馮建新，劉錫軍，周锫

（1湖南工程職業(yè)技術(shù)學(xué)院，湖南長(zhǎng)沙 410151；2湖南科技大學(xué) 土木工程學(xué)院，湖南湘潭 411201）

0 引言

為了落實(shí)“綠色、可持續(xù)”發(fā)展的理念，采用新型混凝土砌塊來(lái)代替?zhèn)鹘y(tǒng)黏土燒結(jié)多孔磚，既符合墻改政策，又環(huán)保，更適合社會(huì)發(fā)展需求。采用較大尺寸的砌塊代替小塊磚砌筑可減輕勞動(dòng)量，加快施工進(jìn)度，是墻體材料改革的一個(gè)重要方向。本文選擇以新型輕集料（陶粒、煤矸石）混凝土制作而成的榫式節(jié)能砌塊來(lái)實(shí)現(xiàn)復(fù)合墻體結(jié)構(gòu)層材料強(qiáng)度的要求，選擇榫式連接方式來(lái)增強(qiáng)其抗剪和抗壓能力，并在榫式節(jié)能砌塊砌體空心中灌入輕骨料保溫材料，可以有效地解決榫式節(jié)能砌體承重與節(jié)能的矛盾。

本文對(duì)榫式復(fù)合節(jié)能砌塊砌體進(jìn)行了抗壓強(qiáng)度試驗(yàn)，研究榫式復(fù)合節(jié)能砌塊砌體的受壓性能和極限荷載，分析榫式復(fù)合節(jié)能砌塊砌體的受壓變形和破壞特征。本次榫式復(fù)合節(jié)能砌塊砌體試驗(yàn)結(jié)果為其進(jìn)一步研究提供了試驗(yàn)和理論基礎(chǔ)。

圖1 砌塊尺寸示意圖（單位：mm）

1 砌塊與砂漿的抗壓強(qiáng)度試驗(yàn)

榫式節(jié)能砌塊是陶粒、煤矸石等混凝土制成的一種輕集料混凝土小型空心砌塊。主塊尺寸為400mm×240mm×115mm，輔助砌塊尺寸為230mm×240mm×115mm，壁厚為30mm，砌塊肋、壁、孔型尺寸如圖1所示。

本組試驗(yàn)共采用5個(gè)試驗(yàn)砌塊，根據(jù)GB/T 4111-2013《混凝土砌塊和磚試驗(yàn)方法》[1]相關(guān)規(guī)定，測(cè)得試驗(yàn)砌塊抗壓強(qiáng)度平均值為4.9MPa。

根據(jù)JC 860-2008《混凝土小型空心砌塊和混凝土磚砌筑砂漿》[2]及反復(fù)試驗(yàn)配得出水泥:消石灰粉:砂:水=1:0.86:5.6:1.35的混凝土小型空心砌塊的專(zhuān)用砂漿。依據(jù)JGJ/T 70-2009《建筑砂漿基本性能試驗(yàn)方法標(biāo)準(zhǔn)》[3]等相關(guān)規(guī)定，該試驗(yàn)中混凝土小型空心砌塊的專(zhuān)用砂漿的強(qiáng)度平均值為7.40MPa。

2 砌體抗壓強(qiáng)度試驗(yàn)

2.1 試驗(yàn)制作及試驗(yàn)加載裝置

根據(jù)GB/T 50129-2011《砌體基本力學(xué)性能試驗(yàn)方法標(biāo)準(zhǔn)》[4]的要求，該試驗(yàn)選用3組均由3皮砌塊交錯(cuò)砌筑而成的試件，試件砌筑在用1:3的水泥砂漿找平的剛性墊板上。砌筑的試件長(zhǎng)度為400mm，寬度為240mm，試件高度為砌塊加灰縫厚度為365mm，試件設(shè)計(jì)如圖2所示。該試驗(yàn)加載裝置是微機(jī)控制電液伺服萬(wàn)能試驗(yàn)機(jī)，采用等速位移控制。

