蒸压加气混凝土砌块自保温墙体专用砌筑砂浆中钢筋埋置长度的试验研究.pdf

2 0 1 6年第 2期 2月 混 凝 土 与 水 泥 制 品 CHI NA C ONC RE T E AND C EME NT P RODUCT S 2 01 6 No 2 F e b r u a r y 蒸压加气混凝土砌块 自保温墙体专用 砌筑砂浆中钢筋埋置长度的试验研究 陈 萌， 赵湘育， 马婷婷 ， 张豪剑， 刘乐庆 ( 郑州大学土木工程学院 ， 4 5 0 0 0 2 ) 摘要 ： 通过九组试件 3 6根钢 筋在 蒸压加 气混凝 土砌块 自保 温墙体专 用砌 筑砂浆 中的拉拔试验 ， 分析 了竖向正 应 力、 砂浆 强度等 级和钢筋锚 固长度 等因素对拉结钢筋黏结锚 固性能的影响 ； 通 过三组试件 6根钢 筋的拉拔试验 ， 得 出钢 筋内力和黏结应 力沿锚 固长度 的分布 曲线 ： 计算锚 固破 坏时沿锚 固长度变化的平均黏 结应力 ， 分 别给 出钢筋 在 自保 温墙体砌块专 用砂 浆强度等级 Mb 5和 Mb l O中的临界锚 固长度 ； 为便 于 工程 应用 ， 提 出了满足 可靠度 要求 的钢 筋建议埋 置长度 。 关键词 ： 蒸压加 气混凝土砌块 ； 拉拔 试验 ； 黏结锚 固强度 ； 锚 固长度 Ab s t r a c t ：T h r o u g h t h e p u l l o u t t e s t s o f n i n e g r o u p s p e c i me n s f o r 3 6 s t e e l r e i n f o rce d i n a u t o c l a v e d a e r a t e d c o n c r e t e b l o c k s s e lf - t h e r ma l i n s u l a t i o n w a l l ，t h e i n fl u e n c e o f v e r t i c a l n o rm a l s t r e s s ，mo rt a r s t r e n g t h g r a d e a n d s t e e l b a r a n c h o r a g e l e n g t h o n b o n d - a n c h o r a g e p rop e r t y o f b i n d i n g s t e e l b ar i s a n a l y z e d ； t h rou g h t h e p u l l o u t t e s t s o f t h r e e g r o u p s p e c i me n s for 6 s t e e l r e i o roe d ， t h e d i s t r i b u t i o n c u r v e s o f s t e e l f o r c e s a n d b o n d s t r e s s e s alo n g a n c h o r a g e l e n gth a r e o b t a i n e d ； t h e a v e r - a g e bon d s t r e s s e s alo n g a n c h o r a g e l e n gth are c a l c u l a t e d a t b o n d - a n c h o r a g e f a i l u r e ， a n d t h e c r i t i c a l a n c h o r a g e l