承重节能复合混凝土砌块砌体力学性能的研究

　　前言

　　本文所述承重节能复合混凝土砌块具有以下主要特性：(1)砌块内镶嵌聚苯乙烯板，具有优良的保温、隔热、隔声性能，该砌块墙体能达到节能50％效果，符合建筑节能要求；(2)保温侧聚苯板利用燕尾槽将保温材料与混凝土保护层镶嵌，增强了2种变形和质地很大不同材料的相互连接，确保保温层及混凝土保护层在受力中不脱落；(3)承重侧的空心率达47％，从而达到减轻结构自重的目的。该砌块既有混凝土小型空心砌块施工方便、易于配筋、强度高、质轻等优点，又能使建筑达到良好的节能、隔声效果，是一种集节能、隔热、隔声性能于一体的节能型复合混凝土砌块。

　　为加快承重节能复合砌块的推广应用，为设计、施工提供相应的技术依据，有必要对承重节能复合砌块砌体的力学性能进行全面、系统的试验研究。本文根据GBJ 129—90《砌体基本力学性能试验方法》、GB／T4111—1997《混凝土小型空心砌块试验方法》的规定，对承重节能复合混凝土砌块砌体进行了抗压、抗剪以及弹模等试验，为该种砌块在节能建筑新型墙体材料中的推广使用提供基础。

　　1   试验概况

　　1.1   砌块尺寸与试件

　　试验用砌块采用南京玛莎新型建材有限公司砌块厂引进德国生产线设备生产的承重节能复合砌块。砌块的结构构成：(1)承重侧：长×宽×厚为190mm×190mm×190mm的混凝土空心砌块；(2)保温隔热侧为25mm+15 mm厚的聚苯乙烯板；(3)聚苯板外为与承重侧材质相同的混凝土保护层，厚度25mm。

　　1.1.1  受压试件

　　受压试验包括轴压和偏压，分3批进行，第1批试件编号为Wa-1、Wa-2和Wb-1；第2批试件编号为Wa-3、Wa-4、Wb-2；第3批试件编号为Wc-1、Wc-2、Wc-3，Wd-1、Wd-2、Wd-3，We-1、We-2、We-3。试件尺寸等详细情况如表1所示。其中试件Wa-2、Wa-4墙体中设置有拉结钢筋，Wa、Wb墙体设置有圈梁；Wa试件高厚比为7.4，Wb试件高厚比为3.7，Wc、Wd、We试件高厚比为2.2，所有试件均采用M7.5砂浆制作。

　　1.1.2受剪试件

　　实际工程中竖向灰缝的砂浆很难饱满，且由于砂浆硬化时收缩会大大削弱甚至完全破坏竖向灰缝和块体的粘结问。本抗剪试验不考虑竖向灰缝的粘结强度，只对砌体沿通缝截面的抗剪强度进行试验研究。试验试件分别采用M5、M7.5、M10 三种强度的砂浆砌筑，灰缝厚度控制在8~10 mm。试件砌筑完毕后，立即在试件顶部平压一皮砌块，平压时间不少于14 d。试件在室内自然条件下养护28 d后进行试验。抗剪标准试件制作方法参照GBJ 129—90的规定进行。

　　1.1.3  弹性模量及泊松比

　　弹性模量和泊松比试件采用不同强度的砂浆砌筑，其高×宽×厚为590 mm×390 mm×270 mm。试件砌筑于有吊钩的刚性垫板上，上下表面用1：3水泥砂浆找平，砂浆厚度为10mm，并采用水平尺检查其平整度。在配置不同强度的同时，各预留一组砂浆试块进行同条件养护，达到28 d时，与墙片一起试压。

　　1.2   试验方法

　　1.2.1  轴心和偏心受压

　　受压试验通过液压加载系统来施加竖向荷载，加载制度按GBJ129—90有关规定进行。试件不考虑保护层和聚苯层对承载力的贡献，即主块的中心即为砌体截面的中心。加载制度采用2阶段分级加载，初期阶段：每级荷载约65 kN，到达392 kN时，转为每级荷载约35 kN，直至破坏；每级荷载持续3min。砌体变形由位移传感器测量，数据由DH3818采集仪采集。

　　1.2.2   通缝受剪

　　抗剪试验装置由3个标定好的同步千斤顶串联组成，试验时砌块承压处垫20 mm厚钢板，钢板尺寸和砌块的端面尺寸相同。砌块下面加滚轴，以减少摩擦力对试验的影响。为避免冲击，加载采用匀速连续加荷，时间控制在1~8min。

　　1.2.3  弹性模量及泊松比

　　采用型号为YES-200的压力试验机进行砌体标准试件抗压试验。当试件出现明显的破坏裂缝，抗压实验机的指针出现明显的回落时，认为试件已破坏，记录试件破坏的形态和最大荷载值。在试件的承重层和保护层的横向中部与纵向中部分别设置位移计，测量墙片在竖向荷载作用下的水平和竖向变形。

