mm1 0 0 m m x 1 0 0 mm， 以测定立 方体抗压强度， 棱柱体试块 3块， 规格 ： 1 0 0 mm1 0 0 m m x 3 0 0 m m， 以观察试件破坏形态及测定轴心抗压强度及应力应 变曲线。 1 4 试验装置 对于立方体抗压试验： 采用普通加载方法加载至破坏 即可。 对于棱柱体抗压试验： 为了得到棱柱体受压应力应变 曲线， 本文采用千斤顶手动加载， 以控制极限强度以后的加 载速度， 从而得到下降段曲线。力的大小 由千斤顶上的传 感器获取， 应变测试通过应变仪获取。 2试验结果及分析 2 1 试件破坏过程 这四组试件的共同破坏特征是： E P S混凝土试件从开始 加载到 0 8 o 0之前， 很少出现裂缝 ， 但可以听到内部裂 缝发展的声音， 当荷载继续增大到超过 0 8 o 0后， 开始在试 件上部和中部出现横向的短裂缝， 随着应力的增加， 裂缝开 始增多， 接着形成了主裂缝， 并且迅速向横向边沿延伸、 扩 展， 最后试件被剪切破坏。试件各侧 向面， 都有一条从一条 棱到另一条棱贯通的横向主裂缝 ， 局部存在竖向或斜向短 裂缝。各侧面的横向主裂缝相互贯通， 将试件剪切为两个 或多个小块 。 此外， 通过对四组配合比观察， 随着砂率降低， 破坏过 程变长， 细小裂缝出现较多， 说明砂率增大， 试件延性增加。 (B )裂缝扩展 C o )贯穿裂缝 (c )刨昕面 图1 E P s 混凝土破坏形态 2 2 砂率的影响 砂子是 E P S混凝土中容重及强度较高的材料， 随着砂 率的的增加， 材料的容重基本上呈线性增加， 如图 l所示。 因此， 可以通过调节砂率改变 E P S混凝土的容重来灵活的 满足密肋复合墙体对填充材料的轻质要求。 从图2中可以看出， 立方体抗压强度与砂率呈抛物线关 系， 上升速度逐渐减慢。砂率达到 0 4 5以后 ， 随着砂率的增 加， 立方体抗压强度增加， 幅度减缓。表明同普通混凝土一 样， E P S 混凝土也存在一个较优砂率 ， 当砂率加大到一定值 时， 就不能很有效的提高立方体抗压强度。而在本实验中， 这个较优砂率所对应的立方体抗压强度恰好在 35 M P a之 间， 恰好满足密肋复合墙对填充砌块材料的要求。 因此， 可以通过改变砂率， 使 E P S混凝土立方体抗压强 度不发生显著变化， 却能显著地改变 E P S混凝土的容重， 获 得很好的满足密肋复合墙体性能要求的 E P S 混凝土。 砂率 质量 比 图2不 同砂率下材料容重变化 砂率 质量比 图3不同砂率下材料立方体抗压强度变化 2 3 单轴受压本构方程研究 混凝土的受压应力 一应变全曲线， 是混凝土在各个受 力阶段的变形、 内部微裂缝的发展、 损伤累计、 强度极限、 峰 值后的变形性能、 最终破坏形态等全过程的宏观反应。它 们是分析和研究混凝土结构和构件的承载力、 变形的主要 依据； 在构件极限状态下的截面应力分布、 抗震结构的延性 和恢复力特性分析、 一维非线性( 有限元) 全过程分析等过 程中， 是不可或缺的材料物理条件 J 。 本次试验得到了四组 E P S混凝土在不同配合比下应力 应变全曲线， 由于第一组立方体抗压强度较低 ， 故舍去。另 外由于数据组数众多， 对各组配合比下各试件数据平均， 选 出有意义的点绘制实测三组应力 一 应变全曲线。 可以看出， 在前期承载阶段 ， 峰点上升和左移， 表明随 着砂率的增加， E P S 混凝土强度增加， 应变降低。总体从应 力应变关系上看， E P S 混凝土材料具有较好的延性及满足密 肋复合墙体填充材料的强度要求。 另外， 本文只研究此批试件的曲线方程。将试件的实 测应力应变曲线采用无量纲坐标表： = 旦 Y = 导 ( 1Y ) 清华大学过镇海教授推荐了标准曲线 j ， 将曲线分为 上升段和下降段， 上升段用 3 次多项方程， 下降段采用有理 目 】 I ， B d 善趟嘿幽辗 椒髓 姚谦峰等 ： 密肋复合墙体 E P S混凝土材料研究 分式， 用来描述普通混凝土的应力应变关系。 