e n gth s o f s t e e l b a r e mb e d d e d i n Mb 5 a n d Mb l O a r e g i v e n F o r e n g i n e e r i n g a p p l i c a t i o n ， t h e d e s i g n a n c h o r a g e l e n gth s t o s a t i s f y r e l i a - b i l i t y r e q u i r e me n t a r e p r o p o s e d Ke y wo r d s ： Au t o c l a v e d a e r a t e d c o n c r e t e b l o c k s ； P u l l o u t t e s t s ； B o n d - a n c h o r a g e s t r e n gth ； An c h o r a g e l e n gth 中图分 类号 ： T U 3 7 5 文献标识码 ： A 文章编号 ： 1 o o 0 4 6 3 7 ( 2 0 1 6 ) 0 2 6 9 0 4 0前 言 蒸压加气混凝土砌块 自保温墙体是 指按照一 定的建筑构造 ， 采用蒸压加气混凝土砌块和配套专 用砂浆 ， 使墙体的传热阻能够满 足节能建筑要求的 墙体 。现阶段我国建筑保温基本采用外墙外保温 。 但外墙外保温对保温材料的性能依赖性较强 ， 设计 寿命短 ， 外墙装饰局限性大 ， 维护和维修率较高 。相 比较 而言 ，自保 温墙体 的保 温层 与结构层合 为一 体 ， 使用寿命 长， 造价和维修率较低 ， 外墙装饰多样 化 ， 较适用于多 、 高层住宅建筑和公共建筑中。正是 由于 自保温墙体的诸多应用优点 。 且随着新型墙体 材料的发展 ， 其应用前景非常广阔【 - 2 。 蒸压加气混凝土砌块 自保温墙体 的专用砌筑 砂浆不同于普通砌筑砂浆 ，具有较高 的黏结力 、 抗 裂特性和一定的保温隔热性能。自保温墙体与混凝 土柱交接截 面拉结钢筋 的构造措施是其应 用的关 键技术之一 。 已有文献给出了拉结钢筋在砌体 中的 锚 固性能试验结果 ， 而对拉结钢筋在砌块专用砌筑 砂浆中的埋置长度研究较少。为加快 自保温墙体在 基金项 目： 河南省省级新型墙体材料专项基金项目。 工程中的应用 本文拟通过 3 6根钢筋在蒸压加气 混凝 土砌块 自保温墙体水平灰缝 中的拉拔试验 ， 分 析砂浆强度 等级 、 钢筋锚 固长度和竖 向正应力等因 素对拉结钢筋黏结锚固性能的影响， 确定钢筋内力 和黏结应力沿锚固长度的变化 ， 给 出满足可靠度要 求的钢筋建议埋置长度 3 - 5 1 。 1 专用砌筑砂浆中钢筋埋置长度的试 验设计 1 1 砌块专用砌筑砂浆的配合 比 经试配得 到满足试验要求 的两个不 同强度等 级 ( Mb 5和 Mb l 0 ) 砌块专用砂浆的配合 比， 见表 1 。 表 1 砌块专用砌筑砂浆配合 比 k g m 砂浆强度等级 水泥： 砂： 外加剂 Mb 5 Mbl 0 2 o o ： 1 4 5 O ： 3 0 2 5 0 ： 1 4 5 0 ： 4 0 1 2 砌块专用砌筑砂浆强度试验 1 2 1 砌块专用砌筑砂浆立方体抗压强度 依据 J G J 厂 I 7 0 -2 0 0 9 建筑砂浆基本性能试验 方法标准 ，测定 了两种不 同强度等级专用砌筑砂 浆( Mb 5和 Mb l O ) 的立方体抗压强度 。带底试模尺 寸为 7 0 7 m mx 7 0 7 mmx 7 0 7 m m。 