　　2  试验结果与分析

　　2．1轴心及偏心受压试验

　　承重节能复合混凝土空心砌块砌体受力过程与一般混凝土空心砌块砌体相类似，经历弹性、开裂以及破坏3个阶段。第l批裂缝起始于承重层边角砂浆薄弱处，初期裂缝较稳定。

　　随着荷载增加，裂缝不断发展，并沿竖向贯通砌块，即使不增加荷载，裂缝仍继续发展，形成非稳定裂缝。随着加载接近极限荷载，非稳定裂缝很快加长、加宽，直至砌体被压碎或被分割成小柱，丧失稳定而破坏。偏心受压的第1条裂缝出现在承重层的边角砂浆处，且随荷载增加，保护层裂缝开展非常迅速。墙体破坏时，基本上部伴随着保护层严重鼓凸，试件有劈裂破坏或部分砌块压碎情况。受压墙体的破坏为脆性破坏形态。

　　当荷载较小时，墙体的保护层压应变小于承重层压应变；当荷载超过开裂荷载，保护层变形急剧增加，很快超过承重层变形并出现严重鼓凸现象。相同荷载下偏压试件的侧向变形比轴压试件的侧向变形大很多。接近破坏荷载时，偏压试件保护层侧向变形突然增大，远远超过轴心受压试件。

　　试验结果还表明，受力过程中混凝土保护层协同参与了受力。

　　有聚苯层和保护层的复合砌块的破坏荷载比无聚苯层和保护层的混凝土砌块的破坏荷载增加约29％，可见，聚苯层和保护层在一定程度上间接参与了砌块的抗压，使复合混凝土砌块的受压承载力得以提高。

　　2.2  通缝抗剪试验

　　当加荷至受剪承载力极限时，沿一个受剪面发生突然破坏，且大多为试件上层的通缝剪坏。破坏主要发生在砂浆层与块体的粘结面，破坏面平整。试验结果表明承重节能复合砌块强度对砌体沿水平灰缝截面抗剪强度的影响不明显。提高砂浆强度将增大砌体抗剪强度，结果见表4。这是由于砂浆强度越高，水平灰缝粘结越牢，砌体的整体性越好，水平力作用下裂缝粗糙度减弱越慢，使裂缝截面摩擦力提高。

　　整体390 mm×(190+25)mm参加抗剪，工作面面积要比390mm×190mm大，后者抗剪强度f t  v,mb则比前者f t  v,ma增加约10％，可见剪切面积也影响砌体抗剪强度。建议复合混凝土小型空心砌块的抗剪强度，可按现行规范公式计算，其中砌块受剪面积可偏安全，取390 mm×(190+25)mm。

　　2.3  弹性模量及泊松比

　　试验所得砌体的弹性模量与泊松比见表5，弹性模量比按规范计算值大。可见承重节能复合混凝土空心砌块采用规范计算其弹性模量可行。

　　按规范计算，当σ=0.4 fm时，砌体结构的泊松比为0.15，而通过试验所得到的该复合砌块砌体试件Wc1、Wc2、Wc3、Wc4的泊松比平均值分别为0.19、0.22、0.19、0.21，均比实心砌体结构的泊松比要大，其原因可能是在砌筑该复合砌体时，竖向灰缝填灰不密实，这也与试验时的第1条裂缝出现在竖向灰缝处是吻合的。

　　3结论

　　(1)承重节能复合混凝土空心砌块砌体受力过程类似一般混凝土空心砌块砌体，第1批裂缝起始于承重层薄弱处，随着荷载增加，裂缝由稳定发展到不稳定，沿竖向贯通砌块，直至砌体被压碎或被分割成小柱从而丧失稳定而破坏。偏压试件破坏时，保护层侧向变形较大，超过轴压试件，且保护层严重鼓凸。聚苯层和保护层间接参与砌体的抗压，使受压承载力提高。

　　⑵承重节能复合混凝土空心砌块砌体达受剪承载力极限时，受剪面发生突然破坏，且为试件上层的通缝剪坏。砌块强度对砌体通缝抗剪强度影响不明显，而提高砂浆强度将增大砌体抗剪强度。建议复合混凝土空心砌块砌体的抗剪强度按现行规范公式计算，抗剪面积可偏安全取390 mm×(190+25)mm。

　　⑶承重节能复合混凝土空心砌块砌体试验所得砌体的弹性模量与泊松比，比按规范计算值大。因此，承重节能复合混凝土空心砌块可采用规范公式计算弹性模量，并注意复合砌体的横向应变与纵向应变比值大于一般混凝土空心砌块砌体。