[摘要] 本文通過對一種新型墻體材料的檢測結(jié)果進(jìn)行分析比較,為該產(chǎn)品的推廣和設(shè)計、施工提供了詳盡的數(shù)據(jù)。
[關(guān)鍵詞] 粉煤灰混凝土磚;砌體力學(xué)性能
1 概述
隨著我國經(jīng)濟(jì)的發(fā)展, 住宅建設(shè)已成為基本建設(shè)的重要方面。而目前, 住宅產(chǎn)業(yè)的發(fā)展又以限制粘土磚的生產(chǎn), 發(fā)展新型墻體材料為重要方向。目前,各種新型墻體材料不斷涌現(xiàn), 一些新型材料的性能優(yōu)良, 可以起到代替粘土磚的作用。但由于設(shè)計人員對這些材料的性能不了解,所以在設(shè)計上不敢大膽使用, 這使得許多材料只能作為填充墻作用, 從而限制了企業(yè)的發(fā)展。
常熟是全國170 個到2003 年7 月1 日前禁止使用實心粘土紅磚的試點(diǎn)城市之一。為了能盡快向社會提供出一種既能為使用者接受又能在性能上替代粘土磚的新型墻材, 常熟某廠生產(chǎn)了一種新型蒸養(yǎng)粉煤灰混凝土磚(240 × 115 ×53) 。為了給設(shè)計人員提供出該材料的各種性能數(shù)據(jù), 該公司委托江蘇省建設(shè)工程質(zhì)量檢測中心對其產(chǎn)品進(jìn)行檢測。
2 原材料及磚的物理力學(xué)性能
2. 1 原材料
①水泥為32. 5 的普通硅酸鹽水泥
②砂采用取材廣泛的河砂或礦山石砂
③考慮到濕灰不利于攪拌且活性低, 并在考慮經(jīng)濟(jì)性的基礎(chǔ)上,粉煤灰采用Ⅲ級以上干灰
④石屑
2. 2 磚的物理力學(xué)性能結(jié)果見表1
由于該產(chǎn)品是一種新型材料, 沒有專門的標(biāo)準(zhǔn), 所以檢測依據(jù)參照了JC239 - 2001《粉煤灰磚》。通過檢測, 我們發(fā)現(xiàn)該產(chǎn)品的性能比預(yù)計的要好,達(dá)到了一等品MU20 的技術(shù)要求。尤其是干燥收縮率非常小,僅為0. 14mm/ m。普通混凝土砌塊的混合料屬于貧水泥混凝土, 在其中摻入一定的粉煤灰, 調(diào)整了混合料的級配, 有效地改善了混合料的工作性能。在同樣的成型條件下可增加密實性,降低混凝土內(nèi)部空隙率,減少干縮,提高砌塊強(qiáng)度。
3 砌體的力學(xué)性能和熱工試驗
對于砌體的力學(xué)性能試驗, 我們主要進(jìn)行了砌體的抗壓、抗剪、彎曲抗拉強(qiáng)度等試驗。由于砌體結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)和主要承重構(gòu)件的砂漿設(shè)計強(qiáng)度一般都采用M10 , 所以我們把試驗的重點(diǎn)也放在砂漿強(qiáng)度等級為M10 的砌體上, 適當(dāng)做一部分砂漿強(qiáng)度等級為M5、M7. 5 的砌體。試驗方法按國標(biāo)BGJ129 - 90《砌體基本力學(xué)性能試驗方法標(biāo)準(zhǔn)》
3. 1 砌體抗壓強(qiáng)度見表2
砌體的抗壓強(qiáng)度試驗共測試了砂漿強(qiáng)度等級M10 的砌體21 個、M7. 5 的砌體3 個、M5 的砌體3 個。砌體抗壓強(qiáng)度的試件尺寸采用標(biāo)準(zhǔn)要求的240mm×370mm×720mm的試件。為了使鋪砌方便, 并使灰縫獲得較均勻的厚度和密實性,所用砂漿為水泥石灰混合砂漿。從試驗的結(jié)果(表2) 來看,該產(chǎn)品的抗壓強(qiáng)度值較高。這主要是由于該產(chǎn)品的表面平整度比燒結(jié)普通磚的表面要光滑和平整。由于磚本身總是存在一定的不平整度,在受壓時,每塊磚并不是支撐在其整塊面積上, 我們可以夸大的設(shè)想僅支撐在個別剛性部位。因此在荷載作用下,磚內(nèi)除了有壓應(yīng)力外,還引起了彎曲和剪應(yīng)力。所以平整度高的塊體的砌體抗壓強(qiáng)度也高。