共制作四组试件 ， 每 一 6 9 2 0 1 6年第 2期 混凝土与水泥制品 总第 2 3 8期 种强度等级砂浆试件各二组 ， 每组 3个试件网 。 1 2 2 专用砌筑砂浆劈裂抗拉强度试验 采用 7 0 7 m mx 7 0 7 mmx 7 0 , 7 m m立 方体 试件作 为试 验试件 ， 共制作 四组试件 ， 每种强度等级砂浆 试件各二组 ， 每组 3 个试件 。试件放在试验机下压 板的 中心位 置 在上 、 下压板与试件之间垫以圆弧 形垫块及 垫条 各一条 ， 连续均匀加荷 ， 加荷速度为 0 0 2 0 0 5 MP a s 。 直至试件破坏。 砌块专用砌筑砂浆的强度试验结果见表 2 。 表 2 砌块专用砌筑砂浆强度测试结果 1 - 3 钢筋 的屈服强度和极限抗拉强度 依据 G B F F 2 2 8 1 2 O 1 0 金属材料 拉伸试 验 第 1部分 ：室温试验方法 ，截取 2根 5 0 0 mm长的 0 6 H P B 3 0 0级钢 筋试件 。测得钢筋 的屈 服强 度为 3 4 1 8 MP a 。 极限抗拉强度为 5 8 9 4 MP a 。 1 4 专用砌筑砂浆中钢筋埋置长度 的试验 1 4 1 试件设计 c 设计九组试件 。 每组试件 4根拉拔钢筋 。分析 了砂浆强度等级 ( 取为 Mb 5和 Mb l O ) 、 钢筋锚 固长 度 ( 取 为 3 0 0 mm、 4 0 0 m m 和 5 0 0 mm) 和竖 向正应力 ( 取为 O MP a 、 0 2 MP a和 0 4 MP a ) 等 因素对拉结钢筋 黏结锚固性能的影响 ； 并通过三组试件 6根钢筋 的 拉拔试验 ， 测定钢筋应变沿埋置长度的分布 ， 研究 钢筋 内力和黏结应力沿埋置长度 的变化 ， 给 出拉结 钢筋在蒸压加气混凝土砌块 自保温墙体专用砌筑 砂浆中的埋置长度。试件设计如表 3 所示。 砌 块 尺寸 为 6 0 0 mmx 3 0 0 m mx 2 0 0 ra m。 3 0 0 m inx 3 0 0 mm x 2 0 0 mm 试 件 尺 寸 为 6 0 0 mm x 3 0 0 m m 6 3 0 mm，水平灰缝厚度为 1 5 m m，竖 向灰缝厚度为 2 0 ra m。 构件砌筑之后 ， 在其顶部放三皮砌块 ， 试验前 取下 ， 如图 1 所示。 I ； I 图 1 试验试件( 单位 ： m m) 表 3中带 试件 的钢筋表面粘贴电阻应变片 ， 应变片的布置如图 2所示。 1 4 2 试验加载及量测 试验装置见 图 3 。试件上设置千斤顶和荷载传 一 7 0一 、 表 3 试件设计 2 mm3 mm 2 mmx3 mm 2 mmx3 mm 2 mm3 mm 应 变片 应 变片 应变 片 应 变片钢 筋 I 1 I t n nl n n 5 0 1 0 0 1 0 0 1 0 0 5 0 1 4 0 0 l J - - - - - - - - - - - - - - - 。 -。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 _ ( b ) 锚固长度 4 0 0 m m的钢筋应变片布置 图 2 钢筋电阻应变片的布置( 单位 ： m m) 图 3 试验 装置示 意图 筋 陈 萌 ， 赵湘育 ， 马婷婷 ， 等蒸压加气混凝土砌块 自保温墙体专用砌筑砂浆 中钢筋埋置长度的试验研究 感器以控制正应力大小 ， 持荷 3 ra i n后 ， 用拉拔仪对 钢筋进行分级水平拉拔 。 B L R l液压荷载传感器测 定拉拔荷载 的大小 。