多孔砖砌体(精选9篇)
多孔砖砌体 篇1
摘要:砌体弹性模量是砌体结构的基本力学指标,从3个不同的角度研究混凝土多孔砖砌体及砌体材料弹性模量取值的问题,即:利用试验统计资料,得到混凝土多孔砖砌体及混凝土多孔砖、砂浆的弹性模量表达式;由砌体轴心抗压试验,得到其受压本构关系并推导了弹性模量的表达式;基于混凝土多孔砖、砂浆的弹性模量推导了砌体的弹性模量。结果表明,这3种方法得到的表达式的计算结果与试验结果及现行规范的取值吻合较好,为混凝土多孔砖砌体结构的理论研究和工程设计提供了基础资料。
关键词:混凝土多孔砖砌体,混凝土多孔砖,砂浆,本构关系,弹性模量
0前言
砌体弹性模量是砌体结构的基本力学指标[1],是进行砌体构件强度[2]、刚度、稳定性计算及抗震[3,4]、有限元分析时必不可少的一个材料参量。随着混凝土多孔砖成为替代黏土制品的主导产品之一,有必要对其力学性能进行更全面的了解,而该砌体及砌体材料的弹性模量亦是研究其力学性能的一个重要指标[5,6]。
当根据棱柱体试验确定砌体弹性模量时,ACI/ASCE5-02/TMS402-02和Uniform Building Code(UBC-91)均采用由σ=0.05f'm和σ=0.33f'm两点之间的割线的斜率确定(其中,f'm为砌体28 d的抗压强度);当不进行棱柱体试验时,ACI/AS-CE5-02/TMS402-02的方法即根据影响砌体弹性模量的主要因素——砌体抗压强度(f'm)和砂浆类型(M,S,N)制成表格,供设计时使用,而这种取值的特点为对于同一类砌体,当采用强度等级不同的砂浆时,砌体弹性模量取值存在不连续性。
我国《砌体结构设计规范》依据砌体弹性模量与砌体抗压强度或砂浆强度等级之间的关系[7,8],由砌体抗压强度或砂浆强度确定砌体的弹性模量,与此法类似的DB22/T 442—2007《混凝土多孔砖砌体结构技术规程》规定,当砂浆强度分别为M7.5及M10时,混凝土多孔砖砌体弹性模量为其抗压强度设计值的1600倍和1700倍。这种方法计算虽然简单,但不能反映出各种不同的砌体材料砌体在受力性能上的差别。可见,提供具有连续性的混凝土多孔砖砌体弹性模量的统一表达式,对于该结构的理论研究和工程设计具有重要意义。
利用有限元方法对混凝土多孔砖砌体结构进行静态、动力分析时,可将砌体视为各向同性单相介质,采用匀质材料的变形规律,其弹性模量可按规范所述方法确定。但如果对组成砌体的各个组成部分的各种破坏机理作进一步的应力分析,则必须将块体、砂浆层分开模拟,分别提供块体、砂浆的弹性模量取值。因此,确定块体、砂浆的弹性模量也具有十分重要的意义。
1 利用试验统计资料得到的混凝土多孔砖砌体及砌体材料弹性模量取值的方法
1.1 混凝土多孔砖砌体弹性模量
1.1.1 试件制作
本试验采用KP1型混凝土多孔砖,外形尺寸为240 mm×115 mm×90 mm,孔洞率约为28%,密度约1440 kg/m3,其原材料配比为:水泥18%,粉煤灰19%,煤矸石11%,中砂17%,5~10 mm的碎石35%。测试弹性模量及轴心抗压的试件各6组共120件。试件数量、几何尺寸、使用的砖及砂浆强度见表1。试件砌筑尺寸满足GBJ 129—90《砌体基本力学性能试验方法》要求。试件砌筑时孔洞面向下,在盲孔面铺砌砂浆。施工应保证层间砂浆砌筑饱满度达90%以上,立缝砂浆砌筑饱满度85%以上,进入砖孔内砂浆高度不小于6 mm。由于混凝土多孔砖的吸水率较低,砌筑后砌体强度上升速度缓慢,因此,试件砌筑完毕应立即在其顶部压砖。将试件放入标准养护室[温度(20±3)℃,相对湿度60%~80%]养护,约24 h后可达到初期强度,继续养护至28 d。
1.1.2 试验设备及加载方式
混凝土多孔砖砌体弹性模量的测试在20 t电液伺服万能试验机上完成,示值的相对误差不大于±2%。为了保证加载时砌体均匀受压,试件顶部采用1∶3水泥砂浆找平并用水平尺检查其平整度,试件承压面的不平度应为每100 mm不超过0.05mm,承压面与相邻面的不垂直度不应超过±1%。将千分表安装在测试弹性模量的试件上,保证将其安装在试件成型时两侧面的中线上,并对称于试件两端。试件的测量标距为150 mm。千分表安装完毕后,应仔细调整试件在试验机上的位置,使其轴心与下压板的中心对准。开动试验机,先用位移控制,速度为0.05 mm/s,当上压板与试件接近时,调整球座,使接触均衡。再改为力控制,按7 k N/s的加荷速度连续而均匀地加荷至轴心抗压强度的40%左右,即达到弹性模量试验的控制荷载值,然后以同样的速度卸载至零,如此反复预压3次。在预压过程中,应观察试验机及千分表运转是否正常,如不正常,应及时予以调整。混凝土多孔砖砌体弹性模量试验加载示意见图1。
预压3次后,用上述同样速度进行第4次加荷,先加荷到应力为0.5 MPa的初始荷载值,保持30 s后分别读取试件两侧千分表的初始读数,然后加载至控制荷载,保持30 s后,读取两侧千分表的读数。两侧读数增值的平均值,即为该次试验的变形值。
按上述速度卸载至初始荷载,30 s后再读取试件两侧千分表的初始读数,并按上述方法继续进行第5次加荷、持荷、读数,并计算出该次试验的变形值。前后2次试验的变形值相差不大于0.0002测量标距时,试验即可结束。否则,应重复上述过程,直到2次相邻加荷的变形值相差符合上述要求为止。然后卸除千分表,以同样速度加荷至破坏,测得试件的棱柱体抗压强度fm。
1.1.3 试验结果及分析
试验数据表明,其弹性模量与抗压强度有关,并随混凝土多孔砖砌体抗压强度的提高而增大,两者之间并不成线性关系,采用最小二乘法拟合,可以得到其割线模量(变形模量)。为了符合砌体在使用阶段受力状态下的工作性能,建议在工程应用中取混凝土多孔砖砌体的弹性模量表达式为:
将按式(1)确定的砌体弹性模量计算值E与实测值Ee、DB22/T 442—2007取值Ec进行比较,结果见表2。其中:E/Ee的平均值为1.004,变异系数为0.108;E/Ec的平均值为0.954,变异系数为0.039,吻合较好。
1.2 混凝土多孔砖的弹性模量
与砖厂合作按砖的材料原配比配制混凝土并将其制成试件,混凝土多孔砖弹性模量的试件为棱柱体,取其截面尺寸为150 mm×150 mm×300 mm,并将试件模板的一侧钻1个Φ60mm圆孔,插入1根DN50的PPR管,严格按照要求灌注、养护混凝土,并于1 d后抽出PPR管,使其形成空心的混凝土试件,如图2所示。每组试验制备6个试件,其中3个用于测定轴心抗压强度,共做4组。试验设备及加载方式同上。
经分析,得到混凝土多孔砖的弹性模量表达式为:
按式(2)确定的Eb与实测值Ebe进行比较,结果如表3所示。Eb/Ebe的平均值为1.006,变异系数为0.154,吻合较好。
1.3 砂浆的弹性模量
砂浆弹性模量的标准试件为棱柱体,其截面尺寸为70.7mm×70.7 mm,高为210 mm。每组试验制备6个试件,其中3个用于测定轴心抗压强度,每种砂浆设计强度[M15、M10、M10(混)]做3组,共做9组。养护条件及加载方式同上。
根据试验结果发现,砂浆的弹性模量亦与其抗压强度有关,并随砂浆抗压强度的提高而增大。经数理统计回归,得到砂浆的弹性模量表达式为:
按式(3)确定的Em与实测值Eme进行比较,结果如表4所示。Em/Eme的平均值为1.002,变异系数为0.096,吻合较好。
2 基于混凝土多孔砖砌体受压本构关系推导其弹性模量取值的方法
2.1 试验过程及结果
轴心抗压砌体试件数量、几何尺寸、使用的砖及砂浆强度见表1,试件养护条件及试验设备同弹性模量测试试件[9]。
试验应连续而均匀地加荷,先用位移控制,速度为0.05mm/s,待试件与试验机完全接触后,改为力控制,速度为7k N/s,观察试验过程中的力与变形曲线,试验采用分级加载,每级加载50 k N,两级加载之间持荷5 min,持荷期间观察砌体裂缝的发生与发展。当试件接近破坏而开始迅速变形时,应停止调整试验机油门,直至试验破坏,然后记录破坏荷载;得到混凝土多孔砖砌体轴心抗压的数据如表5所示,并绘制砌体轴心受压的应力-应变曲线(见图3)。
2.2 结果分析
由图3可知,从受压一开始,混凝土多孔砖砌体的本构曲线就不成线性变化。随着荷载的增加,变形增长逐渐加快,在接近破坏时,荷载很少增加,变形急剧增长。可以将变形曲线分两部分,其中,上升段基本上成抛物线形,下降段则可近似用直线描述。基于以上试验数据,采用最小二乘法拟合,得到混凝土多孔砖砌体受压本构曲线为[10,11,12]:
当ε≤ε0时,
当ε0<ε≤3ε0时,
式中:fm——砌体的抗压强度平均值,MPa。
通过计算砌体受压本构曲线上原点处的切线的正切值,得到该点应力增量与应变增量的比值,即切线弹性模量为:
当ε0取0.002时,式(6)则为:
按式(7)确定混凝土多孔砖砌体的弹性模量E2与按式(1)确定的混凝土多孔砖砌体的弹性模量E1进行比较,结果如表6所示,E2/E1的平均值为0.896,变异系数为0.040,吻合较好。
3 基于多孔砖、砂浆的弹性模量推导砌体弹性模量的方法
混凝土多孔砖砌体是弹塑性材料,而根据弹性模量的力学意义可知,在弹性阶段,压应力σ作用下的砌体压应变ε(ε=σ/E)应等于砌块产生的压应变εb(εb=σ/Eb)与砂浆产生的压应变εm(εm=σ/Em)之和,即
式中:E、Eb、Em——分别为砌体、砌块、砂浆的弹性模量,MPa。
由轴心受压砌体中的砌块和砂浆的实际受力特点,需将式(8)中的Eb乘以小于1的系数k1,Em乘以大于1的系数k2予以调整。经分析,对于混凝土多孔砖砌体,系数k1、k2值应分别取0.85、1.55,同时将式(2)和式(3)代入式(8),得到弹性模量的表达式为:
按式(9)确定的混凝土多孔砖砌体的弹性模量E3与按式(1)确定的混凝土多孔砖砌体的弹性模量E1进行比较,结果如表6所示,E3/E1的平均值为0.906,变异系数为0.139,吻合较好。
4 结语
本文从3个不同的途径,即根据混凝土多孔砖砌体的弹性模量试验结果、受压的本构关系、应变分析,采用3种方法[按式(1)、(7)、(9)]确定其弹性模量,可以看出,前2种方法较第3种方法的计算结果与试验结果、现行规范的取值更加吻合。
根据试验结果,混凝土多孔砖、砂浆的弹性模量表达式,可分别按式(2)、式(3)确定。
由本文的3种计算途径可以看出,混凝土多孔砖砌体的弹性模量既可由砌体的抗压强度亦可由多孔砖、砂浆的抗压强度确定,后者更有利于利用混凝土多孔砖砌体材料的力学性质深入研究,即混凝土多孔砖砌体结构的受力性能及开裂、破坏机理。
在本文的研究基础上,还可以对混凝土多孔砖砌体沿水平灰缝切向的弹性模量、动力荷载作用下的弹性模量以及复杂应力状态下的弹性模量取值作进一步研究。
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多孔砖砌体 篇2
一、工程概况
基础墙采用MU10烧结普通砖砌筑,M7.5水泥砂浆砌筑。
±0.000以上外墙采用加气砼砌块B07级,内墙采用MU3.0烧结岩页空心砖砌块,M5混合砂浆砌筑。女儿墙采用MU10烧结普通砖砌筑,M7.5水泥砂浆砌筑。
二、编制依据
(一)、业主方的行为
业主所提供的建筑、结构等图纸。业主对工期、质量、文明施工等要求。
(二)、承包方拟投入的资源准备
我公司拟投入本工程施工的管理人员、工程技术人员及施工操作人员。我公司拟投入本工程的机械设备、周转材料、检测、检验仪器等。
(三)、国家、施工质量验收标准及行业、地方性规范或标准等。
与本工程有关的现行国家设计规范、施工质量验收规范及技术规程主要如下:
《建筑工程施工质量验收统一标准》 GB50300—2001 《砌体工程施工质量验收规范》 GB50203—2002 《住宅工程质量通病标准》 DGJ32/J 16-2005 《砌体工程现场检测技术标准》 GB/T50315