x = e ( a )上升段曲线方程和试验无量纲曲线的对比 1 O 嘶 0 8 日 = 0 4 石可 、 、 _ l 2 3 4 5 6 x = e ( b 】下降段曲线方程和试验无量纲 曲线的对比 理论曲线 试验曲线 图4 曲线方程和试验无量纲曲线 的对比 通过观察实测曲线的图形， E P S混凝土的本构关系又 与普通混凝土的应力 一应变关系有所不同， 本文借鉴过镇 海模型的标准曲线和几何特征点， 提出了以下的 E P S混凝 土上升段和下降段曲线。 y= 3 4 h (2 ) 其中， 1 1n 1 4 ， 4口 8 。且当 口=1 2 、 口=8时， 此模型与四组应力 一应变曲线取得 了最佳效果， 如 图 4 所 示。 3结语 ( 1 ) E P S混凝土材料的棱柱体破坏是斜向剪切破坏， 最后被剪坏 ； 随着砂率的增大， 初始裂缝数 目减少， 其塑性 性能降低。 ( 2 ) 随着砂率的增加， E P S混凝材料的容重呈线性 降低， 抗压强度增大， 但容重降低的同时， 抗压强度降低并 不明显， 从而可通过调整砂率来满足密肋复合墙体对填充 砌块材料性能的要求。 ( 3 ) 通过对三组实测应力 一应变曲线分析， 结合过镇 海教授的普通混凝士应力 一应变方程和边界条件， 提出了 E P S混凝土的应力 一应变方程， 建立了其本构模型， 为其在 密肋复合墙中的应用提供了理论支持。 参考文献 1 孟洪睿 生态轻质水泥基墙体材料性能及密肋复合墙体弹塑 性分 析模型研究 D 西安： 西安建筑科技大学 ， 2 0 0 7 2 郑 秀华 ， 等。E P S混凝 土配合 比的研 究 J 哈尔滨建 筑大学 学报 ， 1 9 9 8 ， ( 1 2 ) 3 过镇海 混凝土 的强度和本 构关 系一原 理与应用 M 北京 ： 建筑工业出版社， 2 0 0 4 4 过镇海 混凝土的强度和变形 M 北京 ： 清华大学出版社， 1 9 9 7 【 收穗日期】 2 0 1 0 0 5 2 1 作者简介 】 姚谦峰 ( 1 9 5 6一) ， 男 ， 陕西韩城人 ， 教授 ， 博导 ， 从 事新 型 建筑 结 构 体 系工 程 ， 抗 震 与减 震 控 制 研究 。 ( 上接 第 1 6页) 三十年代时期的外来建筑风格 ， 其历史价值、 艺术价值和科 学价值均较高。但是随着城市现代化进程的加快 ， 城市更 新改造“ 空前” ， 存在着不注重整体保护、 更新中公众参与较 少、 开发经营方式不当等问题， 对街区的保护更新带来了巨 大的负面影响。为了处理好历史街区更新中的这些问题 ， 可以从以下方面考虑 ： 建立保护区实施整体保护； 界面改造 与内核保留； 突出改造中的公众参与； 新旧街区互动发展。 参考文献 1 董雷 浅论历史街区更新的经验教训 D 天津： 天津大学， 2 O O 6 2 吴良镛 世纪之交的凝思： 建筑学的未来 M 北京： 清华大 学 出版社 ， 1 9 9 9 3 吴良镛 关于北京市旧城区控制性详细规划的几点意见 J 城市规划 ， 1 9 9 8 ， ( 2 ) ： 1 11 5 4 熊健， 葛幼松 文化传承和街区发展 J 现代城市研究， 2 0 0 8， ( 4 ) ： 6 1 6 8 5 吴桂军 城市规划中历史街区的保护与更新 J 山西建筑， 2 0 0 6。 3 2 ( 1 5 ) ： 3 03 1 6 郭湘闽超越困境的探索 一 市场导向下的历史地段更新与规 划管理变革 J 城市规划， 2 0 0 5 ， 2 9 ( 1 ) ： 1 4 1 9 7 赵海波 城市更新中历史街区的保护与开发方法探究 J 山 西建筑 ， 2 0 O 9 ， 3 5 ( 1 ) ： 3 8 3 9 8 刘淼 天津“ 五大道” 历史街区的空间肌理研究及其在保护更 新中的延续与重构 D 天津： 天津大学， 2 0 0 7 9 阮仪三， 王景慧， 王林历史文化名城保护理论与规划 M 上海 ： 同济大学 出版社 ， 1 9 9 8 1 0 中国城市规划设计研究院 历史文化名城保护规划规范 R 北京 ： 中国建筑工业出版社 ， 2 0 o 5 1 1 贺菲菲历史街区的商业化改造与更新研究 D 长沙： 湖南 农业大学 ， 2 0 o 7 1 2 阳建强， 等 现代城市更新 M 南京： 东南大学出版社， 1 9 9 9 收稿 日期 2 0 1 0-0 8 0 6 作者简介 王春晖( 1 9 7 3一 ) ， 男， 长春人， 讲师， 硕士， 研究方 向 ： 历史保护 。 蓄 = 盂