新型多排孔混凝土砌块砌体局部均匀受压分析.pdf

中国科技核心期刊 新 建赡 跖型多排孔混凝土砌块砌傩 局部均匀受压分析 崔兆彦， 刘福胜 ， 孙雷 ( 山东农业大学 水利土木工程学院 L U 东 泰安2 7 1 0 1 8 ) 摘要： 从研究典型多排孔砌块砌体局部受压承载能力角度出发， 结合多排孔砌块墙体中部分孔洞填充保温材料特点开展砌体 局部均匀受压能力试验研 究 结果分析表 明， 多排孔砌体局部受压过程中呈脆性破坏特征 ， 力 的扩散作用十分显著 ； 通过 数据 分析 拟合确定了该类砌体的局部均匀 受压强度提高系数计算公式 ， 并对工程应用措施提 出了建议 。 关键词： 局部均匀受压； 强度提高系数； 破坏形态； 破坏机理 中图分类号 ： T U 5 2 2 3 文献标识码： A 文章标 号： 1 0 0 1 7 0 2 X ，( 2 0 1 3 ) 1 1 - 0 0 6 0 0 3 S t u d y o n n e w c o n c r e t e b l o c k m a s o n r y wi t h mu l t i - r o w c o r e s O i l l o c a l u n i f o r m c o mp r e s s i o n CU Z ha o y a n， LI U Fu s h e n g， SUN Le i ( Wa t e r Co n s e r v a n c y a n d Ci v i l En g i n e e rin g Co l l e g e ， S h a n d o n g Ag r i c u l t u r a l Un i v e r s i t y， Ta i a n 2 7 1 01 8 ， S h a n d o n g， C hi n a ) Abs t r ac t ： F r o m t h e pr o s p e c t i v e o f t h e l o c a l c o mp r e s s i o n p e rfo r ma n c e o f t y p i c a l b l o c k ma s o n ry wi t h mu l t i r o w c o r e s ， i n c o n s i d e r a t i o n o f t he c h a r a c t e r i s t i c t ha t s o me b l o c k c o r e s a r e f i l l e d wi t h i n s u l a t i o n ma t e ria l s t r a w b l o c k ， t he s t u d y o n t h e l o c a l C O in p r e s s i o n b e a ri ng c a p a c i t y o f t h e ma s o n r y i s c a r r i e d o u t T h e r e s u l t s s h o w t h a t ma s o nry wi t h mu l t i r o w c o r e s f r a c t u r e i n t y p i c al b rit t l e ma n n e r ， a n d t h e p h e n o me n o n o f t h e s t r e s s d i ff us i o n i s v e ry r e ma r ka b l e By t h e d a t a a n a l y s i s ， t h e f o r n ml a o f a d d e d c o e f f i - c i e n t o f s t r e n g t h o n l o c a l u n i f o rm c o mp r e s s i o n i s p u t f o r wa r d a n d p r a c t i c a l e n g i n e e rin g me a s u r e s a r e p r o p o s e d Ke y wo r ds ： l o c a l u n i f o rm c o mpr e s s i o n ： a d d e d c o e f f i c i e n t o f s t r e n gth ： f a i l u r e mo d e s ； f a i l u r e me c h a n i s m 0 前言 在建筑节能发展趋势下，黏土砖逐渐退出建筑材料市 场，具有良好保温隔热性能的多排孔混凝土空心砌块得到 广泛应用。