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    新型保温承重混凝土小型空心砌块砌体受压力学性能试验研究.pdf

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    新型保温承重混凝土小型空心砌块砌体受压力学性能试验研究.pdf

    第41卷第5期2010年5月 Vo1.41 No.5 May.2010 建 筑 技 术 Architecture Technology 465 新型保温承重混凝土小型空心砌块砌体 受压力学性能试验研究 何淅淅,薛 科,杨 智 北京建筑工程学院土木与交通工程学院,100044,北京 摘要通过对9组190 mnl厚普通混凝土小型空心砌块砌体以及9组保温承重混凝土小型空心砌块砌体的受 压力学性能进行对比试验,分析了保温承重混凝土小型空心砌块砌体强度及变形的影响因素。研究表明,保温构 造层可增加混凝土小型空心砌块砌体的抗压强度。但对砌体的变形存在不利影响。建议对保温复合砌块砌体的 抗压强度按承重砌块截面积计算,并应在设计中从严掌握相关变形参数。 关键字保温承重;混凝土砌块砌体;抗压强度;变形 中图分类号TU 522 文献标识码A 文章编号10004726201005046505 TEST ANALYSIS ON COMPRESSIVE MECHANICAL PRoPERTIES oF NEW THERMAL INSULATIoN SMrALLSIZED CoNCRETE HoLLoWED BLoCK M_ASoNRY HEixi,XUE Ke,YANG Zhi Beijing University of Civil and Architectural,College of Civil and Traffic Engineering,100044,Beijing,China AbstractThe compressive mechanical properties of 190ram thick load-bearing concrete hollow block masonry with or on thermal insulation were compared with each set of 9 groups experiments.The factors affecting strength and deation of thermal insulation load-beating concrete hollow block masonry were studied.The results indicate that insulating layer help improve the strength of concrete hollow block masonry, but it’S not conducive to deation properties of the masonry.Authors recommend that the compressive strength of load-bearing insulation block masonry is calculated in accordance with loadbearing area,and its deation parameters is strictly controlled. Key wordsthermal insulation;loadbearing concrete hollow block masonry;compressive properties strength; defoYinatinn 我国建筑长期存在能源消耗大和能源利用效率低 的问题。2004年,建设部提出了建筑节能三年目标和基 本要求,指出直辖市应于2005年初实现新建建筑节能 设计标准执行率达到8O%以上,有条件的大城市要率先 实施节能率达Ij65%的地方节能标准。北京市也在全国 率先提出了实现节能率达65%的建筑节能目标。北京地 区现有住宅建筑耗能水平近似为欧洲国家的3倍,若达 1j65%的节能目标,则能耗可降至欧洲的2 。 国务院要求}21,全面开展北方采暖地区既有节能建 筑改造,]2009年改造6 000万m ,并号召开展节能减 排全民行动。 