混凝土多孔磚的基本材性和砌體軸心抗壓試驗研究

　　摘　要：通過不同孔型的混凝土多孔磚的基本材性和砌體的軸心抗壓對比試驗研究，得出了不同孔型的混凝土多孔磚砌體的破壞特點和力學(xué)性能，同時揭示出影響混凝土多孔磚砌體力學(xué)性能的因素，為推廣應(yīng)用混凝土多孔磚和制定相應(yīng)的建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范提供科學(xué)依據(jù)。

　　關(guān)鍵詞：混凝土多孔磚；砌體；軸心抗壓強(qiáng)度；彈性模量；泊松比。

　　1.前言

　　兩千多年“秦磚漢瓦”的使用,導(dǎo)致土地壓力越來越大.有限的資源越來越少（如:每燒制粘土磚1萬塊,需標(biāo)煤1.4t~1.5t）。同時，大量的SO2和CO2氣體排放，污染了環(huán)境。鑒于此，國家經(jīng)貿(mào)委2001年6月5日發(fā)布550號文，要求湖北省等10個省會城市在2003年6月30日前禁止生產(chǎn)、銷售和使用粘土磚，推廣應(yīng)用新型墻體材料。于是全國各地墻體材料改革方興未艾，其中武漢市墻改辦走在了全國的前面，率先研發(fā)了新型墻體材料——混凝土多孔磚。由于混凝土多孔磚的生產(chǎn)標(biāo)準(zhǔn)和設(shè)計應(yīng)用技術(shù)在國內(nèi)尚屬空白，現(xiàn)行的[文獻(xiàn)4]和[文獻(xiàn)5]均沒有涵蓋此類材料，為此市墻改辦會同武漢市抗震辦公室、武漢理工大學(xué)等單位進(jìn)行了大量日常工作和試驗研究，于2003年7月形成和頒布了在國內(nèi)處于領(lǐng)先地位的[文獻(xiàn)6]，本文介紹其中的部分試驗研究工作：A、B型混凝土多孔磚的基本材性試驗和砌體的軸心抗壓試驗。

　　試驗?zāi)康氖菣z驗兩種不同孔型的混凝土多孔磚的基本材性和砌體力學(xué)性能。作為一種新的墻體材料，研究其代替粘土普通磚和粘土多孔磚的可能性，使這種混凝土多孔磚得以推廣應(yīng)用，以便獲得更大的社會效益和經(jīng)濟(jì)效益。

　　2.試驗材料及試件制作

　　2.1試驗材料

　　試驗用磚按孔型分為A、B型磚。其中A型磚為兩排六孔（四大孔、兩小孔）排列形式，B型磚為雙排八小孔排列形式，單磚尺寸均為240mm×ll5mm×90mm（長×寬×厚），強(qiáng)度等級均為MUl0。試驗用砂為中粗砂，水泥為同一批號的P.O 32.5R普通硅酸鹽水泥，砌筑用砂漿為混合砂漿，設(shè)計強(qiáng)度等級為M10。

　　2.2試件制作

　　用A、B型混凝土多孔磚砌筑軸心抗壓砌體兩組，每組6件，共12件，試件尺寸為240mm×370mm×720mm。為了消除試驗室與施工現(xiàn)場的差異，中等技術(shù)水平的工人來自于施工現(xiàn)場；為了減少砌筑水平及砂漿拌和帶來的質(zhì)量差異，試件均采用流水作業(yè)方式進(jìn)行砌筑，如此循環(huán)，直到所有試件砌筑完畢。試件均采用同一盤砂漿砌筑，且在3~4h內(nèi)用完。試件成型后，在其頂部加壓兩皮同種類型的混凝土多孔磚，養(yǎng)護(hù)28d后陸續(xù)試驗。砌筑用的每盤砂漿以混凝土多孔磚為底模，制作足夠數(shù)量的砂漿試塊與試件同等條件澆水養(yǎng)護(hù)。

　　砌體試件的尺寸和制作按[文獻(xiàn)1]的要求進(jìn)行；砂漿試塊的留取及試驗方法按[文獻(xiàn)2]的要求進(jìn)行。

　　3.試驗方法

　　混凝土多孔磚砌體抗壓強(qiáng)度、彈性模量和泊松比的試驗方法按[文獻(xiàn)1]的要求進(jìn)行。

　　軸心抗壓強(qiáng)度、彈性模量及泊松比試驗在5000kN長柱試驗機(jī)上進(jìn)行。在進(jìn)行砌體抗壓強(qiáng)試驗的同時，進(jìn)行砌體彈性模量和泊松比的測試。砌體軸向變形值采用安裝在試件兩寬側(cè)面上的千分表測得，測量標(biāo)距為250mm；橫向變形值采用安裝在試件寬側(cè)面上的千分表測得，測量標(biāo)距為200mm。試驗時，將試件的承壓面墊平并幾何對中，安裝儀表。在預(yù)計破壞荷載的5%~20%內(nèi)反復(fù)預(yù)壓3~5次，使兩次大面的軸向變形之差小于10%。試壓正常后正式加載，加載等級為預(yù)計破壞荷載的10%，每級荷載加荷時間約為l~1.5min，恒載約1min讀表和觀察裂縫。當(dāng)試件臨近破壞時，拆出儀表，試件按前一級加荷速度加至破壞。