G B 5 0 0 0 3 -2 0 1 1 砌体结构设计规范 关于局部 受压承载能力的规定基于实心黏土砖局部受压承载能力建 立，而在多排孔节能砌块广泛应用与现有建筑中普遍设置 大开间、 大开洞的发展背景下， 有关混凝土空心砌块的受力 性能，特别是多排孔节能空心砌块砌体在局部受压状态下 的承载能力， 目前尚缺乏系统的试验研究与理论分析。混凝 基金项 目： 山东省科技 发展计划项 目( 2 0 1 2 G N C1 1 4 0 1 ) ； 山东省农业成 果转化项 目 收稿 日期： 2 0 1 3 0 8 0 4 作者简介： 崔兆彦， 男， 1 9 8 9 年生， 山东泰安人， 硕士研究生， 研究方 向： 结构非线性分 析。地址 ： 山东 省泰 安市岱 宗大街 6 1号， E ma i l ： e u i z y a n 1 1 1 1 6 3 c o m。通 讯作者 ： 刘福胜 ， E ma i l ： l i u f a h s d a u e d u a n 。 6 0 新型建筑材料 2 0 1 3 1 1 土空心砌块砌体局部受压承载能力的研究具有重要工程意 义与理论价值。为此， 开展混凝土空心砌块砌体在局部受压 下的性能进行试验研究， 以期了解其破坏模式， 确定其局压 强度提高增强系数，并对现行规范的有关规定条文进行拟 合、 修正。 1 试验方案 本试验所采用多排孔混凝土空心砌块和内置保温材 料秸秆压缩块均由山东农业大学结构实验室制作_ lJ ， 其中 秸秆压缩块采用无机胶凝材料石灰与农作物秸秆作为主要 原料冷压而成； 砌块尺寸为3 9 0 m m x 2 4 0 m m x l 9 0 m m ， 孔洞率 5 0 ， 并进行了空心砌块的抗压强度测试： 抗压强度在7 5 1 0 0 M P a ； 砌筑砂浆采用强度等级为 M 7 5的水泥砂浆， 芯 柱处混凝土的强度等级为C 2 0 ， 砌块孔洞除芯柱位置处以外， 其余孔洞均填置保温材料秸秆块， 以使局部加载钢板下 孔洞被填充。保温承重型混凝土砌块及内置秸秆块如图 1 所 示删 。 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 崔兆彦 ， 等： 新型多排孔混凝土砌块砌体局部均 匀受压分析 载的面积及有力的扩散现象，也就能在 同程度上提高直接 受压部分的强度。 大均等l6 提出围箍与扩散相结合的理 论，即砌体在局部受压状态下，围箍作用和扩散作用相互结 合， 同时起作用而小是简单叠加， 甚全后者强于前者。由于新 型多排孔混凝土砌块中存在不连续的孔洞，虽内置秸秆压缩 块， 但与砌块相比强度较弱， 内部连接不密实， 极大地削弱了 围箍作用的影响。 从裂缝的延伸方向可以看出， 竖向和斜向裂 缝明显， 说明力的扩散作用显著。 因此用力扩散理论解释多排 孔混凝土砌块局压破坏具有较高的合理性。 2 3 局压强度的提高系数 通过X系列试验研究， 初步得出l 新型混凝土砌块砌体 在灌注芯柱作用下的抗压强度和相关的参数指标( 见表 1 ) 。 表 1 砌块砌体抗压强度与开裂强度 根据式( 1 ) 和实测的 v u 、 A 求得 的试验值嗍 以及y的 表 3 局压边缘处的 与 A o 通过回归计算，可得出7 = 1 + 0 - 2 。 广 1， 趋于保守， 与G B 5 0 0 0 3 0 1 1 中y = 1 + 0 3 5 、 A o 广 1相比，试验值明显 偏小，这是由于新型多排孔混凝土砌块外壁无约束作用且 外 部孔洞所填秸秆压缩块对其侧向约束提高有限，构件的破坏 呈现明显的脆性破坏特征。 破坏过程中力的扩散作用明显， 裂 缝呈2 0 。 3 0 。 角扩展， 一旦出现裂缝， 试件将很快破坏， 开裂 荷载与破坏荷载较为接近。 按照G B 5 0 0 0 3 -2 0 1 1 ， 未灌孔混凝土砌块砌体的 = l ， 灌 孔混凝土按不同受压位置公式计算， 但本试验中采用填充孔 洞的秸秆压缩块相对于砌块强度与弹性模量较小，但增加了 砌块连接处水平灰缝砂浆的有效面积，其强度提高介于两者 之间。 