三、施工准备
(一)、材料和机具准备
1、砖砌块:砖砌块的品种、强度等级必须符合设计要求,并应规格一致,有出厂合格证明及试验单。
2、水泥:品种与标号应根据砌体部位及所处环境选择,采用325号普通硅酸盐水泥或矿渣硅酸盐水泥;应有出厂合格证明、准用证和试验报告方可使用;不同品种的水泥不得混合使用。
3、砂:采用中粗砂,.配制水泥砂浆或水泥混合砂浆的强度等级等于或大于M7.5时,砂的含泥量不应超过5%;强度等级小于M5时,砂的含泥量不应超过10%。
4、水:采用不含有害物质的洁净水。
5、其他材料:拉结钢筋、预埋件、防水粉等均应符合设计要求。
6、主要机具:应备有大铲、刨锛、瓦刀、扁子、托线板、线坠、小白线、卷尺、铁水平尺、皮数杆、小水桶、灰槽、砖灰子、扫帚等。每幢单体配置一台井字架,工程使用一台砂浆搅拌机。
(二)、人员和作业条件准备
1、由于本工程单体面积较大实行施工员负责制,质检员负责砌筑质量检查,施工员与质检员互相配合保证施工质量。
2、现场料场需水设置蓄水池,施工用水根据需要采用D50、D32、D25镀锌钢管埋地铺设,输送至上部楼层施工用水点,并保证每幢不少于一路立管且立管在首层设置适量的加压水泵。
3、应按结构施工轴线作为定位依据,弹出墙边线,同时根据砖块尺寸和灰缝厚度计算皮数和排数,立好皮数杆。
4、弹出的轴线、墙边线、门窗洞口线,经复核并办理预检手续。
5、立皮数杆:采用30mm×50mm木方制作,皮数杆上注明门窗洞口,拉结筋的尺寸、标高。皮数杆设在转角处或纵横墙交接处,皮数杆应垂直、牢固、标高一致,立好后应复核,办理预检手续,方可使用。
6、砂浆配合比经检测中心确定,并按规范规定做好砂浆试块。
7、拉结钢筋按要求设置并做好拉拔隐蔽验收。
四、施工要点与方法
(一)、砌体工程施工质量验收应执行的强制性标准
1、水泥进场使用前,应分批对其强度、安定性进行复验。检验批应以同一生产厂家、同一编号为一批。
当在使用中对水泥质量有怀疑或水泥出厂超过三个月(快硬硅酸盐水泥超过一个月)时,应复查试验,并按其结果使用。
不同品种的水泥,不得混合使用。
2、砖和砂浆的强度等级必须符合设计要求。
3、砖砌体的转角处和交接处应同时砌筑,严禁无可靠措施的内外墙分砌施工。对不能同时砌筑而又必须留置的临时间断处应砌成斜搓,斜搓水平投影长度不应小于高度的2/3。
4、施工时所用的砌块的产品龄期不应小于28d。
(二)、施工方法与措施
1、楼层砌体施工流程
楼、地面清扫、弹线→试摆砖→立皮数杆→盘角拉线→砌筑→清理、验收
2、楼层砌体施工要点
(1)、拌制砂浆:砂浆配合比应用重量比,计量精度为水泥2%,砂5%;采用机械搅拌,投料顺序为砂→水泥→水,搅拌时间不少于1.5分钟;砂浆应随拌随用,水泥砂浆一般在拌合后3-4小时内用完,严禁用过夜砂浆。
(2)、加气砼砌块砌筑时,应向砌筑面适量浇水。
(3)、砌筑时应错缝搭接,搭砌长度不得小于砌体的高度的1/3,且不小于150;纵横交接处,应交错搭砌。
(4)、砌筑时,砖墙砌筑应上下错缝,内外搭砌,灰缝平直,砂浆饱满,烧结普通砖水平灰缝厚度和竖向灰缝宽度一般为10mm,但不应小于8mm,也不应大于12mm,具有良好粘结力。砼砌块水平灰缝厚度宜为15mm,竖向灰缝宽度宜为20mm。
(5)、砌筑时不得有通缝,内外墙同时砌筑。砌体的临时间断处砌成斜槎,斜槎的长度不低于高度的2/3,且应通顺、密实;临时间断处应留斜槎有困难时,也可砌成直槎,但必须做成阳槎,并按规定设置拉接筋;外墙的转角处严禁留直槎。
(6)、墙体的表面平整度、垂直度,灰缝的均匀程度及砂浆的饱满度等应随时检查,及时纠正偏差,加气砼砌块的水平、竖向灰缝分别宜为15、20mm。(7)、柱拉结钢筋末端要带弯钩砌入墙内,其间距长度应符合计要求。(8)、加气砼砌块砌筑时,底部应砌普通砖或多孔砖,上部砌块与其他块材不得混砌。
(9)、填充墙砌至接近梁、板底时,应留一定空隙,填充墙砌筑完并间隔15天以后,方可其补砌挤紧;补砌时,对双侧竖缝用高强度等级水泥砂浆嵌实。
3、砌体施工方法和措施 根据业主要求、图纸、《住宅工程质量通病控制》以及相关施工规范采取如下施工方法和措施:
(1)、出于防水考虑以及业主确认,外墙底部设置与墙同宽的20cm高素混凝土翻边。
(2)、砌筑与构造柱连接的墙体应留马牙槎,马牙槎应先退后进、上下顺直,每一马牙槎沿墙高度方向的尺寸为250-300mm,墙与构造柱应沿墙高度每500mm设置两根6mm直径的拉结筋,每边埋入墙内为1m,钢筋端头弯90度直钩。
(3)、顶层和底层设置通长现浇钢筋混凝土窗台梁,高度为180mm,纵向配筋4Ф10,箍筋Ф6@200;其他层在窗台标高处,设置通长现浇钢筋混凝土板带,板带厚度80mm,砼强度C25,纵向配筋2Ф8,箍筋Ф6@200。(4)、顶层窗口过梁结合结构梁通长布置。
(5)、女儿墙砌筑的强度等级M7.5,粉刷砂浆采用抗裂砂浆。
(6)、由于外墙为加气混凝土砌块,内墙采用烧结岩页空心砖砌块,墙长大于8m或2倍层高、内外墙交接处、宽度大于2.1M门窗洞口,增设构造柱,砌体无约束的端部必须增设构造柱(配筋为4根12三级钢)。
(7)、施工洞、脚手架等后填洞口补砌时,应将接搓处表面清理干净,浇水湿润,并填实砂浆。外墙等防水墙面的洞口采用防水微膨砂浆分次堵砌,迎水面表面采用1:3防水砂浆粉刷。
(8)、砌体结构砌筑完成后不少于30天再抹灰。
(9)、墙体粉刷采用内墙1:0.3:2.5水泥石灰砂浆,外墙1:3水泥砂浆,粉刷前满铺镀锌钢丝网作为抗裂措施,烧结岩页空心砖砌块和砼加气砌块墙体粉前要用混凝土界面剂处理。外墙找平时采用防水砂浆,砂浆内加入聚丙烯抗裂纤维。
(三)、砂浆试块的留置及养护方法
1、每一检验批且不超过250立方米砌体中的各种强度等级的砂浆。
2、同一验收批,同一类型、同一强度等级的砂浆试块应不少于一组。
3、砂浆强度等级以标准养护、龄期为28天的试块抗压试验结果为准。
五、砌筑时应注意事项
1、施工时先砌墙体,后浇捣构造柱的砼。构造柱的砼骨料的粒径不宜大于20mm,砼坍落度宜为50-70mm。
2、墙身砌体高度超过1.2m以上时,应搭设脚手板。
3、脚手板上堆料量不得超过规定荷载,堆砖高度不得超过3皮侧砖,同块脚手板上的操作人员不应超过2人。
4、在楼层施工时,堆放机具、砖块等物品不得超过使用荷载。
5、不准用不稳固的工具或物体在脚手板面垫高操作,更不准在未经过加固的情况下,在一层脚手板上随意再叠架一层。
6、如遇雨天及每天下班时,要做好防雨措施,以防雨水冲走砂浆,致使砌体倒塌。
7、在同一垂直面内上下交叉作业时,必须设置安全隔板,下方操作人员必须配戴安全帽。
六、安全文明措施
1、教育到位:⑴、新进场工人必须接受入场教育,三级教育,签订个人安全生产责任合同。⑵、工长(施工员)在下达任务的同时对施工作业所的安全防护投施及针对性的安全操作规程,注意事项进行全面的安全技术交底,交底双方履行签字手续。⑶、班组长搞好班前活动,落实好个人安全生产责任制。
2、责任到位:生产协调会上,施工员在汇报工作的同时,必须汇报所负责段面的安全生产情况;安全员必须汇报每日的现场巡查情况,对提出的隐患落实“三宝”整改。
3、砌体施工时,楼面和屋面堆载不得超过楼板的允许荷载值。
4、进入现场必须戴安全帽,高空作业必须戴安全带,严禁酒后作业,严禁穿拖鞋进入现场。
5、现场临时用电、动力、照明一律采用橡皮电缆软线,并由维修电工接线,其他人员严禁乱拉电线,用电配箱一律采用安全配电箱统一管理。使用电动机具一定要有漏电保护装置和良好的接地。
6、施工现场临时采用强光照明时,必须固定在3米以上的木架或墙架上,如必须拖到地面上,要经常移动的强光灯,必须底脚稳定,铁壳四周及手提把柄要有良好的绝缘装置,玻璃灯泡表面要装铅丝防护罩壳,并有良好接地装置。
7、下班前必须拉掉电源开关,使各种机械处在无电源状态,凡是在当天动火的地区,班后要检查余火,无问题时方可离开现场。
8、施工场地保持清洁,建筑垃圾及废料及时清理到指定地点堆放,工完场清,保证施工场地的清洁和施工道路的畅通。
9、抓好文明施工的宣传和落实工作,教育职工自觉遵守文明施工守则,开展群众性的建文明工地活动。
论多孔砖砌体抗剪强度原位检测 篇3
1 原位双剪法检测的方法与特点
国家标准《砌体工程现场检测技术标准》[2]推荐了两种砌体抗剪强度检测方法:原位单剪法和原位单砖双剪法。原位单剪法检测结果的可靠性较好, 但测点必须布置在窗台位置;因荷载对中要求较高, 需现场浇筑混凝土传力件且养护, 检测周期很长;另外, 检测结果受割槽时振动影响较大, 故对现场检测的适用性较差。对于原位单砖双剪法, 由于实际工程中竖向灰缝饱满度差异很大, 检测结果的精度大受影响;试件尺寸仅为标准试件的1/3, 尺寸效应的影响较大;虽然该方法测点布置的范围较大, 但试件上部不通过开槽等方法卸荷时, 检测结果受垂直压应力的影响很大, 对低强度砂浆特别如此, 故原位单砖双剪法的检测结果可靠性相对较差, 砂浆强度低于5MPa时误差较大, 且该方法仅适用于检测普通砖砌体的抗剪强度。
原位双砖双剪仪是专为研究多孔砖砌体抗剪强度原位检测技术设计的实验仪器, 已获得了国家专利 (ZL200320109749.7) [3]。原位双砖双剪仪为液压便携式结构, 其主机为一个附有活动承压钢板的“小型千斤顶”, 主要技术指标:额定负荷为75k N;最大行程为25mm;测力允许误差为±3%, 适用于240mm厚的多孔砖墙体抗剪强度现场原位检测。试验前首先在墙体上和测点水平相邻处开凿出一砖的位置孔洞, 清除孔洞四周灰缝, 并且掏空测点另一端的竖向灰缝。开凿清理过程中应尽量避免扰动试件。原位双砖双剪仪主机放入孔洞中, 应使其承压板与试件砖块的受压面重合, 且其轴线与砖墙的中轴线吻合。
试验加载时, 首先进行试加载试验, 试加载取值为预估破坏荷载的10%, 用来测试加载系统的灵活性和可靠性, 以及原位双砖双剪仪的承压板和试件砌体受压面接触是否紧密。经试加荷载测试系统正常后卸载, 开始正式测试。正式测试时, 匀速连续施加水平荷载, 直至试件和上下砌块之间产生相对位移, 试件达到破坏状态, 测得极限抗剪强度。加荷的全过程宜为1~3min。整个试验中的加载方法, 完全按照现行标准《砌体工程现场检测技术标准》进行, 以求得到标准试验条件下的试验结果。砌体标准抗剪试件的抗剪强度试验在压力机上进行。
2 抗剪强度原位检测试验现象描述[4]
试验加载开始后, 能够听到原位双砖双剪仪承压板与砌块受压面之间, 以及原位双砖双剪仪后面的木垫块由于受压变形后发出的声音。随着荷载均匀稳定地增加, 油压表指针稳步增加, 当荷载达到极限荷载时, 听到嘣的一声, 被推试件砌块与相邻砌块之间沿砂浆面有明显错位移动, 此时油压表指针几乎完全回落, 说明完全卸载。破坏发生前没有明显的预兆, 几乎是突然发生的。
3 分析
在抗剪测试点上部均压σ0为零时, 原位检测试件的抗剪强度试验实测数据比较离散, 反映出抗剪强度受施工工艺影响的自身特性。分别求平均值可以看出, M5和M10等级砂浆的原位抗剪强度未有较大的差异, 取两者的平均值为0.316MPa。M5和M10等级砂浆砌筑的标准抗剪试件检测的数据比较接近, 取两者的平均值为0.217MPa。
原位抗剪试验结果与标准试件抗剪试验结果进行对比, 原位双剪试件的抗剪强度高于标准试件的抗剪强度[5]。这可归结为尺寸效应的影响, 实际上标准试件的剪切面积为240mm×370mm, 在受剪面上需通过一条竖缝传递剪应力, 由于竖缝往往不密实, 剪切面上的剪应力分布趋于更不均匀。原位剪切时的剪切面积为240mm×240mm, 两个顺砖上下剪切面上的剪力无需竖缝传递, 剪应力相对均匀, 这是双砖双剪抗剪强度高于标准试件抗剪强度的原因。
