高强混凝土砌块填芯砌体性能分析与研究.pdf

1 2 四川建筑科学研究 S i c h u a n B u i l d i n g S c i e n c e 第 3 6 卷第 1 期 2 0 1 0年 2月 高强混凝土砌块填芯砌体性能分析与研究 祝英杰， 李 兰， 臧晓光 ( 青岛理工大学土木工程学院， 山东 青岛2 6 6 0 3 3 ) 摘要： 对三种不同试件类型的高强混凝土砌块填芯砌体受压性能进行了试验研究。分析了三类试件不同影响因素下的破 坏特征、 抗压强度、 弹性模量及泊松比， 提出了较为合理的确定高强混凝土砌块砌体力学性能指标的试件类型及计算公式， 计 算结果与试验值符合较好。 关键词： 高强混凝土砌块砌体； 力学性能； 填芯砌体； 试件类型 中图分类号： T U 3 7 5 6 文献标识码： A 文章编号： 1 0 0 81 9 3 3 ( 2 0 1 0 ) 0 1 0 1 2 0 3 Co mp a r a t i v e s t ud y o n m e c h a n i c s p r o p e r t i e s o f g r o u t e d h i g h- s t r e n g t h c o n c r e t e s ma l 1 s i z e d h o l l o w b l o c k m a s o n r y Z H U Y i n g j i e ， L I L a n ， Z A N G X i a o g u a n g ( Q i n g d a o U n i v e r s i t y o f T e c h n o l o g i c a l ， Q i n g d a o 2 6 6 0 3 3 ， C h i n a ) Ab s t r a c t ： C o mp r e s s i v e p r o p e r t i e s o f 3 k i n d s o f ma s o n r y s p e c i me n s w i t h g r o u t e d h i g h s t r e n g t h c o n c r e t e s ma l l s i z e d h o ll o w b l o c k a r e t e s t e d i n t h i s p a p e r F a i l u r e f e a t u r e s ， c o mp r e s s i v e s t r e n gth， e l a s t i c mo d u l u s a n d p o i s o n r a t i o o f t h e ma s o n r y a l l an a l y z e d u n d e r s o me f a c t o r s ， a n d a b e t t e r k i n d o f b l ock ma s o n r y t e s t e d f o r me c h a n i c s p r o p e rti e s a n d c a l c ula t i n g f o r mu l as f o r t h e m a r e p r e s e n t e d ， a n d s h o ws t h a t r e s ult s o f c alc ula t i n g i s c o mp a r e d w e l l w i t h t h e e x p e r i me n t al r e s u l t s Ke y wo r d s ： h i g h - s t r e n gth c o n c r e t e s ma l l - s i z e d h o l l o w b l ock maso n r y； me c h ani c s b e h a v i o r s ； g r o u t e d maso n r y； s p e c i me n t y p e s 0 前言 在高层配筋砌块剪力墙抗震结构体 系中， 需要 采用较高强度等级的墙 体材料 ( 混凝土砌块 、 填芯 混凝土、 砂浆等 ) 。