本文针对复合保温节能砌块的基本抗压力学指标 开展试验研究。试验采用的砌块为满足65%建筑节能 标准而开发的新型复合保温承重砌块。 收稿日期20100416 基金项目科技部一科研院所技术开发专项子课题NCSTE一2006一JK ZX-264 作者简介何淅淅1961一,女,北京市人,教授,主要研究方向为高性能 混凝土力学I生能及绿色建筑结构体系,e.’mailhexixibucea.edu.en. 1试验准备 1.1试验材料 保温砌块图1是用铁件将190mm厚普通混凝土 小型空心砌块与60 mill厚聚乙烯保温层、60mm厚装饰 清水劈裂砖面层连成一体,从而成为装饰、保温与承重 于一体的复合砌块。主、辅砌块尺寸分别为390 mmX 310 mmxl90 mm190 mmx310 mmx190 mm。 砌块等级为MU10,砌筑砂浆采用粉煤灰、水泥和 砂 图1保温复合混凝土小型空心砌块主砌块 466 建筑技术 第4l卷第5期 1.2试验依据 试验以砌体基本力学性能试验方法标准GBJ 1291990t31为依据。抗压试件的宽度为主规格砌块的 长度390 mm,高度为三皮砌块加灰缝共600 mm;无保 温砌块试件厚度为190 mm。有保温砌块厚度为310 mm 图2。 a b e 图2保温与普通砌块砌体抗压强度试件 a立面图;b1-培面图无保温;C1-1剖面图有保温 1.3抗压试件制作与试验分组 砌筑时,采用水平尺控制试件的平整度,用皮数杆 控制灰缝厚度平均为10mm。试件采用室内自然条 件养护。试验前在试件上表面做3~5 mm厚12水泥砂浆 找平层,3 d后进行试验。 试验分2批6组,每组3个,共计1 8个试件。第一批试 验龄期为56 d,第二批试验龄期为28 d。块材和砌筑砂 浆抗压强度实测值如表1所示。 表1 砌筑砂浆与块材抗压强度实测平均值 抗压强度平均/MPa 试验批次 试件编号 块材类型 砂瓤 块 KY01-03 普通 17.6 14.5 KY04~06 保温 17.6 10.6 KY07-09 普通 14.1 16.O KY1012 保温 14.1 11.7 KY13~l5 普通 16.O 16.O KY16-18 保温 16.O 11.7 1.4试验装置 第一批和第二批试验分别采用500 t2oo tE力机 加载。在试件两侧面各放置3个百分表量测竖向及水平 位移图3。 2试验结果与分析 2.1砌体抗压试验结果 各有关力学指标的试验值均按照砌体结构设计 规范 以下简称规范计算,见公式1一3,计算 图3加载及测试装置 结果如表2所示。对保温砌块砌体分别按照考虑和不考 虑保温构造的毛截面面积计算。 表2受压试验各指标实测平均值 试验平均值/MPa 批次 试件编号 砌体抗压强度 砌体弹性 按全截面计算 按承重块截面计算 模量 KY01~03 6I4 6.4 3 817.4 KY0406 5.8 9.5 3530.6 KY07~o9 8.4 8.4 6622.0 KY10-12 7-3 11.9 4267.7 KY13~15 9.6 9.6 7 815.1 KY16-l8 5.1 8-3 7268.8 2.1.1砌体抗压强度实测值 户 1 A 式中Ⅳ_一实测轴心受压荷载极限值N; A试件水平毛截面面积mm 。 2.1.2砌体受压弹性模量实测值 取40%极限应力对应的割线模量 2 00 .4 式中 __40%极限应力; 对应的砌体竖向压应变。 2.1.3砌体横向变形系数实测值 3 s nA 式中 4O%极限应力对应的砌体横向应变; .n 40%极限应力对应的砌体竖向应变。 2.2试验分析与主要结论 2.2.1按主承重砌块截面计算与按全截面计算比较 由表2和图4看出,当按照试件全部毛截面面积计 算时,普通砌块砌体抗压强度高于保温砌块砌体,第一 2010年5月 何淅淅,等新型保温承重混凝土小型空心砌块砌体受压力学性能试验研究 467 保温砌块砌体抗压强度实测1 D一保温砌块砌体抗压强度实测2 十抗压强度规范建议值 试件编号 图4保温砌体抗压强度实测值与规范建议值比较 批和第二批试验获得的结论是一致的。出现这种现象 的原因主要与块形有关,由于保温复合砌块构造复杂, 各部分块材表面难于保持整体平整,可能导致出现复 杂受力状态,降低了保温砌体全截面均匀受压强度。 