圖2 抗壓試件設(shè)計(jì)圖（單位：mm）

2.2 試驗(yàn)過(guò)程及破壞形態(tài)

榫式節(jié)能砌塊砌體在抗壓試驗(yàn)從開(kāi)始加載受壓直至破壞過(guò)程大致分為裂縫產(chǎn)生、裂縫發(fā)展、試件破壞三個(gè)階段：

第一階段：初期受力開(kāi)裂階段，從榫式節(jié)能砌塊砌體試件開(kāi)始受壓到出現(xiàn)第一條裂縫。在本過(guò)程中，隨著荷載的不斷增大，砌體試件底部開(kāi)始產(chǎn)生一條或多條細(xì)小的斜向裂縫。

第二階段：持續(xù)加載階段，榫式節(jié)能砌塊砌體試件出現(xiàn)多處微裂縫并形成一條貫通的裂縫。在本階段中，隨著荷載繼續(xù)不斷增加，縱向裂縫不斷向砌塊中部延伸，并逐步貫通3皮砌塊，形成一條貫通的裂縫，并在砌體正面及側(cè)壁開(kāi)始出現(xiàn)一些新的裂縫。此時(shí)榫式節(jié)能砌體處于臨界破壞階段狀態(tài)。

第三階段：榫式節(jié)能砌體試件破壞階段。在本階段中，壓力增加緩慢，砌體試件裂縫繼續(xù)擴(kuò)大，最終砌體試件外側(cè)肋出現(xiàn)脹鼓從而發(fā)生擠壓破壞，在很短的時(shí)間內(nèi)砌塊從出現(xiàn)第一條裂縫發(fā)展到荷載全部耗損，其初裂荷載約為破壞荷載的85%～90%，如圖3所示。

2.3 試驗(yàn)結(jié)果分析

根據(jù)GB/T 50129-2011《砌體基本力學(xué)性能試驗(yàn)方法標(biāo)準(zhǔn)》的抗壓強(qiáng)度測(cè)定方法進(jìn)行試驗(yàn)，結(jié)合GB 50003-2011《砌體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范》[5]的相關(guān)規(guī)定，砌體軸心抗壓強(qiáng)度平均值主要與砌塊抗壓強(qiáng)度和砂漿抗壓強(qiáng)度有關(guān)，砌體軸心抗壓強(qiáng)度平均值采用如下計(jì)算公式：

式中：fm為砌體抗壓強(qiáng)度平均值 （MPa）；f1為砌塊的抗壓強(qiáng)度平均值（MPa）；f2為砂漿的抗壓強(qiáng)度平均值（MPa）；k1為與砌塊類(lèi)別有關(guān)的參數(shù)；a為與砌塊高度及砌體類(lèi)別有關(guān)的參數(shù)；k2為砂漿強(qiáng)度較低或較高時(shí)砌體抗壓強(qiáng)度的修正系數(shù)。

對(duì)于混凝土砌塊，式中a的取值為0.9，k1的取值為0.46，k2的取值為1。

圖3 砌體試件受壓破壞形態(tài)圖

表1 砌塊軸心抗壓強(qiáng)度試驗(yàn)結(jié)果

表2 抗壓強(qiáng)度理論值與試驗(yàn)值的對(duì)比表

利用GB 50003-2011《砌體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范》中砌體抗壓強(qiáng)度的計(jì)算公式計(jì)算砌體的抗壓強(qiáng)度，并與砌體的試驗(yàn)值進(jìn)行對(duì)比，驗(yàn)算砌體的規(guī)范公式是否適用于砌體[6]。試驗(yàn)數(shù)據(jù)表明：砌體規(guī)范公式計(jì)算值大于砌體的試驗(yàn)值，偏差較大且采用砌體的規(guī)范公式計(jì)算偏于不安全，因此砌體的規(guī)范公式并不適用于砌體抗壓強(qiáng)度平均值的計(jì)算，砌體受壓強(qiáng)度平均值公式有待進(jìn)一步研究。