现行 J G J T 1 4 2 0 0 4 混凝 土小 型空心砌块建筑技术规程 中所列填芯混凝土强度 等级最大为 C b 3 0 。针对高 强混凝 土砌块砌 体 ( 砌块强度等级 MU 1 5 、 砂浆强度等级 Mb 2 0 、 填 芯混凝土 强度等级 C b 3 0 ) 的力学性 能研究 的较 少 。目前， 确定混凝土小型空心砌块砌体( 非填 孔和填孔) 的力学性 能指标 的试件形 式一般有 三 种 ： 即试件尺寸为 5 9 0 m m x 5 9 0 mm x 1 9 0 mm(I 型) L s ， 3 9 0 m m x 5 9 0 mm x 1 9 0 mm(型)( 规 范 型) 及 3 9 0 m i n x 5 9 0 mm x 1 9 0 m m( m型) 。本文作 者针对不 同类型砌体形式的高强混凝土砌块填芯砌 体的受压性能进行 比较研究 。 1 试件 的类型设计 试验采用单 排孔主砌块尺寸为 3 9 0 m m x 1 9 0 收稿 日期： 2 0 0 8 - 0 8 1 0 作者简介： 祝英杰( 1 9 6 1 一) ， 男， 辽宁本溪人 ， 教授， 研究方向为混凝 土结构及砌 体结构 ， 工程结构检测与鉴定 ； 主要从事土木工程的教学 与科研工作。 基金项目： 山东省教育厅项目( J 04D 1 3 ) ； 青岛市科技发展项目( 0 4 - 3 一 N S 一 1 0 ) Ema i l ： c h u y j q t e c h e d u c a m m x 1 9 0 m m， 辅砌 块尺寸 为 1 9 0 m m x 1 9 0 m m x 1 9 0 m m， 砌块的空心率为 4 5 ， 砌块强度等级为大 于 MU 1 5 。试件的类型有三种 ： ( 1 ) 即单、双孔块组 砌三层 ( 宽为 5 9 0 m m) ， 试件尺寸为 5 9 0 m m x 5 9 0 m m x 1 9 0 mm(I 型) ； ( 2 ) 一种是上下为双孔 ， 中间 一 皮为两块单孔组砌 的三层 ( 宽为 3 9 0 m l T 1 ) ， 试件 尺寸为 3 9 0 m m x 5 9 0 n l m x 1 9 0 mm(I I 型 ) ( 规范 型) ； ( 3 ) 三层皆为主砌块、 中间皮无竖 向灰缝 的 3 9 0 m m x 5 9 0 m m x 1 9 0 m m( 1 l I 型) 。选用不同砂浆强度 等级 、 不 同填芯率、 不同填芯混凝土强度等级作为研 究参数 ， 其中 I 型试件 3 4个 ， 型试件 1 2个 ， 型 试件 3 6个， 包括填 1 孔、 填 2孔及填 3孔。 2抗压试 验结果分析 2 1 砌体受压破坏特征 在混凝土砌块受压试验过程中， 从加载到破坏 ， 三种类型试 件的初 裂荷载及极 限破坏荷载是不 同 的， 但具有相似的破坏特征。 ( 1 ) 第一阶段 ， 0 4 N u以前 ， 填芯砌体在这之前 都是弹性变化 的， 此阶段应力应变关系为线性 比例 关系， 砌体为线弹性体。 ( 2 ) 第二阶段， 初裂时， 砌体主宽面上首先出现 第一条裂缝 ， 其位置 I 型试件、 型试件一般发生 在竖向灰缝处， 型试件发生在孔洞壁处。平均初 裂系数 I 型为0 6 6 ， 1 1 型为 0 5 0 ， m型为 o 8 3 。没 有竖向灰缝的型试件的初裂系数比有竖向灰缝的 祝英杰， 等： 高强混凝土砌块填芯砌体性能分析与研究 l 3 I 型试件、 型试件的初裂系数平均高 2 5 左右， 这对于相对破坏荷载而言， I型试件初裂较早 ， 型 试件初裂较晚， 其原 因为 ： I型试件 中的砂浆强度虽 然比块材强度高， 但竖向灰缝砌筑时较难保证其饱 满度 ， 砂浆与砌块表面的粘结强度较低 ， 很难保证砌 体的整体性 。