砌体的剪切强度与测试点上部均压Σ0有关, 本次试验试图在σ0不全为零的情况下进行, 但由于多孔砖端面的局部承压强度不能满足千斤顶的压力而破坏, 使得在有σ0的作用下抗剪极限强度的准确值很难真实测到。建立试验墙体抗剪有限元模型, 通过对整个加载历程的分析, 可以得到在不同荷载子步下剪切面上的应力分布。由于标准试件和原位试验中的试件剪应力分布不同, 使得两者有不同的剪切强度, 无论是标准试件剪切还是原位抗剪试验中试件剪切, 剪应力在试件两端远大于试件中部, 由于标准试件在中部大范围内的剪应力很小, 而原位剪切试验试件在中部大范围内的剪应力很大, 因此原位剪切试验试件的剪切强度高于标准试件的剪切强度。标准试件和原位剪切破坏面上的剪应力分别对其作用面进行积分, 然后将它们相比较, 得到标准试件剪切强度和原位剪切强度的比值为0.691, 与其试验的统计值0.687比较接近。
4 结论
均压σ0为零情况下的原位双砖双剪的抗剪强度试验, 破坏面沿着砂浆面错动, 破坏突然发生, 没有明显的预兆, 由于剪力的传递路线相对于标准试件抗剪强度试验单一, 其剪应力分布较均匀, 抗剪强度高于标准试件的抗剪强度。σ0不为零时的原位抗剪试验, 由于σ0的影响, 抗剪试件的破坏强度大于多孔砖端面的局部承压力, 使得多孔砖端面的局部承压强度不能满足千斤顶的压力而破坏, 使得在有σ0的作用下抗剪极限强度的准确值很难真实测到。本次抗剪试验给出σ0为零情况下的试验值和标准抗剪试验值之间的对比值为0.687。而σ0对于抗剪强度的影响在没有充分试验数据情况下, 仍采用现行砌体工程现场检测技术标准的给定值0.7, 则砌体原位双砖双剪的抗剪强度与标准试件的抗剪强度两者之间的换算公式为:
考虑在σ0较大时砖端面的局压破坏先于砌体灰缝的抗剪破坏, 可采用释放σ0的方案, 则两者之间的换算公式为:
式中:fvi为标准试件的抗剪强度 (MPa) ;Vi为墙体抗剪实测值 (N) ;Avi为墙体单面抗剪面积 (mm2) ;σ0为抗剪测试点上部均压 (MPa) 。
在原位试件抗剪强度试验及标准试件抗剪强度试验的有限元模拟计算中, 两者都是沿砂浆面的剪切滑移破坏, 但是滑移面上的剪应力分布不同, 相比较而言标准试件在中部大范围内剪应力很小, 而原位剪切试验在中部大范围内剪应力很大, 使得原位剪切强度高于标准试件剪切强度。砌体的抗剪强度性能是进行结构可靠性及抗震性能鉴定的重要力学参数, 若采用测试砂浆强度进而推算抗剪强度的检测方法, 难以计入施工质量的因素, 因而采用现场原位直接在砌体上检测抗剪强度的方法更为准确、可靠。原位双砖双剪检测方法填补了我国测定多空砖砌体抗剪强度方法的空白, 已作为科研成果通过评审鉴定为国内领先水平, 并将作为《砌体工程现场检测技术标准》 (GB/T50315-2000) 的补充条文。它与现行所采用的原位单砖双剪检测方法相比, 排除了竖向灰缝的干扰, 使测量结果更符合实际情况, 且因剪切面积为240mm×240mm, 更好地消除了尺寸效应。该检测方法在数十项工程上进行了砌体抗剪强度的实测工作, 表明能综合反映材料性能及工程砌筑质量, 具有结果直观可靠, 适用性强和易于推广的优点, 无论在已有建筑物的质量鉴定或工程质量事故处理上, 以及新建工程的施工质量验收方面都将具有较好的应用前景。
原位双剪法适用范围广泛, 是一种检测砌体抗剪强度的可靠方法, 检测的试件约束条件明显好于标准砌体抗剪试件, 故其检测的抗剪强度也明显高于砌体抗剪强度标准试验结果。原位双剪法克服了原位单剪法及原位单砖双剪法的一些缺点, 其检测结果的可靠性甚至可超过砌体抗剪强度标准试验结果。
参考文献
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[2]GB/T50315-2000砌体工程现场检测技术标准.
[3]魏志刚, 韩黎虹, 吕元光.砖混住宅多孔砖承重墙原位单砖双剪试验研究[J].兰州交通大学学报, 2002年第03期:122-124.
一般砖砌体砌筑工程 篇4
一、施工准备
(一)作业条件
1.完成室外及放心土回填,安装好沟盖板,或完成楼板结构施工。
2.办完地基、基础工程隐蔽验收手续。
3.按标高抹好水泥砂浆防潮层。
4.弹好轴线、墙身线及检查线,根据进场砖的实际规格尺寸,弹出门洞口位置线,经验线符合设计要求,办完验收手续。
5.按设计标高要求立好皮数杆,皮数杆的间距15m—20m,或每道墙的两端。
6.有砂浆配合比通知单,准备好砂浆试模(6块为一组)。
(二)材料要求
1.砖:品种、规格、强度等级必须符合设计要求,并有产品合格证书,产品性能检测报告。承重结构必须作取样复试。要求砖必须有一个条面和丁面边角整齐。
2.水泥:品种及强度等级应根据砌体的部位及所处的环境条件选择。水泥必须有产品合格证、出厂检测报告和进场复验报告。
3.砂:用中砂,使用前用5mm孔径的筛子过筛。
4.掺和料:白灰熟化时间不少于7天,或采用 粉煤灰等。
5.其他材料:墙体拉结筋、预埋件、已做防腐处理的木砖等。
(三)施工机具
应备有大铲、刨锛、拖线板、线坠、小白线、卷尺、水平尺、皮数杆、小水桶、灰槽、砖夹子、扫帚等。
二、质量要求
(一)砌体工程质量要求符合《砖砌体施工质量验收规范》(GB—2002)的规定。项序检查项目允许偏差或允许值
主
控
项
目1砖强度等级按设计要求MU
2砂浆强度等级按设计要求M
3水平灰缝砂浆饱满度不小于80%
4斜槎留置第5.2.3条
5直槎拉结钢筋及接茬处理第5.2.4条
6轴线位移不大于10mm
7垂直带(每层)不大于5mm
项序检查项目允许偏差或允许值
一
般
项
目1组砌方法第5.3.1条
2水平灰缝厚度8—12mm
3基础顶面、楼面标高±15mm
4表面平整度清水:5 mm混水:8mm
5门窗洞口高、宽±5mm
6外墙上下窗口偏移20mm
7水平灰缝平面度清水:7mm混水:10mm
8清水墙游丁走缝20mm
三、工艺流程
作业准备→砖浇水→砂浆搅拌→砌砖墙→验收
四、操作工艺
(一)砖浇水
砌体用砖必须在砌筑前一天浇水润湿,一般以水浸入砖10mm—20mm为宜,含水率为10%—15%,常温施工不得用干砖上墙;雨期不得使用含水率达饱和状态的砖砌墙;冬期砖不得浇水,可适当增加砂浆稠度。
(二)砂浆搅拌
砂浆配合比采用重量比,计量精度为±2%,砂、灰膏控制在±5%以内,机械搅拌时,搅拌时间不得少于2分钟;加入粉煤灰或外加剂,搅拌不少于3分钟;掺有机塑化剂的砂浆搅拌3—5分钟。
(三)砌砖墙
1.组砌方法:砌体一般采用一顺一丁砌法。砖柱不得采用先砌四周后填心的包心砌法。
2.排砖撂底:一般外墙第一层砖撂底时,两山墙排丁砖,前后檐纵墙排条砖。根弹好的门窗口位置线及构造柱的尺寸,认真核对窗间墙、垛尺寸,其长度是否符合排砖模数,如不符和模数时,可将门窗口的位置左右移动。若留破活,七分头或丁砖排在窗口中间、附墙垛或其他不明显的部位。移动门窗口位置时,应注意暖卫立管及门窗开启时不受影响。另外,在排砖时在窗口上边的砖墙合拢时也不能出现破活。所以排砖必须全盘考虑。前后檐墙排第一皮砖时,要考虑甩窗口后砌条砖,窗角上必须是七分头才是好活。
3.选砖:外墙砖要棱角整齐,无弯曲、裂纹,颜色均匀,规格基本一致。敲击时声音响亮、焙烧过火变色、变形的砖可用在基础或不影响外观的内墙上。
4.盘角:砌砖前应先盘好角,每次不要超过五层,新盘的大角,及时进行吊、靠。如有偏差
及时休整。盘角时要仔细皮数杆的砖层和标高,控制好灰缝大小,使水平缝均匀一致。大角盘好后在复查一次,平整和垂直完全符合要求后,再挂线砌墙。
5.挂线:砌筑37墙必须双面挂线,如果长墙几个人公使用一跟通线,中间应设几个支点,小线要拉紧,每层砖都要穿线看平,使水平缝均匀一致,平直通顺;砌24墙时,可采用挂外手单线。可照顾砖墙两面平整,为下道工序控制抹灰厚度奠定基础。
6.砌砖:砌砖采用一铲灰、一块砖、一挤揉的“三一”砌砖法。砌砖时砖要放平。里手高墙面就要张;里手低,墙面就要背。砌砖一定要跟线,“上跟线,下跟棱,左右相邻要对平”,砌筑砂浆要随搅拌随用,一般砂浆必须在3小时内用完,混和砂浆必须在4小时内用完。
7.留槎:砖混结构施工缝一般留在构造柱处。一般情况,砖墙上不留直槎。如果不能留斜槎时,可留直槎,但必须砌成凸槎,并应加设拉结筋。拉结筋的数量为每120mm墙厚设一跟φ6的钢筋,间距沿墙高不得超过500mm。其埋入长度从墙的留槎处算起,一般每边不小于500mm,末端加90o弯钩。
8.预埋木砖和墙体拉结筋:木砖预埋时应小头在外,大头在内,数量按洞口高度决定。洞口高在1.2m以内,每边放2块;高1.2—2m,每边放三块;高2—3m,每边放4块,预埋木砖的部位一般在洞口上边或下边四皮砖,中间均匀分布。木砖要提前作好防腐处理,防腐材料一般用沥青油。
预埋木砖的另一种方法:按造砖的大小尺寸制作砂浆块,制作时将木砖预埋好,达到强度后,按部位要求砌在洞口。
9.安装过梁、梁垫:安装过梁、梁垫时,其标高、位置及型号必须准确,坐灰饱满。如果坐灰厚度超过2cm时,要用豆石混凝土铺垫,边梁安装时,两端支座必须长度一致。
10.构造柱做法:在构造柱连接处必须砌成马牙槎。每一个马牙槎高度为5皮砖,并且是先退后进。拉结筋按设计要求放置,设计无要求按构造要求放置。
11.每层承重墙最上一皮砖,在梁或梁垫下面,整砖丁砌。挑檐应该是整砖丁砌层。
五、成品保护
1.墙体拉结筋,抗震构造柱钢筋,及各种预埋件、暖卫、电气管线等,均应注意保护,不得任意拆改或损坏。
2.砂浆稠度应适宜,砌墙时应防止砂浆溅脏墙面。
3.搭设脚手架或操作平台时,要认真操作,防止碰撞刚砌好的墙面。
4.尚未安装楼板或屋面板的墙和柱,当可能遇到大风时,应采取临时支撑等措施,保证施工中墙体的稳定性。
六应注意的质量问题
1.舌头灰未刮尽,半头砖集中使用造成通缝;一砖墙非挂线面;砖墙错层造成螺丝墙。
2.构造柱砌筑不符合要求:构造柱砖墙应砌成大马牙槎,设置好拉结筋从柱脚开始两侧都必须是先退后进。
多孔砖砌体 篇5
随着城市化建设的不断发展,加快了建筑物的拆除、改造及更新的速度,这就导致废弃混凝土日益增加。我国每年因拆除所产生的废弃混凝土约有1.4千万t,还有新建建筑产生的4千万t建筑垃圾中的废弃混凝土[1~2]。目前,我国的建筑废料利用率极低,一般作回填建筑物或者道路的基础材料等低级利用。大部分建筑垃圾未经任何处理,便被露天堆放或以填埋的方式加以处理。这样不仅占用大量耕地、耗费垃圾清运等建设费用,更重要的是造成资源严重浪费和环境污染。随着混凝土工程的不断扩大,废弃混凝土的数量越来越大,如何处理废弃混凝土已成为急需解决的问题。
将废弃混凝土回收并经破碎、分级处理后,作为再生骨料重复利用,生产制作新的“再生混凝土”用于新建建筑物,可以从根本上解决废弃混凝土的处置问题,节约资源,减轻污染,保护环境,具有显著的社会效益、经济效益和环保效益[3~4]。
再生混凝土的研究与工程应用一直是国内外研究的重点[5~6]。目前,国内外学者对再生混凝土的基本力学性能和结构性能进行了较系统的研究,但是对采用再生混凝土骨料制作墙体材料(再生混凝土小型空心砌块、再生混凝土多孔砖)的研究较少。混凝土多孔砖是目前替代黏土砖的新型墙体材料之一。再生混凝土多孔砖具有“节能”、“利废”、“环保”等优点,因此,开发制作再生混凝土多孔砖具有明显的社会效益和环保效益。现有研究结果表明:再生混凝土的强度等性能完全满足生产再生混凝土多孔砖的要求。