　　4.混凝土多孔磚基本材性試驗

　　A型和B型混凝土多孔磚的基本材性按[文獻(xiàn)4]中的指標(biāo)進(jìn)行檢驗，其結(jié)果見表1~3。

　　表1 A型混凝土多孔磚基本材性檢驗結(jié)果
檢驗項目 標(biāo)準(zhǔn)要求 樣本檢驗結(jié)果 單項評定 備注
一、尺寸偏差外觀質(zhì)量 尺寸偏差外觀質(zhì)量 符合標(biāo)準(zhǔn)中表1合格品的要求，樣本數(shù)量50塊，一次抽樣d1≤5, 5＜d2＜9時再次抽樣，（d1+ d2）≤12 1塊不合格 合格 d1、d2為樣品中不合格塊數(shù)
孔洞率 ≥25% 44.1%
二、強(qiáng)度等級 抗壓強(qiáng)度平均值 ≥10.0Mpa 11.7 Mpa MU10合格 變異系數(shù)δ=0.10
抗壓強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值 ≥6.5 Mpa 9.6 Mpa
三、體積密度 平均值 ≤1600kg/m3 1127 kg/m3 合格
四、吸水率 平均值 ≤18% 12.3% 合格
五、干燥收縮率（合格品） 平均值 ≤0.75mm/m 0.54 mm/m 合格
六、軟化系數(shù) ＞0.80 1.00 合格
七、碳化系數(shù) Kc＞0.80 1.00 合格
八、泛霜（合格品） 不允許出現(xiàn)中等泛霜 無 合格
九、抗凍性（MU10） 1、抗壓強(qiáng)度 平均值 ≥8.0 Mpa 11.2 Mpa 合格

　　2、干質(zhì)量損失 單塊值 ≤2.0% 0.3~0.9% 合格

　　說明：1、變異凍系數(shù)δ≤0.21時,被抗壓強(qiáng)度平均值、強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值指標(biāo)評定磚的強(qiáng)度等級；
變異凍系數(shù)δ＞0.21時,被抗壓強(qiáng)度平均值、單塊最小抗壓強(qiáng)度值指標(biāo)評定強(qiáng)度等級

　　2、表中“標(biāo)準(zhǔn)要求”按湖北省地方標(biāo)準(zhǔn)——混凝土多孔磚（DB42/T222——2002）執(zhí)行。

　　表2A A型混凝土多孔磚放射性檢驗結(jié)果
檢驗項目 標(biāo)準(zhǔn)要求 樣本檢驗結(jié)果 單項評定 備注
一、放射性 內(nèi)照射指數(shù) CRa/200≤1.0 0.1 合格
外照射指數(shù) CRa/370+CRh/260+ Ck/4200≤1.0 0.3

　　說明：表中“標(biāo)準(zhǔn)要求”按國家標(biāo)準(zhǔn)：建筑材料放射性核素限量標(biāo)準(zhǔn)（GB6566——2001）執(zhí)行

　　表3 B型混凝土多孔磚基本材性檢驗結(jié)果
檢驗項目 標(biāo)準(zhǔn)要求 樣本檢驗結(jié)果 單項評定 備注
一、尺寸偏差外觀質(zhì)量 尺寸偏差外觀質(zhì)量 符合標(biāo)準(zhǔn)中表1合格品的要求，樣本數(shù)量50塊，一次抽樣d1≤5, 5＜d2＜9時再次抽樣，（d1+ d2）≤12 1塊不合格 合格 d1、d2為樣品中不合格塊數(shù)
孔洞率 ≥25% 32.6%
二、強(qiáng)度等級 抗壓強(qiáng)度平均值 ≥10.0Mpa 11.9 Mpa MU10合格 變異系數(shù)δ=0.17
抗壓強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值 ≥6.5 Mpa 8.4Mpa
三、體積密度 平均值 ≤1600kg/m3 1433 kg/m3 合格
四、吸水率 平均值 ≤18% 10.1% 合格
五、干燥收縮率(合格品) 平均值 ≤0.75mm/m 0.43 mm/m 合格
六、軟化系數(shù) ＞0.80 1.00 1.00
七、碳化系數(shù) Kc＞0.80 1.00 合格
八、泛霜（合格品） 不允許出現(xiàn)中等泛霜 無 合格
九、抗凍性（MU10） 1、抗壓強(qiáng)度 平均值 ≥8.0 Mpa 11.3Mpa 合格