由于M10 的砌體組數(shù)較多, 共21 個, 試驗沒能在短期內(nèi)完成, 這使得砂漿設(shè)計強(qiáng)度等級為M10 砌體存在不同的強(qiáng)度。為推算砌體抗壓強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值,我們到其中砂漿強(qiáng)度實測值相同的9 個構(gòu)件來進(jìn)行計算。
在對27 個試驗數(shù)據(jù)分析后, 參照《砌體結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范》附錄B 中燒結(jié)普通磚的公式, 我們提出該產(chǎn)品的砌體抗壓強(qiáng)度平均值計算公式。為計算方便,設(shè)計計算公式的形式和燒結(jié)普通磚相同:
fm = k1f1a (1 + 0. 07 f2) k2 (1)
由于沒有試驗砂漿強(qiáng)度小于1 時的情況, 所以k2 沒有得出相應(yīng)的計算公式。利用最小二乘法原理,我們得出了相應(yīng)的計算公式。規(guī)范中的公式和該產(chǎn)品的公式見表3。
注:1、k2 在表列條件以外時均等于1 ;
2、式中f1 為塊體抗壓強(qiáng)度平均值; f2 為砂漿抗壓強(qiáng)度平均值。單位均以MPa 記;
3、未考慮f2 < 1 時的情況。
另外, 在試驗中我們發(fā)現(xiàn)該產(chǎn)品的出現(xiàn)裂縫荷載和破壞荷載很接近, 出現(xiàn)裂縫荷載大約為破壞荷載的60 %～ 70 % ,這是設(shè)計時需要注意的問題。
3. 2 砌體沿通縫截面抗剪強(qiáng)度見表4
砌體沿通縫的抗剪強(qiáng)度試驗共測試了砂漿強(qiáng)度等級M10 的砌體14 個、M7. 5 的砌體6 個、M5 的砌體6 個。砌體的抗剪強(qiáng)度與灰縫強(qiáng)度有關(guān), 而灰縫強(qiáng)度又由砂漿和磚的粘接力所決定。根據(jù)力的作用方向,粘結(jié)力分為法向粘接力和切向粘接力,前者垂直地作用于灰縫,后者則平行于灰縫。當(dāng)受剪時,切向粘接力起著重要的作用。沿通縫抗剪強(qiáng)度采用的是雙剪試驗方法, 事實上砌體中的豎向灰縫是不參與工作的,因為一方面豎向灰縫中砂漿不易填滿,另一方面砂漿硬化時的收縮關(guān)系,使該處的粘接力幾乎被破壞。水平灰縫因砌體隨砂漿硬化收縮而不斷沉降,粘接力所受影響較小。另外砌筑時磚的含水率對砌體的抗剪強(qiáng)度有較大影響。由于該產(chǎn)品的吸水率很小。在試驗時我們發(fā)現(xiàn)當(dāng)磚在濕的情況下,砌筑成型很不理想,所以砌筑時所用磚均為自然干燥狀態(tài)下的磚。
在檢測中我們發(fā)現(xiàn)試件的抗剪強(qiáng)度離散較大, 其中M10 砌體的14 個數(shù)據(jù)中最大為0. 68MPa , 最小為0. 21MPa 。這使得砂漿強(qiáng)度等級M10 的砌體抗剪強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值僅為0. 24MPa ,比燒結(jié)普通磚的標(biāo)準(zhǔn)值0. 27MPa 略低。
三個不同強(qiáng)度等級的試件的平均抗剪強(qiáng)度分析后, 推算出相應(yīng)的計算公式。規(guī)范中的公式和該產(chǎn)品的公式見表5。根據(jù)設(shè)計規(guī)范和有關(guān)資料表明, 粉煤灰磚的抗剪強(qiáng)度是比較低的, 這主要是由于該產(chǎn)品與砂漿的粘接強(qiáng)度低的原因,另外該產(chǎn)品表面比較光滑也是一個重要因素。因此可以考慮在以后生產(chǎn)中增加表面的粗糙程度或設(shè)置凹槽, 以增強(qiáng)抗剪強(qiáng)度。
3. 3 砌體彎曲抗拉強(qiáng)度