本文在选定配合比的基础上,采用振动挤压成型的方法制作了再生混凝土多孔砖,进行了再生混凝土多孔砖块材抗压、抗折以及再生混凝土多孔砌体抗剪性能的试验研究,考察了再生混凝土多孔砖的受剪性能和破坏形态。
1 再生混凝土多孔砖的配制
试验中再生混凝土的设计替代率为75%,预配制混凝土目标强度等级为C20,根据课题组已有的研究结果[3],选定的再生混凝土配合比见表1。
再生混凝土多孔砖由南京市浦口区新源轻质砖厂的全自动设备生产线制作,采用振动挤压成型方法。砖外形尺寸和普通混凝土多孔砖相同,宽×高×长分别为115mm×90mm×240mm,再生混凝土多孔砖外观如图1所示,具体尺寸如图2所示。
2 再生混凝土多孔砖抗压、抗折试验
多孔砖由工厂制作成型后,在工厂自然养护10d,达到早期强度后,搬入南京工业大学材料和结构综合实验室的养护室,放入温度为(20±2)℃,相对湿度大于95%的标准室中进行20d的养护,然后按相关标准进行抗压、抗折试验,试验结果表明:再生混凝土多孔砖的抗压强度平均值为8.46MPa,再生混凝土多孔砖的抗折强度平均值为3.30 MPa。试验结果表明,再生混凝土多孔砖的强度可以满足规范关于块材强度的要求。
3 再生混凝土多孔砖砌体抗剪试验
3.1 试验概况
抗剪试件按试验标准制作[7],试件外观尺寸如图3所示。共制作了三种砂浆强度的试件,分别编号为A、B、C,每种砂浆各做12个试件,共36个试件。A、B、C三组组试件砂浆实测强度分别为4.81MPa、7.24MPa、9.84MPa。
试验加载装置如图3所示。试验在2000kN压力试验机上进行,将抗剪试件立放在撒满薄沙的试验机下压板上,试件的中心线应与试验机轴线重合。试验时,在试件顶面中间块砖承压处放置厚度为2cm厚的钢板,把上部传来的荷载均匀分布在试件加载面上。
采用匀速连续加荷方法,避免冲击。加荷速度按试件在1~3min破坏进行控制。当有一个受剪面被剪坏即认为试件破坏,并记录破坏荷载值和试件破坏特征。
3.2 试验结果及分析
再生混凝土多孔砖砌体达到受剪承载力极限状态时,绝大数试件受剪面发生剪切破坏,且缝破坏的可能性A缝较B缝大。单面破坏的原因主要与施工质量、加载偏心,以及试件在养护期间,A、B缝所受到的竖向压力略有不同,造成B缝上砂浆的饱满度、粘结等较A缝好,A缝较B缝易破坏。此外,试件破坏时没有明显的征兆,试件表面没有明显的裂缝开展现象,呈现出明显的脆性特征,试验过程中可以看到试件受剪破坏主要有单面破坏和双面破坏两种形式,产生沿通缝受剪破坏,未出现过块体先破坏的情况,即抗剪强度与块体强度无关。试验表明,再生混凝土多孔砖的通缝受剪破坏形态和普通混凝土多孔砖砌块的破坏形态基本相似。
试验所用砖砌筑时采用反砌,即孔朝下,封底朝上,从试件的破坏面看,每个孔中都有砂浆嵌入,形成一定的“销键”作用,这种“销键”作用能够提高多孔砖砌体的抗剪强度,破坏面上嵌入多孔砖孔洞中的砂浆销键被剪断,可认为多孔砖通缝抗剪强度只和砂浆有关。试件破坏形态如图4所示。
各个试件试验实测得到的抗剪极限承载力如表2所示。按规范规定的计算公式计算得到的再生混凝土多孔砖砌体抗剪强度同样示于表2。从表2中可以看出,和普通混凝土多孔砖一样,再生混凝土多孔砖块体强度对砌体通缝抗剪强度影响不大,再生混凝土多孔砖砌体通缝抗剪强度主要受砌筑砂浆强度的影响,且随着砂浆强度的增大而增加。
4 再生混凝土多孔砖砌体抗剪强度分析
国家标准《砌体结构设计规范》(GB50003-2010)(征求意见稿)推荐的烧结多孔砖砌体抗剪强度平均值计算公式为[8]:
式中,fν,m—砌体抗剪强度平均值,MPa;
f2—砂浆的抗压强度平均值,MPa;
k5—与块体类别有关的参数。
规范规定:对烧结多孔砖砌体k5取0.125,混凝土砌块k5取0.069。按规范规定公式(1)计算的再生混凝土多孔砖砌体(k5取0.125)的抗剪强度平均值如表3所示。从表3可以看出:三组试验模型的抗剪强度平均值计算结果均大于试验实测结果,且误差较大。说明再生混凝土多孔砖砌体的通缝抗剪强度比烧结多孔砖砌体和普通混凝土多孔砖砌体低,造成再生混凝土小型空心砌块砌体的抗剪强度较低的原因可能是再生骨料破碎后存在较多孔隙,有较强吸水功能,砂浆由于水分丧失而导致砌块砌体抗剪强度偏低。
针对破碎的再生骨料具有较大吸水率、造成再生混凝土空心砌块砌体抗剪强度较低的特点,在再生混凝土小型空心砌块砌体的实际工程应用中,可以增加砂浆的水灰比或者对再生混凝土空心砌块上墙砌筑前晒水养护,但具体的定量分析还有待更进一步的试验研究。
参考规范推荐公式(1)的形式,通过对试验数据的回归分析,得到参数k5的取值为0.093。即:
按公式(2)计算的再生混凝土小型空心砌块砌体的通缝抗剪强度平均值如表4所示。计算结果及与试验结果的对比同样示于表4。从表4中可以看出:计算结果与试验实测值吻合较好,相差不大,误差均在10%以内。
5 结论
(1)再生混凝土多孔砖砌体受剪破坏过程和普通混凝土多孔砖砌体基本相似,主要是沿通缝受剪破坏,且大都是单面破坏,破坏时呈明显的脆性特征。
(2)再生混凝土多孔砖砌体抗剪强度与多孔砖块材强度无关,主要与砂浆强度有关,且随着砂浆强度的提高而提高,砂浆的“销键”作用能够提高多孔砖砌体的抗剪强度,砂浆强度越低效果越明显。
(3)由于破碎的再生骨料存在较多孔隙,吸水率较大,造成再生混凝土多孔砖砌体的通缝抗剪强度小于普通混凝土多孔砖砌体的抗剪强度,针对此特点,可以在再生混凝土多孔砖砌体的实际工程应用中,增加砂浆的水灰比或者对再生混凝土多孔砖上墙砌筑前晒水养护。
(4)通过对试验数据的回归分析,提出了再生混凝土多孔砖砌体通缝抗剪承载力计算公式,计算结果与试验结果吻合较好。
摘要:制作了再生骨料掺入量为75%的再生混凝土多孔砖,进行了再生混凝土多孔砖砌体块材抗压及抗折试验。试验结果表明,再生混凝土多孔砖块材抗压强度平均值为8.46 MPa;同时,进行了再生混凝土多孔砖砌体抗剪性能试验,考察了再生混凝土多孔砖砌体在不同砂浆强度下的抗剪承载力,分析了再生混凝土多孔砖砌体受剪破坏特征。在此基础上,通过对试验数据的回归分析,提出了再生混凝土多孔砖砌体抗剪强度计算公式。
关键词:再生混凝土,多孔砖,抗剪,承载力
参考文献
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[7]中华人民共和国国家标准.砌体基本力学性能试验方法标准[M].北京:中国建筑工业出社,1990.
多孔砖砌体 篇6
关键词:贯彻执行,提高,多孔砖,砌体,力学,抗震,性能,安全
国家标准GB 50574《墙体材料应用统一技术规范》 (以下简称:《规范》) , 在总结试验研究和工程实践以及对汶川地震灾害调查研究的基础上, 为保证建筑工程的安全, 提高多孔砖砌体的力学和抗震性能, 除对多孔砖的耐久和干燥收缩性能提出了更高的要求外, 还对多孔砖的孔洞率、孔型、折压比和最低强度等级及块材砌体抗震设计基本要点等作出了明确规定。本文拟就有关规定进行讨论。
1《规范》对多孔砖提出的技术要求
强制性条文3.2.1条1款规定“非烧结含孔块材的孔洞率、壁及肋厚度等应符合表3.2.1的要求”, 其中对多孔砖的要求摘录于表1。
注: (1) 当孔的长度与宽度比不小于2时, 外壁的厚度不应小于18 mm; (2) 承重多孔砖, 其长度方向的中部不得设孔, 中肋厚度不宜小于20 mm。
强制性条文3.2.2条2款规定:“承重砖的折压比不应小于表3.2.2-1的要求”, 其中对多孔砖折压比的要求见表2;
注:多孔砖包括烧结多孔砖和混凝土多孔砖。
国家标准GB 50003亦以强制性条文规定多孔砖的折压比按上表控制。
除上述强制性条文外, 《规范》对多孔砖还提出如下要求:
3.2.1条2款规定:“承重烧结多孔砖的孔洞率不应大于35%。”
3.2.2条4款规定:“块体材料的最低强度等级应符合表3.2.2-3的要求”对于多孔砖的要求见表3。
国家标准GB 50003《砌体结构设计规范》 (审定稿) 以强制性条文规定混凝土普通砖和多孔砖的强度等级不应小于MU15;国家标准GB/T 21144《混凝土实心砖》和GB/T 25779《承重混凝土多孔砖》规定的混凝土普通砖和多孔砖的强度等级≮MU15。
5.5.1条4款, 规定“带有方 (尖) 角孔的多孔砖不宜用于地震设防区砌体结构的抗侧力墙。”
5.5.1条1、2、3款, 规定了块体材料砌体抗震设计基本要点。
2 关于《规范》对多孔砖规定的上述部分条款的解读
2.1 关于非烧结多孔砖孔型、孔洞布置和孔洞率的规定
多孔砖的孔洞布置及孔洞率是影响块材物理力学性能的主要因素。孔洞布置不合理将导致砌体开裂荷载降低, 尤其当多孔砖的中部开有孔洞时, 砖的抗折强度大幅度降低, 会降低砌体的承载能力并造成墙体过早开裂。设备企业不了解块材孔型对砖应用的影响, 对模具随意开孔, 生产企业只注重块材的外观尺寸, 对制品的肋 (壁) 宽度要求、孔型的重要性一无所知, 对此必须予以高度关注。
试验表明:多孔砖的孔洞布置不合理或孔洞率大于35%时, 砖的肋及孔壁相对较窄或孔壁较柔 (孔的长度与宽度比大于2) , 在荷载作用下易发生脆性破坏或外壁崩晰 (长沙理工大学、沈阳建筑大学及东北设计研究院的研究成果均证明此点) 。
2.1.1 长沙理工大学关于肋厚和壁厚的试验研究
2.1.1. 1 不同肋厚的混凝土多孔砖对砌体抗压强度的影响试验研究
a.试件制作及试验方法
长沙理工大学对肋厚分别为20 mm、18 mm、15 mm和12 mm的混凝土多孔砖与五种强度的砂浆砌筑的24个抗压强度试件, 进行了抗压强度试验。用以比较肋厚对砌体抗压强度的影响。试件的制作及试验方法参照《砌体基本力学性能试验方法》 (GBJ 129) 的规定进行。
b.试验现象描述
从试验过程可以观察到, 4种肋厚混凝土多孔砖砌体从开始受压到破坏过程基本相似, 大致可以分为三个阶段:
第一阶段:大多数试件在加压至破坏荷载的60%~75%时, 砌体窄面单块出现了出裂纹, 裂纹位置一般位于中间竖向灰缝附近。
第二阶段:继续加载至破坏荷载的80%~90%时, 最先出现单块砖的裂缝会继续发展, 逐渐形成沿竖向灰缝的贯通几皮砖的竖向裂缝。同时砌体内还会出现一些新的裂缝, 新的裂缝伴随荷载的增加也不断地发展。
第三阶段:随着荷载的进一步增加, 窄面中间处的裂缝进一步加深、加长, 最后从试件顶部到底部上下贯通。当达到极限荷载时, 试件发出较大的“嘣”的一声, 试件被劈裂 (笔者注:受到劈裂拉伸应力的破坏) 成小柱, 个别砖被压坏。同时试验机的指针发生迅速的回退, 宣告试件完全破坏。
20 mm、18 mm、15 mm肋厚混凝土多孔砖砌体破坏时, 砌体中裂缝和破坏形式没有很大的区别, 但12 mm肋厚混凝土多孔砖砌体破坏时裂纹显著增多, 砌体整体性降低, 表面剥落现象较严重。为说明问题表4仅列出12 mm和15 mm的混凝土多孔砖砌体的抗压强度试验数据。
试验表明:随着砌体裂缝的开展, 在混凝土多孔砖的表面易出现剥落现象。引起多孔砖砌体剥落现象的主要原因是由于块体较高而孔壁相对较薄, 在砌体受力时这些类似薄板的孔壁很容易失稳、破坏, 而导致表皮外鼓剥落, 所以肋厚越薄, 剥落的越厉害。肋厚12 mm的砌体比其他三种肋厚砌体破坏时剥落严重。
表中15 mm和12 mm两种肋厚的砌体为同一批砌筑, 砌筑质量、养护条件等外界条件均一致。虽然12 mm的块体强度要略高于15 mm的砌体, 但其抗压强度试验值要明显低于15 mm肋厚砌体, 说明肋厚减薄, 砌体抗压强度降低。
2.1.1. 2 不同壁厚的混凝土多孔砖房屋抗震性能的试验研究