2.4 抗壓強(qiáng)度計(jì)算公式

由于榫式節(jié)能砌塊是一種全新的砌塊型式，且砌塊結(jié)構(gòu)型式在不斷地改進(jìn)。根據(jù)砌體試件的試驗(yàn)結(jié)果，繪制出以應(yīng)變與極限應(yīng)變的比值為橫坐標(biāo)，以應(yīng)力與極限應(yīng)力的比值為縱坐標(biāo)的砌體應(yīng)力應(yīng)變曲線(xiàn)，如圖4所示。

圖4 抗壓試驗(yàn)的標(biāo)準(zhǔn)化本構(gòu)曲線(xiàn)

根據(jù)抗壓試驗(yàn)的標(biāo)準(zhǔn)本構(gòu)關(guān)系曲線(xiàn)及試驗(yàn)數(shù)據(jù)[7]，砌體的本構(gòu)關(guān)系曲線(xiàn)大致呈二次拋物線(xiàn)，將曲線(xiàn)的上升段設(shè)為二次方程函數(shù)：

式中：ε0為極限應(yīng)變，σ0為極限應(yīng)力，x為無(wú)量綱化應(yīng)變?chǔ)?ε0，y為無(wú)量綱化應(yīng)力σ/σ0。

利用函數(shù)繪圖軟件對(duì)試驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行本構(gòu)曲線(xiàn)的擬合，擬合結(jié)果如圖5所示，擬合系數(shù)的取值如表3所示?？梢钥闯觯疚耐茖?dǎo)出的擬合后抗壓試驗(yàn)的本構(gòu)曲線(xiàn)與抗壓試驗(yàn)的標(biāo)準(zhǔn)化本構(gòu)曲線(xiàn)模型非常相似。采取等速位移加載方式為榫式節(jié)能砌塊砌體進(jìn)行試件抗壓試驗(yàn)，根據(jù)試驗(yàn)結(jié)果和擬合分析得出：抗壓試驗(yàn)的標(biāo)準(zhǔn)本構(gòu)關(guān)系曲線(xiàn)的下降段較長(zhǎng)，證明榫式節(jié)能砌塊砌體的延性較好；比傳統(tǒng)粘土磚砌體的受壓應(yīng)力應(yīng)變曲線(xiàn)下降顯著些，則表明榫式節(jié)能砌塊砌體的脆性特征更為顯著。

圖5 擬合后抗壓試驗(yàn)的本構(gòu)曲線(xiàn)

表3 試驗(yàn)數(shù)據(jù)擬合系數(shù)的取值

3 結(jié)論

（1）砌體受壓試驗(yàn)表明，榫式節(jié)能砌塊與普通混凝土砌塊破壞類(lèi)似[8-10]，從開(kāi)始加載受壓直至破壞過(guò)程大致分為裂縫產(chǎn)生、裂縫發(fā)展、試件破壞三個(gè)階段，都是沿著豎向灰縫處形成貫通的主裂縫，最終砌體試件外側(cè)肋出現(xiàn)脹鼓從而發(fā)生擠壓破壞。

（2）參考規(guī)范現(xiàn)有公式，利用函數(shù)繪圖軟件對(duì)試驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行本構(gòu)曲線(xiàn)的擬合，提出了符合榫式節(jié)能砌塊砌體抗壓強(qiáng)度平均值的建議計(jì)算公式。但是由于試驗(yàn)條件的限制，所得到的試驗(yàn)結(jié)果具有一定的分散性[11]，仍需進(jìn)行大量的試驗(yàn)來(lái)進(jìn)一步驗(yàn)證榫式節(jié)能砌塊砌體受壓強(qiáng)度平均值建議計(jì)算公式。