　　2、干質(zhì)量損失 單塊值 ≤2.0% 0.0~0.3% 合格

　　說明：1、變異系數(shù)δ≤0.21時，被抗壓強(qiáng)度平均值、強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值指標(biāo)評定磚的強(qiáng)度等級；
變異系數(shù)δ＞0.21時，被抗壓強(qiáng)度平均值、單塊最小抗壓強(qiáng)度值指標(biāo)評定強(qiáng)度等級。

　　2、表中“標(biāo)準(zhǔn)要求”按湖北省地方標(biāo)準(zhǔn)——混凝土多磚（DB42/T222——2002）執(zhí)行。

　　從表1~3看出：A、B型混凝土多孔磚的各項指標(biāo)滿足[文獻(xiàn)3]和建筑材料放射核素限量標(biāo)準(zhǔn)（GB6566—2001）的規(guī)定，并與上海、浙江等地的規(guī)定和試驗結(jié)果一致。

　　5.混凝土多孔磚砌體軸心抗壓試驗結(jié)果及分析

　　5.1破壞特征

　　混凝土多孔磚砌體的抗壓破壞模式大體上同普通粘土磚砌體，但同時也有其不同之處。試件在極限荷載的62%~88%左右時（平均為76%），首先在承壓面一皮磚高度范圍內(nèi)出現(xiàn)首批裂縫；當(dāng)荷載接近于極限荷載時，豎向裂縫急劇擴(kuò)展和增多，分布在四個側(cè)面上，并形成通縫，最后使砌體分離獨(dú)立小磚柱而導(dǎo)致試件破壞。試件破壞時，在窄面一般只有一條主裂縫，小裂縫較少；寬面上一般不止一條主裂縫，小裂縫分布也較多。部分砌體破壞時的裂縫展開圖如圖1~2，試驗結(jié)果見表4，不同之處在于：
（1）混凝土多孔磚破壞時有劈裂、剝落現(xiàn)象較嚴(yán)重；
（2）開裂荷載出現(xiàn)較晚，即開裂荷載與極限荷載之間安全儲備較少；
（3）裂縫在接近極限荷載時急劇擴(kuò)展和增多，且發(fā)展時間很短；
（4）砌體最后被分離成獨(dú)立小磚柱而破壞時，試件有較突出的外鼓現(xiàn)象。上述幾個方面較普通粘土磚有更顯著特點，值得在生產(chǎn)、設(shè)計和應(yīng)用時注意。

　　5.2軸心抗壓強(qiáng)度試驗結(jié)果

　　表4 混凝土多孔磚砌體軸心抗壓強(qiáng)度試驗結(jié)果
砌體類型 f1(Mpa) f2(Mpa) 試件數(shù)量（件） 抗壓強(qiáng)度 規(guī)范計算f (Mpa) f f
f (Mpa) δ
A型磚 10 9.6 9 4.2 0.09 4.1 1.02
B型磚 10 9.6 9 5.5 0.13 4.1 1.34

　　表4結(jié)果表明：

　?。?）A型和B型混凝土多孔磚砌體軸心抗壓強(qiáng)度試驗值分別比[文獻(xiàn)4]的計算值高出2%和34%，且實測變異系數(shù)分別為0.09和0.13，小于[文獻(xiàn)5]的給出值0.17。根據(jù)[文獻(xiàn)4]，普通粘土磚砌體軸心抗壓強(qiáng)度平均值（表中規(guī)范計算值）按下式計算：
fm=0.78 （1+0.07f2）
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。

　?。?）B型混凝土多孔磚砌體軸心抗壓強(qiáng)度試驗值比A型磚砌體試驗值高出31%。

　　初步分析此原因為：第一，兩種混凝土多孔磚的孔型、孔洞率等不同；第二，生產(chǎn)過程中的質(zhì)量及原材料配比等不同。從破碎的磚體看，A型混凝土多孔磚內(nèi)有較大顆粒的骨料。過多粉煤灰的摻和及不適當(dāng)骨料級配是否是造成A型混凝土多孔磚比B型混凝土多孔磚砌體抗壓強(qiáng)度和彈性模量低的原因，有待進(jìn)一步研究。

　　5.3建議

　?。?）優(yōu)化孔型設(shè)計，孔型大小、排列方式等有利于提高砌體的抗壓強(qiáng)度；
　?。?）承重用磚必須適當(dāng)控制空洞率。過大的空洞率將導(dǎo)致磚砌體抗壓強(qiáng)度降低，導(dǎo)致砌體的劈裂、剝落現(xiàn)象嚴(yán)重和脆性表現(xiàn)更明顯。根據(jù)KP1和DM模數(shù)多孔磚等成熟經(jīng)驗，空洞率最好控制在30%以內(nèi)。
　　（3）控制原材料質(zhì)量和配比，加強(qiáng)生產(chǎn)質(zhì)量管理和監(jiān)督。對于粉煤灰的摻和量以及粗、細(xì)骨料的級配要合理控制。

（作者單位：武漢理工大學(xué)、武漢市墻改辦、武漢土木建筑學(xué)會）