长沙理工大学课题组对壁厚分别为20 mm、18 mm、15 mm和12 mm的混凝土多孔砖砌体房屋抗震性能的研究表明:“壁厚对砖的应力分布有一定影响, 随着壁厚减小, 肋壁厚分别为20 mm、18 mm、15 mm的多孔砖最大主拉应力与主压应力之比逐渐增大, 壁厚为12 mm的砖主拉应力增幅较大, 表明多孔砖壁厚过小, 可能会导致压力作用下肋壁过早脆断, 这对多孔砖砌体结构的抗震明显不利。”
2.1.2 沈阳建筑大学关于混凝土多孔砖孔洞布置的试验研究
图1为沈阳建筑大学进行的混凝土多孔砖砌体抗压试验实测的荷载-位移曲线。由图 (a) 可见, 当四孔砖 (孔对称, 单孔沿块材长方向尺寸85 mm、沿短方向尺寸28 mm) 砌体试件达到极限荷载而突然破坏, 曲线几乎没有下降段, 脆性破坏特质明显。图 (b) 为八孔砖 (孔对称, 单孔沿块材长方向尺寸35 mm、沿短方向尺寸30 mm) 砌体试件, 试件达到极限荷载后曲线下降段比较平缓, 表明试件具有较好的延性。由此可见, 尽管两种砖的孔洞率相近, 但单孔孔型不同砌体延性差异较大。因此, 应认识到多孔砖的块型设计不仅影响砌体结构的承载能力, 而且会影响砌体结构的延性, 后者在地震设防区尤为重要。
因此, 《规范》在总结试验研究和工程实践的基础上, 给出了开孔要求及多孔砖孔洞率 (空心率) 的限值, 是非常必要的。国家标准《承重混凝土多孔砖》 (GB/T 25779-2010) 规定:多孔砖的壁厚不应小于18 mm、肋厚不应小于15 mm。
2.2 关于多孔砖折压比的规定
2.2.1 综述
砖的折压比是指砖的平均抗折强度与砖的强度等级公称值之比。
在《规范》中, 对混凝土多孔砖的孔洞率、壁厚、肋厚、砖在长度方向的中部不得设孔、孔洞布置和孔的长度与宽度的比值等都做了明确规定, 可使混凝土多孔砖的抗折强度基本得到保证。对于烧结多孔砖, 由于其孔小而多, 不宜像混凝土多孔砖那样作出具体的规定, 为保证建筑工程的安全和质量, 仅要求烧结多孔砖的折压比和孔洞率应符合《规范》的规定。
我国早期砌体结构的块体材料多为粘土实心砖, 材料标准不仅给出抗压强度指标要求, 而且给出相应的抗折强度指标要求, 此后若干年的试验研究和工程实践表明, 因各地粘土和烧结工艺差异不大, 砖抗折强度与抗压强度的比值比较稳定。而烧结多孔砖, 在国家标准GB 13544-2000《烧结多孔砖》于2001年5月1日正式实施前, 砖的孔洞率仅要求不小于15%, 且为圆孔, 最大孔径不大于22 mm, 一般在砖的长度方向中部只有一个孔, 在横截面上每排最多有两个孔, 因此, 其任意截面的抗弯截面模量和横截面净面积均高于粘土实心砖, 而比粘土实心砖具有更好的力学性能。因此, 仅用抗压强度指标足以反映其基本力学特性, 故在后来编制的材料和应用技术标准中均根据抗压强度确定其强度等级。GB 50003《砌体结构设计规范》中对块体材料无抗折指标要求。
近年来, 烧结粘土实心砖已逐步退出建筑市场, 取而代之的多为以工业废弃物为主要原材料、经不同生产工艺成型的实心或多孔块体材料, 试验研究和计算机模拟研究表明, 块体材料的原材料组成、成型设备、生产工艺, 特别是多孔砖的孔洞率的提高, 孔型和孔的布置对块材的物理力学性能影响较大, 如果再像传统烧结粘土砖一样, 用单一抗压强度试验统计值作为评定块体材料强度等级的依据有失科学性。
然而, 在最新修订的国家标准GB 13544《烧结多孔砖和多孔砌块》 (报批稿) 中, 并没有将折压比或抗折强度纳入强度等级的评价指标中, 编制说明对此给出的主要理由, 是根据中国建筑科学研究总院结构室和西安墙体材料研究设计院于20世纪70年代, 对砖和砌体所做的大量试验研究, 认为:“随着砖厚长比H L的增大, 砖在砌体中被折断的可能性愈来愈小, 砌体强度只取决于砖的抗压强度, 当砖的H/L=D0 (我们称砖的这个厚长比D0为临界厚长比) 时, 砖的抗折性能对砌体强度不产生影响。”
还认为:“砖在砌体受压时产生弯 (折) 的一个重要因素还与砂浆铺砌的不均匀和灰缝中砂浆收缩的不均匀 (形成突起支点) , 以及砂浆变形程度有很大关系。”
此外, 还根据对砖的抗折荷重与砌体强度进行试验验证结果表明的:“当砖的厚长比H/L值在0.35~0.45之间时, 砖的抗折荷重对砌体强度的影响很小;当H/L值大于0.46时, 砖的抗折荷重对砌体强度不发生影响。”认为:“我国目前生产的烧结多孔砖最小型号规格尺寸为240×115×90 (mm) , 其厚长比在在0.35以上。”所以对多孔砖强度等级“不考虑抗折”。
笔者认为, 以上述观点作为在国家标准《烧结多孔砖和多孔砌块》 (报批稿) 中取消多孔砖的抗折强度的理由不妥。
首先, 20世纪70年代的多孔砖称作“承重粘土空心砖”。其行业标准《承重粘土空心砖》 (JC 196-75) 规定, 砖的孔洞率不小于15%, 孔型为圆孔, 如上所述, 当时多孔砖任意横截面的抗弯截面模量和净面积均大于实心砖, 而具有比实心砖更好的力学性能。以多孔砖及其砌体所作试验的结果, 作为孔洞率不小于28%, 孔型为矩形孔的多孔砖取消抗折强度或折压比规定的依据欠妥。
更为重要的是, 砖的抗折强度, 是采用简支梁在砖中部加载使试件弯曲, 直到破坏, 并用材料力学的弯曲公式计算砖试件在弯曲折裂时的最大拉应力来确定的, 其即为砖的弯曲拉伸强度。计算公式 (见国家标准《砌墙砖试验方法》) 如下:
式中Rc—抗折强度, MPa;
P—最大破坏荷载, N;
L—跨距, mm;
B—试样宽度, mm;
H—试样高度, mm。
实际上砖不会在正常的砌体中形成简支梁的受力状态, 使其受到弯曲作用而折断破坏, 而是在受压的同时, 还不同程度受拉伸应力、劈裂拉伸应力、弯曲拉伸应力、剪甚至扭的复合作用, 其中以拉伸应力导致砖断裂的几率为最大。
如图2所示的工程中墙体裂缝, 其中 (b) 砌块墙体为带有空气间层的内叶墙, 拆除外叶墙后的内叶墙外表面图片。
图中墙体裂缝的特点是裂缝沿竖向灰缝, 并垂直穿过竖向灰缝间的砖 (砌块) , 该裂缝长度跨越几皮砖, 甚至几乎穿越墙高。科学试验和研究表明, 无论是因砂浆受压产生的横向变形使砖受到拉应力作用, 或因劈拉应力的作用 (如长沙理工大学的混凝土多孔砖抗压强度试验研究) , 或因墙体干燥收缩对砖产生拉应力所致 (如图2 (b) 所示) , 均非因受压引起的弯曲应力使砖断裂。产生裂缝的原因有二:一是块体材料强度低;二是由于块体材料孔洞率过高或肋、壁厚度过薄, 承受拉伸荷载的净截面积过小, 使得拉应力显著增大, 超过块体材料的抗拉强度。而与块体材料的厚长比 (如图2 (b) 所示砌块, 其厚长比H/L达0.487) 及抗弯截面模量大小无关。
那么《规范》为什么还要对多孔砖的折压比或抗折强度作出规定。
砖属于脆性材料, 脆性是在荷载作用下, 在破坏前无明显的塑性变形而表现突发破坏性的性质。脆性材料抗压强度与抗拉强度的比值较大 (5~50倍) , 随着比值的增大, 脆性增强, 延性降低。为了提高砖的抗拉强度, 减少墙体裂缝, 使砖的脆性减低, 延性提高, 减少砖的脆性破坏, 则有必要规定拉压比限值, 就需要进行轴向拉伸试验。
由于脆性材料弹性模量很高, 在受力过程中, 缺乏自身形变机制, 对轴向的偏心荷载无法通过自身的塑性变形来调节, 附加弯曲应力很大, 使测试结果误差较大, 且轴向拉伸试样形状复杂, 加工困难, 因此, 轴向拉伸试验尚未广泛应用于脆性材料的强度评价。目前, 脆性材料大都采用弯曲拉伸强度即抗折强度作为力学性能指标, 即以砖的抗折强度表征其轴向拉伸强度的大小, 从而规定了折压比限值, 以表征砖的拉压比限值的大小。对混凝土来说, 弯曲拉伸强度比轴向拉伸强度大60%~100%。
试验研究表明块材力学指标的稳定性与块材的抗折强度 (实际上与抗拉强度) 有直接关系。另外, 试验还表明, 不同企业生产的相同抗压强度的块材, 在同条件下砌体抗压强度试验, 试件的初裂荷载相差较大, 而极限荷载又比较接近, 若在墙体采用了仅以抗压强度确定的强度等级满足设计要求而其抗折强度偏低的块材, 极有可能在砌体尚未达到使用荷载时墙体就出现裂缝。这说明块材的抗压强度并没有全面反映块体材料在砌体中的工作性能, 因为该指标并没有反映孔型、孔的布置对砌体受力性能、墙体安全的影响。
尽管墙体的局部裂缝尚不危及结构的安全, 但其直接影响墙体的正常使用, 甚至可能会影响其耐久性, 这一问题应引起工程技术人员的足够重视。图3为折压比不同的块体材料墙体开裂情况。
因此, 应采用块材的抗压强度和折压比两项力学指标进行双控, 以满足结构功能要求。提出此要求还可规范设备制造企业在加工块材模具、块材生产企业设计孔型方面更加满足工程应用要求。
2.2.2 多孔砖砌体抗压和抗折性能试验研究
下面介绍沈阳建筑大学所做的两项试验研究, 以进一步说明规定多孔砖折压比或抗折强度的重要性。
2.2.2. 1 混凝土多孔砖砌体抗压性能试验研究
根据材料力学的基本理论, 若把块体的原材料视为弹性匀质材料, 块体在砌体中仅均匀受压, 则其承载能力仅与原材料的力学性能和受荷截面面积有关。但是, 块体材料在砌体的受力状态并非如此, 由于块体材料的原材料为非弹性匀质材料以及砌筑时平铺砌筑砂浆层不可能均匀, 使得砌体在轴向荷载作用下, 砌体中块体受压的同时, 还不同程度受拉、劈、弯、剪甚至扭的复合作用。另外, 砌体在轴向荷载作用下, 块体和水平灰缝砂浆均产生横向变形, 就一般砌体而言, 由于块体材料的弹性模量大于砌筑砂浆的弹性模量, 因砌筑砂浆的横向变形大于块体的横向变形而使得块体材料首先受到拉应力作用, 实际上块体材料在砌体中是处在相当复杂的应力状态下工作的。
众所周知, 块体材料的抗压强度高, 而抗折强度相对较低, 提高块体的抗折强度要比提高抗压强度困难得多, 尽管块体抗折强度随抗压强度的提高而增大, 但提高的幅度比抗压强度的低。如果孔型、开孔位置不合理, 抗压强度提高, 抗折强度并不一定提高, 甚至有可能降低, 如抗压强度为MU20的砖, 其因开孔位置不当, 使抗折强度等于甚至低于MU15的砖, 因此, 用单一抗压强度试验值作为评定块材强度等级的依据有失科学性, 特别是对于有孔块体材料更是如此。
图4为混凝土多孔砖砌体抗压试验试件的初裂裂缝情况。由图可见, 试件的初裂裂缝始发于竖灰缝间的块材, 并随荷载的增加沿竖灰缝纵向发展, 由此推定, 凡是削弱块材大面中部的块型设计, 将导致其抗折性能降低, 抗拉强度低下, 则砌体开裂越早, 可见控制块体材料抗折强度指标的必要性。
图5为混凝土多孔砖砌体抗压试验试件块材外壁的剥落破坏情况。由图可见, 其破坏形态与实心砖砌体受压破坏有着质的区别, 试验表明, 肋厚、壁厚、孔型及孔洞布置、单孔孔型不仅影响试件的初裂荷载和极限荷载, 而且决定试件的破坏形态。
2.2.2. 2 烧结多孔砖抗折强度试验研究
烧结多孔砖抗折强度也是影响其砌体抗压强度的重要因素, 通过试验研究不同孔洞率、不同孔型的烧结多孔砖的抗折强度, 分析影响烧结多孔砖抗折性能的因素, 并对提高抗折强度应采取的措施提出建议。
在实际工程中, 墙体裂缝是墙体工程中普遍存在的现象, 导致墙体裂缝的因素诸多, 裂缝的形式各异, 其裂缝机理也极为复杂。
图6是砌体抗压试验中试件破坏时的墙体裂缝。试件在轴向荷载的作用下, 首先在竖向灰缝间某块或几块砖的中部出现竖向裂缝, 随着轴向荷载的增大, 该裂缝逐渐变宽, 且沿竖向灰缝不断向试件两端发展, 最终达到试件的极限承载力后破坏。
不同块体的砌体抗压试验表明:试件的初裂荷载值约为极限荷载值的60%~80%。在相同条件下, 块体材料的抗折强度越低, 试件的初裂荷载值越小, 块体的高度越高, 块材对砌体抗压强度的贡献率越大。另外, 由上图看出, 在正常使用条件下, 墙体不是被压坏的, 而是由于竖向裂缝的出现和发展, 轻者导致墙体丧失建筑功能, 重者导致砌体丧失结构功能。