分别在 自由端和加载端安装 1 0 0 mm位移传感器测量相对滑移 s ， 和 s ( 加载端位 移传感器 固定装置和拉拔仪 同轴 固定在拉拔钢筋 处 ) 。采用 T S T 3 8 2 2静态电阻应变仪采集拉拔过程 中的钢筋应变、 钢筋加载端及 自由端的相对滑移。 2 钢筋与专用砌筑砂浆的锚 固影响因素分析 2 1 竖 向正应力 选取 A A C B I、 A AC B l I 和 A A C B1 1 1 共三组试件 1 2根钢筋的拉拔试验结果 。 三组试件砂浆强度等级 均为 Mb 5 ， 钢筋锚 固长度 均为 4 0 0 m m。 仅考虑竖 向正应力影响，对应 A AC B I、 A A C B 11和 A A C B1 1 I 试件 ， 竖 向正应力从 0 、 0 2 MP a变化至 0 4 MP a 。 剔除试验离散性较大 的数据 ， 图 4给出了竖 向 正应力与极 限黏结强 度 下 之 间的变化关 系 ， T u = F ( d 。 ) ，式 中， F为极限荷载 ， d为钢筋直径 ， 为锚 固 长度 。随着竖向正应力的增大 ， 灰缝砂浆对钢筋的 极 限黏结强度也逐渐提高。相 比较竖向正应力为 0 和 0 2 MP a ， 其平均极限黏结强度增加约 2 4 ： 对应 于竖 向正应力为 0 2 MP a和 0 4 MP a ，其平均极 限黏 结强度增加约 1 2 。可见 ， 随着竖向正应力的逐步 增大 ， 其对黏结锚 固强度 的影响随之减小 ， 即竖向 正应力的增加对黏结锚固强度的提高十分有限。 2 2 砂浆强度 选 取 A A C B I、 A AC B I I ( 砂浆劈 裂抗拉强 度 0 8 1 7 MP a ) 和 A A C B V I 、 A AC B V I I ( 砂浆劈裂抗拉强度 1 0 1 0 MP a ) 的试验结果 ； 并参考文献 8 1 ( A一 3 1 ， A一 3 2和 A 一 3 3 试件 ，砂浆劈裂抗拉强度 1 5 5 0 M P a ) 和文献f 9 1 的试验数据( M一 5 一 l ， M一 5 2 ， M一 5 3试件 ， 砂浆劈裂抗拉强度 1 4 3 8 MP a ； M一 6 1 ， M一 6 2 ， M一 6 一 善 越 魑 埒 德 醛 辎 3试件 ， 砂浆劈裂抗拉强度 1 8 2 0 MP a ) 。试件竖向正 应 力变化范 围为 0 0 2 MP a ，钢筋直径 变化 为 6 1 0 mm。 相对锚固长度 变化为 1 2 6 6 7 ， 上述条件 基本相近 考虑试件极限黏结强度随专用砌筑砂浆 劈裂抗拉强度的变化影响， 如图 5所示。 由图 5可知 。 钢筋与砂浆的黏结强度随砂浆劈 裂抗拉强度的增大而提高 ，但增加速率逐渐减小 。 当砂浆劈裂抗拉强度超过 1 5 0 MP a时， 极 限黏结强 度变化趋于稳定 。基于试验数据 ， 回归得 出极限黏 结强度与砂浆劈裂抗拉强度的换算公式 ( 1 ) 。公式 ( 1 ) 拟合优度的确定系数为 0 8 7 6 。 丁 = 4 5 4 1 n ( ) + 1 9 5 ( 1 ) 式 中： 丁 为钢筋与专用砌筑砂浆的极 限黏结强 度 ， MP a ； 为专用砌筑砂浆的劈裂抗拉强度， MP a 。 2 3 相对锚 固长度 为消除钢筋直径的影响 ， 对试件取相对锚固长 度 。 选取 A AC B I, A A C B I V、 A A C B W I 和 A A C B 组试件的拉拔试验结果 ； 并参考文献 8 1 的试验数据 ( A 一 9 1 ， A 一 9 2和 A一 9 3试件 ， l a d = 1 6 ) 。 