当试件受压 时， 竖向灰缝成为薄弱环 节 ， 再加上其上的剪 、 拉应力集 中现象 ， 使灰缝易开 裂。因此 ， 初裂多发生宽面竖向灰缝处和对应灰缝 位置的块材外表面上。填芯砌体的初裂系数随着填 芯率的增大 、 填芯混凝土强度等级的提高而增加。 ( 3 ) 第三阶段， 随着荷载的逐级增加， 裂缝不 断延伸和扩展， 同时出现第二条裂缝， 对填芯砌 体 ， 裂缝大多沿孔洞壁的中部， 也有发生在孔边。 ( 4 ) 第四阶段 ， 荷载加至接近破坏荷载时， 裂缝 发展为主裂缝， 同时出现新的裂缝， 短边侧面上出 现裂缝， 最终主裂缝和裂缝明显变宽， 砌体 破坏 。裂缝开展如 图 1 所示 。大多数情况下 ， 砌体 破坏表现为砌块外皮 的胀裂破坏 ， 在达 到极 限荷载 时 ， 砌块胀裂剥离的同时， 芯柱被压酥裂 ， 表 明混凝 土芯柱与砌块共 同工作 良好。 2 2 砌块砌体抗压强度的分析 ( 1 ) 与规范公式比较 G B 5 0 0 0 32 0 0 1 砌体结构设计规范 采用 型小型混凝土砌块砌体试 件， 对 于填芯砌体抗压强 度平均值厂 g ， 可由空心砌体抗压强度 ( ) 和填芯 混凝土强度 皿 之和表示为 ： f I 图 1 I型、 型及 型试 件裂缝 Fi g 1 Cr a c k s o f s p e c i me n s I a nd ， = + 0 6 3 4o ， ( 1 ) = 0 4 6 1 ( 1 + 0 0 7 A) 1 0 M P a )( 2 ) = ， m ( 1 1 0 0 1 A) ( 1 0 MP a ) ( 3 ) 式中 砌块 砌体 的填 芯率 ， 即填芯混凝土面 积与砌体毛截面面积之 比； 砌块、 砂浆的抗压强度平均值 ； 填芯混凝土立方体抗压强度平均值 。 ( 2 ) 建议公式 ， = 厂 m+ 0 5 6 ， ( 4 ) = 0 4 A( 1 +0 0 1 7 A) ( 5 ) 式中符号含义同上。 将规范公式 ( 1 ) 、 建 议式 ( 4 ) 及 试验值进行 比 较 ， 结果见表 1 。 表 1 填芯砌块砌体抗压强度 的比较 Ta b l e 1 Co mp a r i s o n s o f c o m p r e s s i v e s t r e n g t h o f g r o u t e d b l o c k ma s o n r i e s M P a 从表 1 看出， 填芯砌块砌体芯柱的混凝土强度 皆高于砌块强度， 约在 1 3 2 5倍之间。 I型试件 的抗压强度值偏低于 型、 型试件。 型试件抗 压强度试验值低于 型试件， 表明砌体材料强度匹 配对其有一定影响， 两型的砌块强度相近， 但型试 件的填芯混凝土强度等级高于型试件的填芯混凝 土强度等级 ， 使 型试件 的砌体抗压强度提高。对 于 I， ， 型填芯砌体 的抗压强度 ， 当砂浆强度低 1 4 四川建筑科学研究 第 3 6卷 于 Mb l 0或 大 于 Mb l O， 且 填 芯 混 凝 土 强 度 大 于 C b 2 0 ， 按规范公式计算 ， 理论值皆高于试验值， 试验 值与规范计算值之 比的平均值为 0 8 71 0 1 ， 偏 于 不安全。而采用 I型试件按建议式 ( 4 ) 的计算值 与 试验值符合较好 ， 且试验值与建议 式 ( 4) 计算值之 比的平均值为 1 0 11 1 6 ， 偏于安全 。 2 3 砌体 的弹性模量与泊松 比 ( 1 ) G B 5 0 0 0 3 2 0 0 1 砌体结构设计规范 3 给 出， 对于单排孔对孔砌筑 的混凝土砌块砌体的弹性 模量 ， 可按下列公式计算 ： E=1 7 0 0 f g ( 6 ) = 0 4 5 f g 。 ( 7 ) 式中 填芯砌体抗压强度设计值 。 ( 2 ) 建议公式 - 4 填芯砌体弹性模量采用如下公式： E= 2 2 0 0 f , ( 8 ) 式 中 填芯砌 体 的抗 压强度设 计值 。同式 ( 7 ) 。 