因此, 限制块体材料折压比或抗折强度对提高砌体初裂荷载值、充分发挥砌体抗压强度高的优势是至关重要的。因此, 为满足烧结多孔砖满足折压比的要求, 应避免生产如图7所示的在长度方向中部开孔的多孔砖。
2.2.3 小结
就混凝土而言, 其在工作时一般不依靠其抗拉强度。但抗拉强度对于抗开裂性有重要意义, 在结构设计中抗拉强度是确定混凝土抗裂能力的重要指标。块体材料砌体亦是如此, 抗拉强度对于控制块体材料砌体产生裂缝亦是一项重要指标。在墙体中砖的开裂, 无论是由于所受压力, 还是由于干燥收缩的影响, 主要是由于砖受到拉应力作用的结果, 当拉应力大于砖的抗拉强度时, 砖就会产生裂缝。抗折强度是抗拉强度三种表征方式之一, 实心砖的抗拉强度在长度方向上基本一致, 而多孔砖由于孔洞率显著增加, 使开孔部位的抗拉强度显著降低, 由于砖在墙体中产生裂缝的部位主要在砖的中部, 因此, 为了防止多孔砖墙体裂缝, 砖的中部应具有高的抗拉强度和承受拉伸荷载的净截面积, 还应有较高的抗折强度或折压比, 不应在多孔砖的中部开设孔洞, 而且要有较厚的中肋。为此GB 50574以强制性条文规定了多孔砖折压比的限值, 以防止在多孔砖的中部开孔。为了保证砌体结构的安全和质量, 最新修订的国家标准《砌体结构设计规范》 (GB 50003) 审定稿, 亦以强制性条文规定“对多孔砖及蒸压硅酸盐砖还应按国家标准《墙体材料应用统一技术规范》 (GB 50574) 进行折压比控制。”
2.3 关于“承重烧结多孔砖的孔洞率不应大于35%”
试验研究表明, 孔洞率大的多孔砖砌体的脆性更强, 砌体破坏时易引起外皮的脱落。现行的砌体结构设计规范考虑了孔洞率对砌体抗压强度的影响, 当孔洞率大于33%时, 多孔砖砌体的抗压强度设计值乘以系数0.9进行折减。
有关研究资料给出了P型多孔砖和M型多孔砖的孔洞率综合影响系数:
式中η—为孔洞率综合影响系数;
ρ—为孔洞率。
并对试验数据进行拟合, 拟合曲线见图8。可见随着孔洞率的增大, 砌体的抗压强度在降低。
另据有关资料介绍, 德国所进行的试验研究表明, 当多孔砖孔洞率大于35%时, 砖的强度虽可得到保证, 但砌体力学性能显著下降。
如前述, 多孔砖的孔洞率大于35%时, 砖的肋及孔壁相对较窄, 在荷载作用下易发生脆性破坏或外壁崩晰。
因此, 为提高砌体的力学和抗震性能, 保证建筑工程的安全和质量, 承重烧结多孔砖的孔洞率不应大于35%。
2.4 关于带有方 (尖) 角孔的多孔砖不宜用于地震设防区砌体结构的抗侧力墙
多孔砖的孔型因生产厂家的不同而不同, 主要有方孔、菱形孔、三角孔、圆孔、椭圆型孔等。砌体在压力的作用下, 孔边易引起应力集中。从力学受力上来看, 圆孔和椭圆孔的应力集中较小, 方孔、三角孔和菱形孔的应力集中较大。德国的G.Schellbach用光弹性试验 (PHOTO ELASTIC TESTS) 来测定不同孔型的应力集中, 试验采用的试件尺寸为300 mm×400 mm, 孔洞率均为48%的多孔砖, 其中有: (1) 圆形孔; (2) 四角为弧形的矩形孔; (3) 椭圆型孔。其中 (2) 又分为带抓孔的和不带抓孔的。试验结果如表5, 其中圆孔多孔砖的应力集中最小, 椭圆孔次之, 四角为弧形的矩形孔还可以接受, 但抓孔会加剧应力集中。所以在选择孔型时应该选择圆孔和椭圆型孔, 带有方孔、三角孔和菱形孔的多孔砖不宜用在抗震设防区的承重结构。尤其当方、三角和菱形孔的孔洞处有裂纹存在时, 将会显著加大应力集中, 更易造成地震灾害。
调查发现各企业生产的煤矸石烧结多孔砖, 虽然抗压强度等一些性能指标可以满足产品标准的规定, 不仅开有尖 (方) 角孔的多孔砖, 圆孔砖同样, 往往先天就有不同程度内裂缝, 应力集中效应显著, 用其砌筑的抗侧力墙的延性差, 研究表明墙体在水平荷载 (如地震) 作用下, 很易开裂, 呈脆性破坏, 降低了墙体的抗震能力, 其后果必将给建筑带来安全隐患。故不宜将其用于建筑的抗震墙。调查发现一些企业的砖刚出窑就已见到孔部的裂缝, 虽砖的抗压强度合格, 但其脆性却是相当突出的, 在地震作用下极易开裂。图9和图10带有内伤及开有方孔的多孔砖, 图11为汶川带孔砖墙体破坏实录, 由图可以看出, 在地震的作用下, 墙体已沿砖的内部裂痕呈片状剥落。
汶川地震遭到严重破坏的烧结多孔砖墙体, 墙体在遭受平面外地震作用时, 几乎均沿着最外侧孔崩裂, 建筑专家在震害现场目睹了这种墙体的毁坏程度, 令人触目惊心、望而生畏。在专家的会商研讨会上, 有的专家提议, 以后的建筑应禁用多孔砖墙体。虽然结构专家对烧结多孔砖的生产、块 (孔) 型了解较少, 但这类带有内伤的多孔砖不可应用于地震设防区已形成专家的共识。
砌体试验表明, 以上砖由于内在质量的欠缺或暗伤 (裂纹) 而造成的墙体的无先兆脆性破坏是令人生畏的, 试想若在地震设防区采用这类砖建造砌体结构房屋, 在很小的地震烈度作用下, 房屋的破坏将会有多么严重。即使未发生地震, 砖的内伤也极易使墙体在一定的环境或条件下产生开裂, 为了使结构设计人员能大量应用烧结煤矸石等非粘土烧结砖, 做到墙体不开裂, 企业必须以高度的责任感, 全力加强产品的质量意识, 使砖不仅外观好, 而且内在质量更好。这就需要企业加大科技投入, 查找易使砖产生微裂纹的各个工艺环节, 要在原材料的选择、配比、制备、成型、干燥和焙烧等个工艺环节, 把好控制坯体和砖产生裂缝的源头关口, 确保砖在抗震设防区的安全使用。
2.5 关于5.5.1条块体材料砌体结构抗震设计基本要点的规定
《规范》在5.5.1条中, 对块体材料砌体结构抗震设计基本要点作了如下规定: (1) 应根据块体材料的固有特性, 确定多层砌体房屋的层数、总高度、承重房屋的层高、总高度和总宽度的最大比值、最小抗震墙厚度和抗震墙间距及墙段的局部尺寸的限值; (2) 应根据砌体的抗震性能, 确定墙体的承载力计算方法和相应的构造措施; (3) 应根据块体材料的固有特性, 采取相应的构造措施, 提高结构的延性和整体性。
现有的新型墙体材料:混凝土空心砌块、混凝土砖、烧结多孔砖、蒸压灰砂砖、蒸压粉煤灰砖等, 均已纳入《砌体结构设计规范》 (GB 50003) 的规定, 并同蒸压加气混凝土砌块均有各自的建筑技术规程或规范, 对它们在抗震设防区的应用, 均已作出明确规定。显然5.5.1条的规定, 是提醒人们对尚未纳入《砌体结构设计规范》或未出台“建筑应用技术规程”的新型墙体材料, 在应用时应引起重视, 不要轻易用于抗震设防地区承重结构, 如最新修订的国家标准GB 13544《烧结多孔砖和多孔砌块》 (报批稿) 中, 规定的被认为可以用单一材料满足我国节能65%要求, 具有高孔洞率、高保温性能的烧结多孔砌块, 如图12所示, 即属于这类新型墙材, 因此, 目前尚不宜在抗震设防区将其用于承重墙体。
3 结语
综上所述, 为确保建筑工程的安全和质量, 《规范》对多孔砖的要求可归纳如下: (1) 块型设计应遵循“先结构后节能”的原则, 应以确保人民的生命健康和财产安全为第一要旨; (2) 控制多孔砖的抗折强度是必要的, 提高块材的抗折强度, 将有助于提高砌体的抗裂和抗震性能; (3) 带有方 (尖) 角孔的多孔砖不宜用于地震设防区砌体结构的抗侧力墙; (4) 多孔砖的孔洞率不应大于35%, 矩形孔四角应为圆角, 长度方向中部不得布孔, 且中肋厚度不宜小于20 mm; (5) 非烧结多孔砖应保证壁厚和肋厚, 单孔沿块材长方向的长度与沿宽方向的长度的比值应小于2。
另外, 应大力开展具有高保温性能的新型墙材块体材料, 在抗震设防区的应用技术研究, 以发挥其在节能建筑中的应有作用。
参考文献
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多孔砖砌体 篇7
笔者作为从事墙体材料质量检测多年的技术人员, 对新版《烧结多孔砖和多孔砌块》标准的新内容有一些自己的理解, 下面就此谈谈笔者的心得, 与广大同行交流探讨。
1 标准名称的变化
GB 13544-2011的标准名称为《烧结多孔砖和多孔砌块》, GB 13544-2000标准名称为《烧结多孔砖》。从两者的名称上不难发现, 新版标准所涵盖的产品更广了, 也可以说我们国家烧结类墙体材料又增加了一个品种, 即“烧结多孔砌块”。什么是烧结多孔砌块?标准中给出的定义是:经焙烧而成, 孔洞率大于或等于33%, 孔的尺寸小而数量多的砌块。多用于承重部位。从定义中我们至少可以解读以下几个信息:①烧结空心砌块的工艺与烧结多孔砖、烧结空心砖和空心砌块相同, 都采用窑炉焙烧工艺;②烧结多孔砌块的孔洞率为33%, 大于烧结多孔砖的28%, 小于烧结空心砖和空心砌块的40%;③烧结多孔砌块的孔洞型式孔洞排列与烧结多孔砖相同, 都是孔的尺寸小而数量多的孔型, 适用于承重部位, 与烧结多孔砖一致, 说明其物理性能上与烧结多孔砖一致, 但烧结多孔砌块在尺寸上不是砖, 而是砌块, 它的规格尺寸是与烧结空心砌块和其他类砌块相一致的。因此, 烧结多孔砌块是介于烧结多孔砖和烧结空心砖和空心砌块之间的新型的烧结类墙体材料, 其同时具备砌块的尺寸与砖的性能, 丰富了我国烧结类墙体材料的产品品种。新版标准名称的变化, 从一个侧面也反映了我国烧结类墙体材料发展的方向。
2 原材料适用范围的变化
新版标准的原材料有黏土、页岩、煤矸石、粉煤灰、淤泥 (江河湖淤泥) 及其他固体废弃物等, 相比老版标准增加了淤泥 (江河湖淤泥) 及其他固体废弃物作为制砖的原材料。这一变化是基于两个方面考虑, 才做出调整的。一方面, 我国制砖技术与制砖机械的提高, 使我们具备了利用工业废弃物及淤泥制砖的技术支持;另一方面, 体现了我国墙体材料产业政策的调整与发展方向, 鼓励墙体材料生产企业走资源集约型、环境友好型的可持续发展的路子, 在资源综合利用方面做更多的贡献。
3 烧结多孔砌块技术指标的制定
上面已经提到, 烧结多孔砌块是一种新型的烧结类墙体材料, 它介于烧结多孔砖和烧结空心砖和空心砌快之间, 因此它的技术指标有其独特性, 主要表现在三个方面:
a.在外型方面, 新标准对烧结多孔砌块的外型上增加了粉刷槽和砌筑砂浆槽, 主要目的是为了增加与砂浆之间的结合力。其中, 粉刷槽要求的条面和顶面上均匀分布, 深度不小于2mm, 这一点对烧结多孔砖亦适用;砌筑砂浆槽是对烧结多孔砌块的特殊要求, 这主要是考虑到烧结多孔砌块的规格尺寸比较大, 为提高砂浆间的结合力需要一定的处理方式, 可以减少墙体裂缝和粉刷层脱落。标准中要求砌块至少应在一个条面或顶面设立砌筑砂浆槽。并规定了不同设置型式砌筑砂浆槽的深度和宽度。
b.在孔洞率方面, 标准中将烧结多孔砌块的孔洞率设定为33%, 高于烧结多孔砖的28%, 低于烧结空心砖和空心砌快的40%, 有两方面原因决定了这个取值。一方面, 砌块的尺寸较大, 孔洞数量较多孔砖多, 孔洞率适当高于烧结多孔砖, 是正常的技术因素;另一方面, 砌块的外型决定了其孔洞率要高于烧结多孔砖。上述提到, 烧结多孔砌块在外型上较烧结多孔砖多了砌筑砂浆槽, 根据设置方式的不同, 砌筑砂浆槽的深度在15mm~40mm之间, 宽度大于砌块面宽的50%。依据孔洞率的检测方法, 该部分尺寸均计算在砌块的有效体积内, 因此, 外型的特殊性也决定了烧结多孔砌块的孔洞率要高于烧结多孔砖。另外, 由于烧结多孔砌块主要是用于承重部位, 与烧结空心砖与空心砌块的使用部位有质的差别, 过高的孔洞率势必造成力学性能的降低, 在技术上也有相当的难度。标准将烧结多孔砌块孔洞率定为33%是符合该产品实际, 在技术上也是可行的。