试件的正 应力均为 0 ，砂 浆劈裂抗拉强度 的变化 范围为 0 8 1 7 1 0 1 0 MP a ， 钢筋直径的变化范围为 6 1 0 m m， 上述条件基本相近 ，考虑相对锚固长度 ( d = 1 4 8 3 I 3 ) 对试件极限黏结强度的影响。 图 6为试件极 限黏结强度与相对锚 固长度 的 变化关系。随着相对锚固长度的增大 ， 试件极限黏 结强度减小 ， 曲线 的前半段下降速度较快 ， 但随着 相对锚 固长度 的增大 。 极 限黏结强度的变化趋向平 缓。原因是因为当相对锚固长度较小时 ， 沿锚固长 度的高应力区相对较大 ，黏结应力 曲线较为丰满 ， 则平均黏结应力相对较 高 ；当相对锚 固长度较大 时 ， 高应力 区相对较短 ， 平均黏结应力相对较小。 3 5 要 3 0 2 5 2 0 哺 1 5 辩 10 相 对锚 固长 度 Ud 图 4 竖向正应 力的影响 图 5 砂浆 劈裂抗拉 强度 的影 响 图 6 相对锚 固长度 的影响 3 沿 锚 固长度 的黏 结应 力 分布 对 A AC B I一 1 , A A C B I一 2 、 A A C B1 V一 1 、 A A C B I V一 2 、 A A C B 一 1和 A A C B W J 一 2试件 由量测的钢 筋应变计算出各测点在每级荷载下的钢筋 内力值 ： 并 由公式 ( 2 ) 计算出各测点在每级荷载下 的黏结应 力 ，用光滑曲线将各级荷载下的黏结应力相连 ， 得 到黏结应力沿锚 固长度的分布曲线。 r=旦 = 一 d O , A s n d d x t r d d x= d x ( 2 ) d 图 7和 图 8分别给 出了构件 A A C B I一 2钢筋 内力和黏结应力沿锚固长度的分布曲线 。 由图 7可以看 出，在加载端钢筋 内力最大 ， 距 加载端 5 0 m m之前 。 曲线变化较为平缓 ； 随着锚 固长 度的增加 ， 钢筋内力下 降较快 ， 黏结锚 固刚度明显 一 7】一 2 0 1 6年第 2期 混凝土与水泥制品 总第 2 3 8期 善 雹 滤 嚼 O l o 0 2 0 0 3 o o 4 0 0 5 0 0 距加 载端 的距 离 mm 图 7 A A C B I一 2的钢筋 内力沿 锚 固长度分 布曲线 图8 A A C B I 一 2的黏结应力沿 锚 固长度分布 曲线 增大 ， 距加载端 5 0 l O O m m时 ， 曲线下降速度最快 ； 此后至 自由端附近时曲线又渐趋平缓 ， 最终在 自由 端钢筋 内力降为 0 。 由图 8可见 ， 随着锚固长度的加大 ， 黏结 应力 快 速增大并达到峰值 ，接着逐 渐下降直 至减 小为 零 ； 同时 ， 随着各级荷载的增加 ， 黏结应力 的峰值也 相 应变大 ， 并有缓慢偏 向 自由端 的趋势 直到发生 黏结 破坏 。 4钢筋在专用砌筑砂浆中的埋置长度 在某一锚 固长度下 ， 锚 固荷载等于钢筋 的屈服 荷载 ， 即锚 固失效 与钢筋屈服 同时发生 ， 这一特定 的锚 固长度即为临界锚 固长度。依据试验构件黏结 应力沿锚固长度的分布曲线 ， 计算 出锚固失效时沿 锚 固长度变化的平均黏结应力 ， 由式 ( 3 ) 计算得 出 钢筋的临界锚 固长度 。式( 3 ) 中钢筋 的屈服荷载 由 试验测得 ， 为 9 6 5 9 k N， 计算结果见表 4 。 7 一土 。 a i ( 3 ) 式中： 钢筋的屈服荷载 。 计算出钢筋的临界锚固长度后 ， 为方便工程应 用 ， 依据试件几何尺寸和结构材料 的统计参数 以及 钢筋在 自保温墙体水平灰缝中的极限黏结强度统 计数据 ， 应用一次 二阶矩理论 的中心点法 。 