在改善保温性能的条件下， 对局部受压承载能力有一 定 计算模型【 见式( 2 ) 】 嘲 ， 回归得到 一 O I g A ) 的相关关系： 的提高作用。 1 ) 3 结语 y = l q、 广 1 ( 2 ) 式中： 厂一局部受压面积上的轴向力设计值， k N ； _ _ 一承载力的极限荷载， k N ； 砌体局部受压强度提高系数； 1 砌体抗压强度设计值， M P a ； 砌体抗压强度实测值， M P a ； A ，局部受压面积， m m 。 A 一影响砌体局部抗压强度的计算面积， m m ； 线性回归系数。 s 系列砌块砌体由于力的扩散效应遍布整个截面，故计算 过程中A 。 的选取与截面面积A相同， 而D系列砌块砌体按照 规范中抗压强度计算面积求解。 表2 为砌块砌体边缘处的实测 极限 荷载与开裂荷载， 表3 为局压边缘处的 与A 。 试验值。 表 2 砌块砌体边缘处极限荷载与开裂荷载 躺极 值开 虬 始 S l 2 5 8 0 S -2 2 21 8 S一 3 2 7 7 4 D一1 3 8 94 D一 2 3 51 6 D一3 3 88 4 2 3 20 2 5 2 4 l 7 8 O 2l 2 2 3 3 9 2 3 7 6 2 31 2 1 2 91 1 0。9 0 O_ 8 O 0 8 2 076 O 8 7 O 8 9 08 3 0 7 5 6 2 新型建筑材料 2 0 1 3 1 1 ( 1 ) 本文拟合得到了多排孔砌块砌体局部受压承载能力 的计算公式，局部受压承载能力的提高系数可作为安全系数 指导工程应用。 ( 2 ) 由于新型多排孔混凝土砌块内部孔洞不连续， 填置保 温材料( 秸秆压缩块) 能增大水平灰缝面积， 起很好连接作用， 对局部抗压强度有一定提高作用。 但对结构可靠度要求较高的 实际工程， 局部受压位置处空洞仍需采用混凝土全部灌实。 ( 3 ) 通过对多排孔混凝土空心砌块局压破坏模式进行分 析， 围箍效应不显著， 力的扩散理论解释局部破坏具有一定的 适用性。 参考文献： 【 1 刘福胜， 孙雷， 张顺轲， 等暗骨架节能砌块墙体： 中国， C N 1 0 3 0 8 8 9 3 8 A 【 P 2 0 1 3 - 0 5 - 0 8 2 】 张顺轲 暗骨架节能砌块砌体受压承载性能研究【 D 1 济南： 山东 农业大学， 2 0 1 3 f 3 1 秦士洪， 刘小勤， 骆万康 烧结页岩多孔砖砌体局部均匀受压试 验研究 J 1 建筑结构 ， 2 0 0 6 ， 3 6 ( 1 1 ) ： 7 3 7 9 I 4 1 杨兴 富， 孙为 民 页 岩多孔砖砌体局部 受压试验研究 及有限元分 析【 D 1 南京： 南京工业大学， 2 0 0 4 ( 下转第8 0页) 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 张松， 等： 磷酸镁聚苯颗粒保温浆料组成与性能研究 之间粘结力影响较大。 原发聚苯颗粒表面光滑， 与胶粉料的粘 结力较差。再生聚苯颗粒表面被打糙， 容易与胶粉料粘结， 但 其中的颗粒碎片又降低了体系的强度， 影响抗拉性能。 另一个 影响保温砂浆强度的主要因素是胶凝材料填充在聚苯颗粒空 隙中， 形成了三维空间网状结构， 随着聚苯颗粒体积比例的增 大， 胶凝材料无法包覆聚苯颗粒， 导致保温砂浆强度降低。这 说明不同的聚苯颗粒及其不同体积比 对保温砂浆的强度影响 较大，这也说明在粉碎过程中产生的聚苯乙烯泡沫碎片对保 温砂浆强度有负面作用。 。 3 3 粉煤灰用量对 MP C E P S浆料性能的影晌 M P C聚苯颗粒保温浆料中既有磷酸镁水泥、 粉煤灰等， 又有有机材料聚苯泡沫颗粒。 作者以前的研究结果表明， 加入 粉煤灰对于磷酸镁水泥有一定的增强作用，作用可从物理和 化学方面来解释。 从物理角度讲， 球状的粉煤灰颗粒可填充于 浆体的空隙， 提高浆体的密实程度。从化学角度， 粉煤灰参与 了水化反应。硅和铝从粉煤灰中溶出， 形成水化产物， 同时粉 煤灰吸附镁， 使得粉煤灰颗粒与水化产物之间产生紧密结合， 因而强度得到提高。 从强度发展来看， 加入粉煤灰的试体强度 远高于未加粉煤灰的试体，说明在水化开始不久粉煤灰就显 示出较高的活性。 3 4 磷酸镁聚苯颗粒保温浆料各性能参数的关系 3 4 1 干表观密度与导热系数的关系 聚苯颗粒保温浆料的导热系数与干表观密度直接有关， 试验结果表明， 在保证浆料密实度的前提下， 干表观密度越 小， 导热系数越低( 见表4 ) 。 