c.在密度等级方面, 标准规定烧结多孔砌块的密度等级分为900、1000、1100、1200四个等级, 同比烧结多孔砖低一个密度等级, 与烧结空心砖和空心砌块高一个密度等级, 这与其孔洞率的指标是相对应的。同时, 通常而言, 密度等级与强度等级成正比, 强度等级高的产品, 相应的密度等级也高。
烧结多孔砌块的其他技术性能指标与烧结多孔砖一致, 在此不再赘述。
4 适当提高了烧结多孔砖的孔洞率指标并新增了烧结多孔砖密度等级指标
新标准对烧结多孔砖的孔洞率做了适当调整, 将数值由原先的不小于25%调整为不小于28%, 笔者认为, 此番调整有以下三点理由:①新标准要求烧结多孔砖在条面和顶面上设置深度不小于2mm的粉刷槽, 这对孔洞率的提高有一定的影响;②近年来工艺技术及生产设备的提升对生产高孔洞率的产品提供了技术保障;③新标准对产品的孔型和孔洞排列及结构做了大的改动, 并增加了孔洞尺寸的要求, 同时对产品的节能效果提出了更高要求, 产品的孔洞率是适应这些要求的具体表现。
对烧结多孔砖规定密度等级指标, 是新版标准新增的内容。标准将烧结多孔砖的密度等级设为1000、1100、1200、1300四个等级, 这个指标的设立对促进企业摒弃传统的生产工艺, 采用新技术是有很大帮助的。①要降低产品密度等级就需在原材料上下功夫, 多用粉煤灰等密度较低的工业废弃物以降低整体产品的密度;②要努力提高产品孔洞率, 以提高产品孔洞率。要满足以上两点, 生产企业必须对原材料的处理、搭配、机械设备的改造等方面进行改进提升, 否则是生产不出合格的产品的。
5 孔型和孔型结构尺寸的调整
新标准取消了沿用很久的圆型孔和其他孔型, 规定采用矩型孔和矩型条孔, 同时对孔洞尺寸和壁肋厚度做了具体规定。这些调整的主要目的是提高产品的节能效率, 降低产品的导热和传热性能。孔型和导热系数对应关系如表1。
从表1不难发现, 矩型孔的导热系数明显低于其他孔型, 因此, 新标准选用矩型孔是符合节能型墙体材料要求的。另外, 孔洞的总导热系数可用下列公式计算:
式中λd—孔洞的总导热系数, W/m·K;
λa—空气分子的导热系数, W/m·K;
λc—空气对流对应的导热系数, W/m·K;
λr—孔洞壁面辐射对应的导热系数, W/m·K。
λc、λr可用下述公式计算:
λc=0.942d3/2△t
λr=3.62×10-8d (T14-T24) / (T1-T2)
式中d—表示孔洞的直径或宽度;
△t—表示孔洞壁温差;
T1和T2—表示对应孔洞壁温度。
从以上公式可以看出, λc和λr均与孔洞的大小 (直径或宽度) 有关。孔洞愈小, λc、λr亦变小, 导热系数也就越小, 因此, 提出合理的孔洞尺寸是多孔砖和多孔空心砌块节能性能的基本要求。实践证明, 垂直于热流方向的矩型孔长宽比愈大, 砖的导热系数愈小。因此, 适当增加孔洞长度, 对砖的节能性的提高是很有帮助的。新版标准基于这些理论, 对烧结多孔砖和烧结多孔砌块的孔洞尺寸做了适当调整, 是符合材料节能的要求和技术要求的。
6 推进和提高产品强度质量的均匀性
将抗压强度标准值fk的接收常数K=1.8调整到K=1.83, 同时取消了变异系数。这样调整的主要目的是为了推进和提高产品强度质量的均匀性。对K值为1.8和1.83分别取几组数据计算, 笔者发现抗压强度标准值fk的接收常数K提高0.03, 总体上对强度等级的最终判定影响不大, 但由于新标准取消了变异系数, 也就取消了强度平均值-单块最小值的判定规则, 因此, 适当提高K值有助于生产企业对产品抗压强度均匀性的认识, 促进其改进生产工艺, 提高产品的均质性。
7 增加了产品放射性核素限量的技术要求
放射性核算限量是对建筑材料的一般要求, 其他类的建筑材料基本都制定了放射性核素的技术要求, 新版标准加入这一指标, 是内容上的完善。另外, 现在在原料范围中明确了用工业废弃料制砖, 增加此条款, 从人体健康及环境危害方面考虑, 也是一种必然。
8 取消了优等品、一等品、合格品质量等级的规定
新版标准在产品质量等级上取消了沿用很久的优等品、一等品、合格品的划分, 只规定了合格品与不合格品。这主要基于以下两点考虑:①现实中, 受原料、工艺等制约, 实行分等生产分等堆放有很大难度, 生产企业基本都是混等堆放;②优等品、一等品的砖主要用于清水墙, 现在清水墙建筑几乎绝迹, 标准中对此再作划分就没有现实意义了。
9 增加了附录B (资料性附录) 的内容
附录B (资料性附录) 的增加, 与老版标准相比无疑是一大亮点。该附录主要内容是烧结多孔砖和多孔砌块的图示, 标注了产品的各个部位, 明示了孔洞排列的型式, 非常直观生动, 改变了标准生涩抽象的风格, 值得提倡。
从上述讨论中, 新版标准所涵盖的产品增加了烧结多孔砌块, 丰富了烧结类墙体材料的产品品种。相比老版标准增加了淤泥 (江河湖淤泥) 及其他固体废弃物作为制砖的原材料, 这变化一方面体现了我国制砖技术的提高与制砖机械发展, 另一方面, 体现了我国墙体材料产业政策的调整与鼓励走可持续发展方向。孔洞结构采用矩型孔, 提高了产品的节能效率。同时, 新版标准还加入放射性核算限量, 取消了沿用很久的优等品、一等品、合格品的产品质量等级划分, 只规定了合格品与不合格品。资料性附录的增加, 直观生动地展示了孔洞的排列型式, 改变了标准生涩抽象的风格。
摘要:为了加深对新实施标准《烧结多孔砖和多孔砌块》的理解, 从标准名称、原材料、外观尺寸和其他相关技术指标角度阐述了新标准较旧标准的区别和改进之处。对新标准的解读发现:新标准多涵盖了一个新烧结类墙体材料品种——烧结多孔砌块;原材料增加了江河湖淤泥及其他固体废弃物, 体现了资源集约型、环境友好型的可持续发展战略;相关技术的调整, 改善了产品的节能效果, 具有重大经济效益和现实意义。
木屑对烧结页岩多孔砖研究 篇8
木屑作为烧结页岩多孔砖的一种有机材料,在烧结温度下燃烧时,分解过程中产生无害气体、可以提高砖的热值,从而提高页岩砖的可燃性、燃烧速率,产生大量微小气孔。木屑取自各种农作物的副产品或者废弃物,在高温下生物质材料中的纤维和其他有机物燃烧产生一定的能量并形成气孔,影响其物理性能。在研究木屑烧结页岩砖的研发和力学性能时做了大量的研究和理论基础[3—6]。本文研究通过添加不同掺量和颗粒级配的木屑烧结成一种新型的轻质烧结页岩砖材料。
1 原材料和试验方法
1. 1 原材料
1. 1. 1 页岩
选用页岩来自广西柳州市砖厂,取自于柳州市平和村附近,可塑性指数为9. 2 左右,含水率为10% 左右,烧成温度为1 050 ℃ ,经干燥后置于球磨机破碎磨细成粉末状,其粒径成分包括Si O2、Al2O3、Fe2O3、Ca O、Mg O ,经过80 目筛分,其成分含量如表1。
2. 1. 2 木屑
木屑样品取自柳州市木材厂,是多种木材锯屑的混合物,木屑主要经过清洗、干燥、磨碎、筛分的过程,利用电热恒温箱中进行烘干直至质量不变,以去除表面附着的颗粒和水溶性物质,最后在60 ℃下烘干一夜,按照试件通过机械粉碎,筛分成不同粒径( 1. 5 ~ 2. 0 mm,0. 5 ~ 1. 0 mm,0. 12 ~ 0. 5 mm) ,如下表2。
1. 2 烧结成型
烧结页岩砖的烧结程序在实验室完成,具体步骤如图1,采用的设备为武汉试验电炉有限公司生产,如图2,将页岩作为主料,木屑、煤矸石分别倒入搅拌机中,木屑掺量分别为0、10% 、15% 、20% ,加适量水均匀混匀,搅拌后将混合料放到试模中,如图3,然后将坯体阴干后脱模,放入高温电炉中进行焙烧,分为四个阶段: ①干燥阶段,此阶段为温度范围为400 ℃左右,主要是蒸发砖坯表面的自由水、吸附水、结晶水。②加热阶段,此阶段温度范围为400 ℃至900 ℃之间,发生分解反应,同时木屑有机质达到燃点,开始燃烧分解,形成了微小的气孔。③烧成阶段,此阶段温度范围为900 ℃至1 050 ℃,由于铁离子的变价,导致在烧结过程中砖的颜色由灰色逐渐向红褐色转变。④冷却阶段,为了防止降温过快导致的断口裂缝,将降温速度调为100 ℃ /h,烧结成型尺寸为240 mm × 115 mm × 90 mm轻质页岩矩形多孔砖,分为3 排,如图4,考虑到由于木屑的加入,消耗的空气增多,因此在焙烧过程中增加空气的供应量。
1. 3 试验方法
参照GB /T 2542—2012《砌墙砖实验方法》对烧成制品进行相关性能测试; 对烧结体积密度测量过程为试样干重m( 在干燥过程中,前后两次的称量相差不超过0. 2% ,前后两次的称量时间间隔为2h) 除以试样体积。用广州市广材试验仪器有限公司TYE - A型数显式电液压力试验机测量试件抗压强度,如图4( b) 。据GB /T 10294—2008《绝热材料稳态阻及有关特性的测定,防护热板法》等规范要求对试验试件进行导热系数检测,导热系数通过实验室智能化导热系数测定仪测得,此测定仪的步骤为: 通过自动汽缸将单元试件夹紧,同时调节气动系统的压力值,将封闭的压缩机调至制冷方式,仪器中紫铜墙铁壁板作为计量加热面板,温度分布均匀且热力惯性较小,其中测量的精度≤3% ,冷板温度范围: 10 ~ 50 ℃,热板温度范围: 常温~ 80 ℃。将试件烘干后通过调节导热系数测定仪中平板厚度,将其置于两板之间,接通电路,开启试验,如图5。
1. 4 结果与讨论
1. 4. 1 体积密度
图6 显示了随着木屑掺入量的增加( 0,10% ,20% ,30% ) ,样品的体积密度趋于下降,但是木屑的颗粒级配对体积密度产生较小的影响。原因在同一木屑的颗粒级配,在烧结过程中木屑不断热分解,同时在试样内部产生了大量的微小孔隙[7,8],使得密度降低。然而,在掺量为10% 时,颗粒级配分别为0. 12 ~ 0. 5 mm、0. 5 ~ 1. 0 mm、1. 0 ~ 1. 5 mm、1. 5 ~2. 0 mm,其体积密度从1 710 kg / m3下降为1 520kg / m3,但下降率较小,粗粒径使得砖体密实程度降低,因此选择较小粒径的木屑使烧结页岩砖样品的体积密度更高。通过回归可得出掺量与体积密度的线性关系:
y为烧结页岩矩形多孔砖体积密度( kg / m3) ; x为木屑的掺量( 0,10% ,20% ,30% ) 。
1. 4. 2 导热系数
当试验进入稳定导热状态后,自动采集数据,其数据如表3。
如图7 所示随着木屑掺量的增多,导热系数降低,但是不同粒径的木屑对导热系数没有明显的影响。当木屑的颗粒级配为0. 12 ~ 0. 5 mm,导热系数从0. 58 W/( m·K) 下降为0. 27 W/( m·K) 。当颗粒级配为0. 5 ~ 1. 0 mm,导热系数从0. 54 W/( m·K) 下降为0. 24 W / ( m·K) 。当颗粒级配为1. 0 ~1. 5 mm,导热系数从0. 5 W / ( m · K) 下降为0. 27W / ( m·K) ; 当颗粒级配为1. 5 ~ 2. 0 mm,导热系数从0. 47 W/( m·K) 下降为0. 30 W/( m·K) 。其烧失量大使得烧结页岩砖产生微孔,因此减少了自由循环传热路径从而造成了低的导热系数,所以在页岩砖中掺入木屑能有效的降低导热率并且显著提高轻质烧结页岩砖的绝热值。根据下图可知,黑线为趋势线,其导热系数和木屑掺入量的方程为:
y2为烧结页岩矩形多孔砖的导热系数; x为木屑的掺量( 0,10% ,20% ,30% ) 。
1. 4. 3 抗压强度
随着木屑掺量的增加,试件内孔隙率提高和负荷载承载面积减少,因此其强度降低。木屑颗粒级配越小,则抗压强度越高,其原因为颗粒级配较低的木屑产生微小的孔,导致了小的裂纹长度,颗粒级配越大的木屑包含更多细长的颗粒,增加了应力集中系数导致抗压强度降低。当颗粒级配为1. 5 ~ 2. 0mm掺量为20% 和30% 时,抗压强度为4. 3 MPa、3. 6 MPa,不满足烧结普通页岩砖的基本要求。木屑掺量不大于10% ,满足烧结普通页岩砖的基本要求,如图8 所示。利用excel回归可以得出,抗压强度和木屑掺量函数式为: Iny = 2. 548 - 0. 008x。