得 出满 足可靠度要求 的钢筋近似锚固长度 ： Mb 5砂浆强度 等级 6 1 l mm， Mb l 0砂浆强度等级 4 9 0 mm。 考虑到钢 筋锚 固的重要性和施工过程 中各种外部 因素 的不 利影响 ， 提高安全储备 ， 最终得 出钢筋在 自保温墙 体专用砌筑砂浆 中的建议埋置长度 ： Mb 5砂浆强度 等级 6 5 0 m m， Mb l 0砂浆强度等级 5 5 0 m m。 表 4 界限锚固长度 的计 算 一 7 2 5 结论 ( 1 ) 通过九组试件 3 6根钢 筋在蒸压加气混凝土砌块 自保 温 墙体 水平 灰缝 中的 拉拔 试 验 分析了竖向正应力 、 砂浆强 度等级和钢筋锚固长度等 因素 对拉结钢筋黏结锚固性能的影 响。 随着竖向正应力的增加 ， 其 极 限黏 结锚 固强度 也 随之 增 加 。 但 当竖 向正应力超过某一数值 时 。 其黏结锚 固 强度增加作用不明显 ；随着砂浆强度等级 的增加 ， 其黏结强度也随之增大 但增加速率逐渐减小 ； 随 着锚固长度的增大 ， 其平均黏结强度随之减小 。 ( 2 ) 通过三组试件 6根钢筋 的拉拔试验 ， 由量 测的钢筋应变 ， 计算得 出钢筋 内力和黏结应力 沿锚 固长度的分布曲线。 ( 3 ) 计算锚 固破坏时沿锚 固长度变化 的平均黏 结应力 。得 出对 应专用砌筑砂浆强度等级 Mb 5和 Mb l O的钢筋临界锚固长度 ； 为方便工程应用 ， 给出 满足可靠度要求 的钢筋在 自保温墙体水平灰缝 中 的建议埋置长度 ： Mb 5砂浆强度等级 6 5 0 m m， Mb l 0 砂浆强度等级 5 5 0 m m。 参考文献 ： 【 1 江苏省住房和城乡建设厅 D G J 3 2 一 T J 1 0 7 -2 0 1 0蒸压加 气混凝土砌块 自保温系统应用技术规程【 S 】 2 0 1 0 【 2 】 邱勇 建筑外墙 自 保温材料及体系研究 D 杭州： 浙江大学， 2 0 0 7 3 】 陈萌， 毕苏萍 5 0 0 M P a级细晶粒热轧带肋钢筋 在混凝土 中 的锚固性能试验研究 J 铁道建筑， 2 0 1 4 ( 9 ) ： 2 8 3 1 4 刘 立新， 罗国 生 钢筋混凝 土并 筋梁 的粘 结锚 固及受力性 能研究 J 郑州工业大学学报， 2 0 0 1 ( 3 ) ： 2 1 5 2 1 8 5 1 刘 明， 苑振芳， 王利 民， 等 配筋砌体结 构结合带 中钢筋 的锚 固与搭接长度的试验研究 J 混凝土， 2 0 0 1 ( 3 ) ： 3 4 3 6 6 中华人 民共 和国建设部- J G J 仃 7 0 -2 0 0 9建筑砂浆基本性 能试验方法标准【 S 】 北京： 中 国建筑工业出版社， 2 0 1 0 【 7 1 中华人 民共 和国建设部G B T 2 2 8 1 2 0 1 O金 属材料 拉 伸试 验第 1 部分 ： 室温试 验方法【 S 北京： 中 国建筑 工业 出版 社 2 0 0 2 f 8 1 马婷婷 蒸压加气混凝土砌块 自保温墙体的建筑构造及热 工性能试验研究【 D 】 郑州 ： 郑州 大学， 2 0 1 5 【 9 刘 明 配筋 砌块砌体 中钢筋粘结性 能与可靠性 研究 D 】 大 连： 大连理工大学。 2 0 0 3 收稿 日期 ： 2 0 1 5 0 9 2 6 作者简介 ： 陈萌( 1 9 6 9 一 ) ， 女 ， 教授 、 博 士。 联 系电话 ： 1 3 6 2 3 7 1 3 9 6 5 E ma i l ： c mn l x Z Z Ue d uo n O 5 O 5 O 5 O 5 3 2 2 1 1 O O O 薹 姆拣 2 0 8 6 4 2 O