根据这一结论， 在拌制过程中， 我 们可通过降低保温浆料的干表观密度即增加聚苯颗粒比例或 减小胶粉料比例来减小其导热系数。 3 4 2 抗压强度与干表观密度的关系 试验发现， M P C聚苯颗粒保温浆料的抗压强度与其干表 观密度也基本成线性正比关系， 如表4所示。 随着磷酸盐与聚 苯颗粒质量比的增加， 表观密度、 抗压强度等物理力学性能显 著提高。 这是由于聚苯颗粒逐渐被完全包裹， 颗粒与浆体之间 的粘结逐渐紧密， 保温浆料空隙率下降， 密实度提高。对于 E P S 颗粒保温浆料这种细集料及浆体用量少的拌和物，掺入 ( 上接第 6 2页) 5 1 MA L E K M H， H E N DR Y A W C o mp r e s s i v e s t r e n g t h o f b r i c k w o r k ma s o n r y u n d e r c o n c e n t r a t e d l o a d i n g J B r i t i s h Ma s o n r y S o c P r o c ， 1 9 8 8( 2 )： 5 6 6 0 6 6 丁大均 砌体强度理论 J 】 建筑结构 ， 1 9 9 8 ( 1 O ) ： 4 6 4 9 ， 5 4 7 】 张景 吉， 唐岱新 浮石混凝土砌块砌体在局部荷载 下的工作特性 8 O 新型建筑材料 2 0 1 3 1 1 粉煤灰可增大浆体体积， 改善体系结构， 从而达到增强效果【4 5 。 3 4 3 导热系数与抗压强度 的关系 由表4 可见，保温浆料的导热系数与抗压强度之间也基 本呈线性的正比关系， 但由于导热系数和抗压强度不属于同一 试件， 受制作试件过程中密实程度的影响， 对应关系会有偏差。 4 结论 ( 1 ) 由原生聚苯乙 烯泡沫塑料经粉碎、 混合而制成的具有 一 定粒度、级配的专门用于配制胶粉聚苯颗粒保温浆料的轻 骨料，粉煤灰改性磷酸镁水泥基材料为高强胶凝剂代替普通 硅酸盐胶粉材料，利用聚苯颗粒制备磷酸盐类保温浆料的配 比分析， 对影响保温砂浆性能的3 个主要因素： 粉煤灰、 聚苯 颗粒、 水掺量进行正交试验， 结果表明， 较佳的配合比为： 粉煤 灰、 聚苯颗粒、 水的用量分别为胶凝材料总质量的4 0 、 1 7 、 2 3 3 。 ( 2 ) 在保证浆料密实度的前提下， 干表观密度越小， 导热 系数越低； 随着颗粒体积比例增加， 胶凝材料无法包覆聚苯颗 粒， 填充在颗粒之间， 导致保温砂浆强度降低； 随着粉煤灰用 量的不断减少，材料导热系数逐渐下降，这是由于粉煤灰水 化产物的减少，减薄了聚苯乙烯颗粒的包裹层，同时，整个 保温隔热材料的空隙率提高，热阻增大的缘故；保温浆料的 导热系数与抗压强度密切相关，在保证聚苯颗粒保温浆料密 实性好的前提下， 抗压强度越小， 导热系数越低， 也就是强度 越低， 保温性能越好， 但强度太低， 反而会影响施工质量。 参考文献 ： 1 杨建 明， 罗利民 ， 钱春香 ， 等 化学结合磷酸镁胶 结材料 的研究现 状及其发展趋势【 J 1 新型建筑材料， 2 0 0 8 ( 9 ) ： 7 - l 1 2 周宏 再生 E P S颗 粒保温 砂浆 性 能研究 J 混 凝 土， 2 0 0 9 ( 1 2 ) ： 9 8 -1 0 0 【 3 1 王惠 明， 陈晓龙 ， 陈集 阳， 等 聚苯颗粒保温浆料性能影响 因素分 析 【 J 1 新型建筑材料， 2 0 0 7( 4 ) ： 3 7 4 0 I 4 1 胡水江 ， 李生初， 徐君， 等 胶粉聚苯颗粒保温浆料 的组 成比例 与 性能研究 化学建材， 2 0 0 9 ， 2 5( 1 ) ： 2 5 3 3 A 【 J 哈尔滨工大学学报， 1 9 8 5 ( 2 ) ： 3 8 4 3 8 1 杨 卫忠 ， 孙伟 砌体局部受压承载力计算改进 J 1 I) J l 建筑科学研 究 ， 2 0 0 5 ， 3 1 ( 4 ) ： 1 9 2 1 I 9 1 杨卫忠 ， 王博 砌体局部受 压有限元分析 J 】 四川建筑科 学研究 ， 2 01 1 ， 3 7( 5 )： 7 4 7 7 A 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m