将 I 型、型、 型试 件的弹性模 量 的试验结 果、 规范公式及建议公式的计算结果进行 比较 ， 如图 2所示及见表 2 。 表 2 砌体 弹性模量 E( 1 0 MP a ) 及泊松 比的 比较 Ta b l e 2 Co mp a r i s o n s o f e l a s t i c mo d u l u s a n d p o i s o n r a t i o of mas o nr i e s 从图2 及表2可看出， I 型、 型试件按建议公 式计算的弹性模量值与试验结果 比较 ， 试验值大于 计算值 ， 偏于安全。若按规范公式计算则偏于保守 ； 型试件按建议公式计算的弹性模量值大于试验结 果 ， 偏于不安全 ， 而按规范式计算较好。 表 2中， 泊松比的试验值的离散性较大， 求其平 图 2 不同砌体 试件弹性模量的比较 F i g 2 Co mp a r i s o ns o f e l as t i c m o d u l u s o f s p e dme us 均值 ， I 型试件泊 松 比为 0 3 8 ， 因为包含较多竖 向 灰缝 的变形 ， 导致砌体横 向变形较大， 且大于砌块和 砂浆的泊松 比 J ， 比较符合 实际情况。 型、 型 试件泊松 比分别 为 0 2 2 5和 0 2 2 ， 由于其 内仅有一 道竖向灰缝和没有灰缝 ， 其泊松 比接近于混凝土 的 泊松比 0 2 。实际墙 体近似 I型试件 ， 建议填芯砌 块砌体 的泊松 比取为 0 2 5 。 3 结论 通过对试验结果的分析 ， 可以得出以下结论 ： ( 1 ) 三种类型试件的破坏特征有所不同， I型、 型试件初裂 的较早、 初裂系数较低， 约为破坏荷载 的 5 0 6 5 ， I I I 型试件初裂较晚， 初裂系数大于 8 0 。 ( 2 ) 对于填芯试 件 ， I型试件与实 际墙体 的工 作情况相近 ， 因此建议小型混凝土砌块砌体抗压强 度试件应以 I型试件 为标 准， 如用 型、 型试件 时， 结果则需要进行修正 。 ( 3 ) 砌体试件 的类型及材料匹配 ， 对砌体力学 性能指标的确定有一定的影响。当砌块强度等级大 于 M U1 5 ， 砂浆强度大于 M1 0 ， 填芯混凝土强度等级 大于 C b 3 0时 ， I型、型、 型试件 的抗压强度按 砌体规范计算值大于试验值， 偏于不安全。建议按 I 型试件采用式( 4 ) 计算 ， 且偏于安全。 ( 4 ) 弹性模量宜采用 I型试 件， 按式 ( 8 ) 计算 ， 泊松比取为 0 2 5 。 参 考 文 献 ： 1 J G J T 1 42 o o 4混凝土小型空心砌块建筑技术规程 s 2 国家标准管理组 砌体结构设计规范 s 北京： 中国建筑工业 出版社 ， 2 0 0 0 3 孙氰萍， 唐岱新 ， 周炳章。 等 混凝土小型空心砌块建筑设计 M 北京： 中国建材工业出版社， 2 0 0 1 4 祝英杰 ， 刘之洋 高强混凝土空心砌块砌体 的性 能 J 东北大 学学报 ， 2 0 0 2 ， ( 6 ) ： 5 9 6 - 5 9 8 5 祝英杰 ， 楼永林 高强混凝 土填芯砌块砌 体受压性 能的研究 J 工业建筑， 2 0 0 2 ， ( 8 ) ： 4 4 4 6 6 江波 混凝土小型空心砌块砌体的力学性能 D 哈尔滨： 哈尔滨建筑大学 ， 2 0 0 0 7 李利群 ， 王杏林 ， 刘伟庆 新 型混凝土小 型空心砌块砌体 的力 学性能研究 J 新型建筑材料 ， 2 0 0 2 ， ( 3 ) 8 S a y e d A h m e d E Y， S h r i v e N GN o n l i n e a r F i n i t e E l e m e n t Mo d e l o f H o l l o w M a s o n r y J J o u r n a l o f S t r u e t u r a l E n g i n e e r i n g ， A S C E ， 1 9 9 6 ， ( 6)