计算结果对比表明,不考虑保温装饰构造层时,保 温复合砌块砌体抗压强度实测值高于普通混凝土小砌 块砌体。这说明,复合砌块的保温装饰层不影响混凝土 主承重砌块砌体的抗压强度,反而对提高砌体抗压强 度有利。 我国实际工程设计中,在计算后做保温层的混凝 土小型空心砌块砌体承载力时。仅考虑承重砌体面积。 因此,建议对保温复合砌块砌体仍应按照190mm厚混 凝土承重砌块截面积计算砌体的受压承载力,保温与 装饰层不宜作为承载力计算的依据。这是符合工程实 际、合理且偏于安全的。 2.2.2砌体抗压强度实测值与规范建议值比较 当砂浆强层 大于10MPa[,规范对普通混凝土 空心砌块砌体给出的砌体抗压强度平均值计算公式 为 Ao.4 910.o70.1-0.0l 4 式中. 块材的抗压强度; . 一砂浆的抗压强度。 系数1.10.01. 用 10MPa的情况;公式4 的适用条件为 ≥ 且≤20 MPa。 试验值与公式4计算值的比较如图5所示。由图 可看出,本试验获得的普通砌块砌体抗压强度实测值 在大部分情况下低于公式建议值。这个结果与试验采 用的砌体砌筑砂浆强度 高于砌块实际强度 有关, 即超出了公式建议值使用范围。由于取值点不多,本 次试验尚无法给出有关回归或建议公式。 图6针对砌体强度实测值与规范建议值的矛盾,分 析了砂浆抗压强度试验值与砌体抗压强度实测值和理 论值的对应关系。由此可看出,砌体强度实测值随砂浆 ◆__普通砌块砌体抗压承载力实测值 KYKYKYKYKYKYKYKY~KY O1 02 O3 07 08 09 13 14 15 试件编号 图5普通砌块砌体抗压强度实测值与规范建议值比较 重 爱 鼹 ◇晋通砌块 r 保温砌块 1Cl} . 一 一一◇ I ◇一一一 8 黪一一 黼 基 I I li................. .............................J.。................ .......................... 【.................... ..... ... ... 图6砂浆强度与砌体强度规范计算值及实测值比较 a砂浆强度与砌体强度实测值的关系; b砂浆强度与砌体强度计算值的关系 强度的提高而降低,这与规范公式适用范围内的强度 规律相反。本文认为,由于现代高性能材料的涌现,获 得较低的砂浆配制强度并非易事,对于 的情况,砌 体强度的变化规律值需进一步研究。 2.2.3试件受压应力一应变关系实测曲线 图7为第一批KY1~6和第二批KY7~12试件的 竖向平均应变与应力水平的对应关系,由此可看出,在 大多数情况下,保温砌块砌体有较大的压缩变形,我们 认为这个现象产生的原因是1保温砌块构造缝隙 多;2由于块材不平整造成水平灰缝局部过厚或不易 468 建筑技术 第41卷第5期 饱满而导致砌体刚度下降。 -R 1oo 90 80 70 60 50 40 3O 20 lO 100 90 80 70 6O 50 40 30 20 10 0 1000 2000 3000 4000 竖向应变/10 b 图7砌体竖向压应变随应力水平的变化 a第一批构件竖向应力一应变; b第二批砂浆一构件竖向应力一应变 2.2.4砌体横向变形与竖向变形的关系 图8显示出无保温构件的双侧竖向及横向变形与 荷载水平的关系。加荷初期构件横向变形很小.竖向及 横向变形均呈直线变化。在60%~70%极限荷载时,竖 向和横向变形均出现拐点,其后横向变形增加明显。 一l侧竖向位移。一2侧竖向位移 船一1侧水平相对变形妒2侧水平相对位移 图8 KY一15双侧竖向变形与荷载水平的关系 2.2.5砌体保温层一侧受压位移大于承重砌块一侧 图9代表了大部分有保温试件的变形与荷载关系, 显然,无论竖向还是横向变形,有保温一侧变形均大于 无保温一侧变形。这是由于构造的原因使得砌块在保 温面一侧的整体性低于承重砌块一侧,即双侧刚度差 别造成的。 位移/ram 保温侧竖向位移 。 承重侧竖向位移 *保温侧水平相对变形 承重侧水平相对位移 图9 KYo6测点位移与荷载水平的关系 2.2.6保温砌块砌体抗压强度的离散系数值大于无保 温砌块砌体 试验结果除第二批KY07~09和KY10~12两组强度 的离散系数接近外,有保温砌块砌体抗压强度离散系 数均明显大于普通砌块砌体。这种离散性的加大是保 温复合砌块的块材整体不平整造成的。