砌體沿通縫彎曲抗拉強(qiáng)度共測試了砂漿標(biāo)號M10 的砌體3 個、M7. 5 的砌體3 個、M5 的砌體3 個。由于試驗數(shù)據(jù)較少, 僅計算了它們的平均值, 分別為: 0. 41MPa 、0. 22MPa 、0. 20MPa 。砌體沿齒縫彎曲抗拉強(qiáng)度也按上述方法測試了9 個砌體,平均值分別為:1. 16MPa 、0. 69MPa 、0. 55MPa 。從測試的結(jié)果來看該產(chǎn)品的彎曲抗拉強(qiáng)度平均值都比GB 50003 - 2001《砌體結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范》附錄B 中的粘土磚砌體的相應(yīng)強(qiáng)度相近。
3. 4 熱工性能
為了了解該產(chǎn)品的熱工性能, 我們對該產(chǎn)品的砌體按GB/ T13475《建筑構(gòu)件穩(wěn)態(tài)熱傳遞性質(zhì)的測定標(biāo)定和防護(hù)熱箱法》進(jìn)行了比熱阻試驗。砌體的測試一般有三種方法: 現(xiàn)場檢測方法(熱流計法) ; 護(hù)熱板法; 護(hù)熱箱法和標(biāo)定熱箱法。其中第三種方法是目前比較流行且精度較高的測試方法,比較適合于混凝土磚等一些新型墻體材料。我們對1200 ×1200 ×240 的試件測試了未粉刷的比熱阻,測試結(jié)果為0. 366 .k/w。由于測試方法不同,因此有關(guān)資料對各種墻體材料的熱阻有不同的數(shù)據(jù)。一般來說240 厚未粉刷的粘土磚墻體的熱阻為0. 4 .k/ w左右、混凝土雙排孔砌塊為0. 4～0. 5 .k/ w左右、一厚三排孔浮石混凝土為0. 6 左右。因此該材料與粘土磚的熱工性能相近,比多孔磚和空心砌塊要低一些。
4 經(jīng)濟(jì)分析和工程應(yīng)用價值
4. 1 節(jié)土節(jié)能十分可觀
粉煤灰混凝土磚不用粘土。一個10萬.墻材廠每年可少毀良田60畝。假如幾年內(nèi)形成50萬.規(guī)模替代3. 5億粘土紅磚,每年可節(jié)約土地資源300畝,這是十分可觀的節(jié)土效益。粉煤灰混凝土磚的免燒磚綜合能耗約30kg/ . , 標(biāo)煤而粘土實心紅磚綜合能耗是76kg/ . ,以上數(shù)據(jù)可以看出節(jié)能效果十分明顯。
4. 2 利廢為寶
粉煤灰混凝土磚的主要原材料之一是粉煤灰。粉煤灰是電廠和小型熱電廠的廢料, 不加利用將對社會產(chǎn)生可怕的環(huán)境污染。
4. 3 推動地方新型墻材應(yīng)用力度
新型墻體材料在推廣應(yīng)用中增長速度不盡人意, 問題在于:盡管種數(shù)繁多,但還沒有被設(shè)計、施工、用戶十分認(rèn)可的產(chǎn)品。而該產(chǎn)品具有節(jié)土、節(jié)材、節(jié)能、利廢眾多優(yōu)越性, 它符合我國新型墻體材料的發(fā)展方向,且性能優(yōu)良,能夠代替粘土磚,對社會將產(chǎn)生深遠(yuǎn)的經(jīng)濟(jì)效益。
5 結(jié)論
2004 年5 月,該產(chǎn)品在大量的研究分析、檢測報告和用戶使用報告的基礎(chǔ)上通過了省級鑒定。應(yīng)該說,該產(chǎn)品雖然通過了鑒定,但試驗研究的數(shù)據(jù)畢竟有限,工程實踐經(jīng)驗不多, 尚需要對它的應(yīng)用技術(shù)進(jìn)行研究和更多大量的工程實例驗證,以及技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)、規(guī)范的編制,以指導(dǎo)設(shè)計、施工和質(zhì)量驗收。它的施工工法、抗震性能和墻體收縮等還需要進(jìn)一步研究。從目前的數(shù)據(jù)來看,該產(chǎn)品應(yīng)該是一種潛在比較理想的粘土磚替代產(chǎn)品