当粗粒径和细粒径混合掺入到页岩砖中,可以观察到随着掺量的增多,试样的抗压强度先增加到一个极限然后下降,如图9。在掺量为10% 左右抗压强度达到了极限,分别为10. 6 MPa、11. 8 MPa、13. 7 MPa。根据《烧结普通砖》GB 5101—2003,满足其基本要求。在一定范围内,级配小的木屑在烧结过程中产生微小孔隙,彼此分布在砖体内各个部分,因此其抗压强度的下降率比纯粗粒径低,这些微小孔隙与剩余的木屑连接产生类似于粗粒径的效果。因此可以选择掺量为10% ,颗粒级配为0. 12 ~0. 5 mm时,烧结页岩砖力学性能到达最佳。
2 结论
( 1) 随着木屑的掺入量增加,其体积密度降低,在掺量为10% 时,颗粒级配分别为0. 12 ~ 0. 5 mm、0. 5 ~ 1. 0 mm、1. 0 ~ 1. 5 mm、1. 5 ~ 2. 0 mm,其体积密度从1 710 kg·m- 3下降为1 520 kg·m- 3,但下降率较小,粗粒径使得砖体密实程度小,因此选择较小粒径的木屑使烧结页岩砖样品的体积密度更高。
( 2) 试件的导热系数随着木屑的掺入而降低,木屑的烧失量使得烧结的页岩砖产生微孔,减少了自由循环传热路径从而造成了低的导热系数,因此在页岩砖中掺入木屑有效的降低导热率并且显著提高了轻质烧结页岩砖的绝热值,但木屑的颗粒级配对导热系数没有较大的影响。
( 3) 随着木屑增加,抗压强度呈现指数降低。当粗粒径和细粒径混合掺入到页岩砖中,抗压强度随着掺量先上升到一个极限然后下降,掺量为10%左右抗压强度达到了极限,分别为10. 6 MPa、11. 8MPa、13. 7 MPa,根据《烧结普通砖》GB 5101—2003,满足其基本要求,且选择掺量为10% ,颗粒级配为0. 12 ~ 0. 5 mm时,烧结页岩砖力学性能到达最佳。
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新型保温混凝土多孔砖 篇9
我国的建筑节能工作已经走过了20多年的艰苦历程,目前大部分省市把节能目标定在了第二阶段:节能50%;部分省市走到了第三阶段:节能65%。为达到这些目标,国家有关部门及各省市有关部门出台了一系列节能设计标准规程,对于最关键的部位———外围护墙体,也提出了一系列措施。目前应用最广泛的是外墙外保温,该技术是在主体结构完成后,通过粘贴等手段将保温材料粘附在外墙外表面。该技术的优点是保温性能可靠,基本能做到无热桥,所以得到普遍推广应用。但经过几年的应用,发现了该技术易出现墙体表面开裂、雨水渗漏严重等问题,且问题一旦出现很难维修。在这种情况下,国内很多学者把目光转向了“自保温”墙体的研究[1,2]。本文所述保温混凝土多孔砖即属于“自保温”墙体,兼具承重与保温双重功能。该产品于2006年6月通过产品鉴定,至今已获得5项专利。
1 保温混凝土多孔砖的结构组成
保温混凝土多孔砖由混凝土承重区、EPS保温层和混凝土保护层3部分组成,保温层位于承重区和保护层之间。为了使承重区、保温层、保护层三者之间连接紧密,设置了相互配合的燕尾槽,可有效增加三者之间的配合强度,起到固定和拉紧作用,增加保温混凝土多孔砖在实际使用中的整体强度,有效保证建筑质量;在其中增加横向连接的加强钢筋,可以进一步加强其连接强度。为防止横向钢筋对承重区、保温层、保护层的连接不牢固,在钢筋的两头增加了固紧措施,这种设计可以有效防止钢筋被拉出,同时更好地增加连接的强度,达到优化的效果。钢筋的直径为1.5~2.5 mm,位于混凝土承重区内的长度为3~4 cm,位于保护层内的长度为1~2 cm。保温混凝土多孔砖的结构组成及外形尺寸见图1。
混凝土多孔砖承重区由粉煤灰、石粉、石屑等废料作基材,配以水泥等胶凝材料组合而成,壁厚为20 mm,双排8孔,开孔设计为倒梯型、内切圆角,铺浆面为半盲孔,座浆面为全孔,砌筑时座浆面与铺浆面双向作用下形成灰缝,提高了砌体抗剪和抗弯强度;其外壁到相邻肋的距离为55~100 mm,肋与肋之间的距离为55 mm,是安装暗插座、暗开关和铺设水电管道的最佳尺寸;孔洞率为40%,承重面积为240 mm×240 mm,此承重设计是根据混凝土多孔砖的240 mm砌体结构设计的,在满足强度要求的前提下砌体的密度较低。保温混凝土多孔砖的强度等级为MU10、MU15、MU20等。块体尺寸与普通混凝土多孔砖匹配,可直接根据砌体规范进行工程设计。
保温层由240 mm×90 mm×bepsmm的燕尾形状的EPS板做成,在生产时可以简单地放入下成型模内,然后将多孔砖材料布入成型模,上模在高压下带动挤压头挤入下模,这样EPS板就被包含在多孔砖中,而且EPS板通过燕尾和连接钢丝同承重区和保护层可牢固连接不易脱落。EPS板密度为18~20 kg/m3,导热系数为0.042 W/(m·K),起到了很好的保温隔热作用,其中EPS板厚度beps可由墙体的传热系数确定。
保护层材料同承重区材料一样,为同材料、同强度等级的混凝土,作用是保护内侧的EPS保温板和用作连接外侧装饰层,该保护层除与EPS保温板燕尾连接外,还在该层内设置了4根直径2.5 mm的钢丝与承重区拉结,使承重区、保温层、保护层牢牢地连在一起,保护层厚度为15~25 mm。
2 保温混凝土多孔砖墙体的热工性能试验
2.1 不带砖缝阻热条保温混凝土多孔砖砌筑的墙体
对图1所示保温混凝土多孔砖,取EPS板厚度beps=45mm,生产出的保温混凝土多孔砖外形尺寸为300 mm×240mm×90 mm。采用北京世纪建通科技发展有限公司生产的JTRG-Ⅱ建筑热工温度与热流自动测试系统进行检测,检验依据为GB/T 13475—92《建筑构件稳态热传递性质的测定和防护热箱法》。墙体砌筑采用M5混合砂浆,砌筑完成后,在墙体两侧采用10 mm厚水泥砂浆抹平,待墙体干透后进行试验。试验时,实验室室温12°C,相对湿度30%~40%。设定冷箱温度-10.0°C,热箱温度20°C,热流系数23.26,温度巡回路数8个,热流巡回路数4个。连续检测时间在温度与热流稳定后不少于72 h,最后取热流稳定后不少于20组数据平均得:热流q=36.5 W/m2,热箱墙体表面温度θi=18.58°C,冷箱墙体表面温度θe=-6.57°C。由此得墙体的热阻[3]为R=0.689 m2·K/W,传热系数K=1.192 W/(m2·K)。
由试验得出,图1所示保温混凝土多孔砖墙体的热工性能可以满足夏热冬冷地区节能50%要求[K≤1.5 W/(m2·K)],但不能满足寒冷地区如山东省节能65%的要求。分析传热系数较大的原因,可能是砖缝用混合砂浆砌筑,其导热系数较大,成为了热桥。
2.2 带砖缝阻热条的保温混凝土多孔砖砌筑的墙体
经上述原因分析,对以上保温混凝土多孔砖进行改进,将EPS板伸出砖顶面和一个侧面各10 mm,以起到对砖缝阻热的作用,改进后的带砖缝阻热条的保温混凝土多孔砖如图2所示。
同样取EPS板厚度beps=45 mm,用同样的砌筑方法和试验方法进行试验,得到的墙体的热阻R=1.4 m2·K/W,传热系数K=0.645 W/(m2·K),传热系数降低45%。可见对砖缝进行保温隔热对墙体的传热性能影响很大,beps=45 mm已接近规范要求。调整EPS板厚度,可得到满足要求的保温混凝土多孔砖,为简化起见,最终确定2种型号的保温混凝土多孔砖作为定型产品(见表1)。
3 保温混凝土多孔砖砌筑方式试验
保温混凝土多孔砖在砌筑时,保温层的位置有2种放置方式,一种是将保温层置于承重层外侧,另一种是将保温层置于承重层内侧。2种砌筑方式在热桥处理上将采取不同的构造措施。为了寻求最佳的砌筑方案本文进行了实际工程试验。
首先建造了1栋4层、建筑面积为1500 m2的单身宿舍楼,将保温混凝土多孔砖的保温层置于承重层外侧,建成不久外墙体表面就出现了大量裂缝,后经加贴玻纤网,仍出现大量裂缝,部分墙体严重起鼓(见图3)。由此可见,在保温混凝土多孔砖的保温层外15 mm厚的混凝土保护层,难以承受外墙表面高温差造成的温度应力,很难避免墙体表面裂缝的发生。
在此工程之后又建造了1栋3层住宅办公综合楼,将保温层置于承重层内侧,外墙表面未加玻纤网,目前,该工程建成已有2年,未发现任何裂缝。实践证明,将保温层置于承重层内侧,可从根本上杜绝外墙表面裂缝发生。因此,保温混凝土多孔砖节能建筑体系砌筑时,应将保温层置于墙体承重层内侧。
4 综合成本对比
外墙用普通混凝土标准砖砌筑240 mm墙体,再用传统外墙外保温技术进行保温处理的每平方米墙体成本:标准砖128块×0.24元/块=30.72元;用灰137.43元/m2×0.0625 m3=8.59元;人工0.10×128块=12.80元;外墙抹灰用料150元/m3×0.015 m3=2.25元;抹灰人工费11元/m2。外墙外保温平均价格80元/m2。综合成本(不含内墙抹灰及粉饰):145.36元/m2。
外墙用普通多孔砖砌筑240 mm墙体,再用传统外墙外保温技术进行保温处理的每平方米墙体成本:多孔砖80块×0.35元/块=28.00元;用灰137.43元/m3×0.033 m3=4.54元;砌筑人工80块×0.12元/块=9.6元;外墙抹灰用料150元/m3×0.015 m3=2.25元;抹灰人工费11元/m2。外墙外保温80元/m2。综合成本(不含内墙抹灰及粉饰):135.39元/m2。
外墙用本文的保温混凝土多孔砖砌筑310 mm墙体后直接抹灰成本:保温砖40块×1.70元/块=68.00元;用灰137.43元/m3×0.037 m3=5.08元;人工40块×0.24元/块=9.6元;外墙抹灰用料150元/m3×0.015 m3=2.25元;抹灰人工费11元/m2。综合成本(不含内墙抹灰及粉饰):95.93元/m2。
通过以上对比可以看出,达到相同热工性能,保温混凝土多孔砖成本为95.93元/m2,比用混凝土标准砖加外保温层可节省49.43元/m2,为34%;比用普通多孔砖加外保温层可节省39.46元/m2,为29%。由此可见,保温混凝土砖墙体造价低,经济社会效益可观。
5 结语
本文研制的保温混凝土多孔砖,在生产过程中加入EPS保温板,实现了混凝土多孔砖与EPS板的一次成型。EPS板与混凝土燕尾连接,并在内部设置钢丝连接,能确保承重区、保温区、保护层三者牢固地结合在一起。试验显示,采用带有砖缝阻热条的保温混凝土多孔砖砌筑的墙体比用不带砖缝阻热条的保温混凝土多孔砖砌筑的墙体,传热系数降低45%。
用上述保温混凝土多孔砖砌成外墙墙体与用EPS板作外保温的墙体相比有以下优点:(1)外墙饰面稳固。不易空鼓脱落,有效地避免了墙体表面的开裂;(2)保温节能。其热工性能优异,达到了建筑墙体节能65%的要求,是墙体复合走向单一材料复合的一次突破;(3)方便省时。保温系统随墙体砌筑的完毕即完成,不需要增加任何保温隔热的工序;(4)价格低廉。它比目前市场上其它节能墙材造价均低,比承重砌体外墙外保温墙体造价节省30%;(5)坚固耐用。保温系统使用寿命与墙体的寿命相等,中间不需要进行任何维修与更换,切实做到了保温与建筑同寿命。
通过在华宇怡园花都住宅楼、鸿泰墙材住宅办公综合楼等工程上的应用表明,室内热环境明显改善,可满足当前山东省房屋建筑节能65%的要求,证明此产品是成功的,可大力推广。
参考文献
[1]李晓健.自保温砌块、空心砖墙体的优势[J].砖瓦,2007(8):61-63.
[2]孙伟民,戴薇原,郭樟根,等.新型节能复合混凝土空心砌块砌体抗震性能的试验研究[J].地震工程与工程振动,2006(5):136-144.