因此,在工程设 计中,建议应对这类砌体的承载力计算不考虑保温层, 留有足够的安全储备。 2.2.7砌体弹性模量试验值有关结论 1普通混凝土砌块砌体的弹『生模量大于有保温 砌块砌体的弹陛模量。表2中弹性模量实测值是按砌体 全截面面积的平均应力计算的,此时。保温砌体的弹性 模量低于无保温砌块砌体,这与前面有关变形的分析 有关联,可推论出这是保温砌块构造的不密致陛造成 的变形增大所导致的。当仅按承重面积计算弹性模量 时图10,保温砌体的弹性模量高于普通砌块砌体。 2试验值表明,砌体弹性模量与按毛截面积计 算的砌体强度的关系呈现较大离散性。对无保温砌块 砌体,弹}生模量随砌体抗压强度增大而提高保温砌块 砌体的弹性模量随砌体抗压强度增大而降低,由于试 验点值少,这一点尚待继续验证。试验值较多低于规 范的建议公式值Em1 70Q 针对同批次的保温砌块砌 体和普通砌块砌体,弹陛模量与砂浆强度的关系均呈 现出正比的变化趋势图1O。 砂浆强度∥MPa 图10砌体弹性模量与砂浆抗压强度的关系 \ *镉挺 籁 毯 Bd 咖 棼 2010年5月 何淅淅,等新型保温承重混凝土小型空心砌块砌体受压力学陛能试验研究 469 2.2.8横向变形系数实测值 试验得出的砌体横向变形系数在0.04~1.1之间变 化,各组数据平均值在0.1 9~0.59之间变化,试验难度 大,准确性不高。从保温砌块与普通无保温混凝土砌块 的对比来看,二者差别不大,这与其他试验[fl提出的保 温砌块砌体横向变形系数大于无保温砌快砌体的值有 出入.有待进一步研究。 图1 1说明横向变形系数随砌体弹洼模量的增大而 提高。 图1 1砌体弹性模量与横向变形系数的关系 2.3主要破坏现象 2.3.1破坏过程 竖向与横向变形曲线明显反映出至少存在一个拐 点,即两个阶段图8,9;结合构件开裂观测特点分析, 也可近似按三个阶段分析。 第一阶段从开始受压到出现第一条裂缝。裂缝大 部分情况下会首先出现在砌体长边承重块一侧纵肋端 部,裂缝很细,一般会贯穿一个块体高度,少数也会出 现在端横肋窄面上。此时的压力约为破坏值的45%~ 80%。第一条裂缝出现后,试件竖向及横向将产生较大 横向变形图7~9。 第二阶段裂缝持续出现并形成贯通裂缝。荷载再 增加,单块块体内的裂缝不断发展,沿竖向通过1和2砌 块,在砌体内逐渐形成一条竖向贯通裂缝。此时即使压 力不再增加,裂缝仍会缓慢发展,砌体临近破坏。其荷 载值为破坏值的75%~90%。 第三阶段破坏阶段。压力增加,砌体中裂缝迅速 加长、加宽,竖向贯通裂缝迅速扩展,导致破裂块向外 失稳、剥落,使砌体承压面急剧减小而破坏。破坏呈现 出明显的胞l生特征。 2.3.2破坏类型 纵观各构件破坏现象可发现,砌体受压承载力破 坏都是由于裂缝贯通、破裂块外凸、失稳、剥落,最终导 致承压面缩小而破坏。临界裂缝多出现在承重块一侧。 根据贯通临界裂缝出现的位置,可将破坏归结为3类图 12。对保温砌块砌体,承载力通常由承重块一侧控制。 c 图12临界裂缝三种形态 a纵肋竖向贯通;b端横肋竖向贯通;c角部两侧V形开裂 3结论与建议 1由于块体不易平整,保温装饰侧不宜计入复 合保温砌块承载力计算;同时,由于离散性加大,保温 层作为强度储备对安全有利。 2按照承重砌块截面积计算的带保温砌体抗压 强度高于普通砌块砌体,也高于规范公式计算的结果, 说明复合砌块的构造对抗压强度有利。 3本试验普通混凝土小型砌块砌体的抗压强度 低于规范建议公式值,进一步验证了规范公式仅适用 9fl≥厂2的情况。 4本试验获得的混凝土小砌块砌体的弹性模量 实测值无论是否有保温层,均低于规范建议公式的计 算值; 5保温砌体的弹陛模量低于无保温砌体和侧向 变形较大砌体,故建议在设计中,对有关变形的参数从 严控制。 参考文献 [1]赖明.中国建筑领域能效潜力与“十一五”建筑节能主要工作[R]. 北京清洁发展机制与建筑能效一机遇与挑战,2007. [2]GBJ 1291990,砌体基本力学性能试验方法标准[s]. [3]GB500032001,砌体结构设计规范[s]. [4]陈芸,孙伟民,叶燕华,等.复合混凝土空心砌块砌体受压及受剪承 载力计算分析[J].苏外I科技学院学报工程技术版,20064. 一㈤一 £o_【、 删 教

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