工業(yè)廢渣混凝土多孔磚抗折性能試驗(yàn)研究

(1．沈陽建筑人學(xué)，遼寧沈陽  110168：2．中國(guó)建筑東北設(shè)汁研究院，遼寧沈陽  110003)

　　摘要：工業(yè)廢渣混凝十多孔磚的抗折性能既是評(píng)定產(chǎn)品質(zhì)量的一個(gè)重要指標(biāo)，也是影響其砌體抗壓強(qiáng)度的一個(gè)重要因素。通過試驗(yàn)研究不同孔洞率、不同孔型的工業(yè)廢渣混凝十多孔磚的抗折強(qiáng)度，分析影響抗折性能的因素，提出提高抗折強(qiáng)度的措施。

　　關(guān)鍵詞：工業(yè)廢渣混凝土多孔磚：抗折性能；孔型；孔洞率

　　多孔磚具有輕質(zhì)、高強(qiáng)、節(jié)能等優(yōu)點(diǎn)，是目前替代普通黏土磚的主要墻體材料之一。近幾年來，國(guó)內(nèi)對(duì)多孔磚的物理力學(xué)性能及抗震性能進(jìn)行了大量的試驗(yàn)研究，并制定了具有地方特色的材料標(biāo)準(zhǔn)和應(yīng)用技術(shù)規(guī)程，其目的是為了提高多孔磚的產(chǎn)品質(zhì)量和應(yīng)用，進(jìn)而達(dá)到保證工程質(zhì)量的目的。

　　大量多孔磚砌體抗壓試驗(yàn)研究表明，多孔磚和普通黏土磚的破壞形態(tài)相似，首先在單磚豎向垂直灰縫處產(chǎn)生裂縫，使砌體分裂成幾個(gè)獨(dú)立的小柱喪失穩(wěn)定而破壞，砌體的抗壓強(qiáng)度低于多孔磚塊材的抗壓強(qiáng)度，多孔磚的強(qiáng)度沒有得到充分的利用。由于砂漿鋪砌不均勻以及灰縫中砂漿收縮不均勻(形成突起的支點(diǎn))，所以引起多孔磚在砌體中處于受彎(即受折)的受力狀態(tài)，因此，多孔磚大多數(shù)純粹被壓碎的很少，抗折強(qiáng)度是影響砌體抗壓強(qiáng)度的主要因素之一。本文在工業(yè)廢渣混凝土多孔磚抗折試驗(yàn)的基礎(chǔ)上，研究分析如何提高工業(yè)廢渣混凝土多孔磚的抗折強(qiáng)度，進(jìn)而提高工業(yè)廢渣混凝土多孔磚砌體的力學(xué)性能。   

1  試樣的選擇及試驗(yàn)方案

　　1．1  試樣的選擇

　　采用了5個(gè)廠家提供的7種不同類型的工業(yè)廢渣混凝土多孔磚，一共15組150個(gè)抗折試樣，另外還選擇相同數(shù)量的抗壓試樣。試樣規(guī)格見表1。

　　1．2  試驗(yàn)方案

　　1．2．1  試驗(yàn)方法

　　試驗(yàn)的加載設(shè)備為200t液壓式壓力機(jī)，試驗(yàn)機(jī)的示值相對(duì)誤差不大于±1％。試驗(yàn)方法參照GB／T2542—2003《砌墻磚試驗(yàn)方法》的規(guī)定執(zhí)行。

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　　試驗(yàn)采用三點(diǎn)加荷方式，上壓輥和下壓輥的直徑均為15mm，下壓輥有鉸結(jié)固定，見圖1。

　　1．2．2  試驗(yàn)步驟

　　(1)先進(jìn)行尺寸測(cè)量：在工業(yè)廢渣混凝土多孔磚的2個(gè)大面的中間處分別測(cè)量2個(gè)寬度尺寸，在條面的中間處分別測(cè)量2個(gè)高度尺寸，測(cè)量時(shí)選擇不利的一側(cè)測(cè)量。分別取其算術(shù)平均值，精確到1mm。

　　 (2)將工業(yè)廢渣混凝土多孔磚的坐漿面平放到支輥上。以100N／s的速度勻速加荷，直至試樣折斷，記錄最大破壞荷載戶(精確至0．1kN)。

　　(3)每塊工業(yè)廢渣混凝土多孔磚的抗折強(qiáng)度R按式(1)計(jì)算，精確至0．1MPa。

　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　 (1)

　　式中：R——抗折強(qiáng)度，MPa；
　　 P——最大破壞荷載，kN；
　　L——跨距，mm；
　　B——試樣寬度，mm；
　　H——試樣高度，mm。

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2  試驗(yàn)結(jié)果及分析

　　2．1  試驗(yàn)結(jié)果

　　工業(yè)廢渣混凝土多孔磚抗折性能試驗(yàn)結(jié)果見表2。

　　工業(yè)廢渣混凝土多孔磚在三點(diǎn)加載抗折性能試驗(yàn)中，破壞時(shí)表現(xiàn)為明顯的脆性特征，八孔磚和孔對(duì)稱分布的四孔磚破壞截面主要發(fā)生在靠近中間肋的兩個(gè)孔邊起弧處，如圖2所示。中間肋是指位于多孔磚坐漿面上與條面垂直的靠近中間的肋，在三點(diǎn)加載時(shí)與支輥相平行。錯(cuò)排孔的四孔磚的破壞截面主要發(fā)生在靠近中間肋的一個(gè)孔邊起弧處并順延到另一個(gè)孔洞，如圖3所示。綜上2種破壞形態(tài)，根據(jù)文獻(xiàn)[1]分析，其成因是由于孔洞的存在使抗彎截面模量減小，可以通過加大中間肋厚度，從而減小破壞截面的彎距，這樣可以提高抗折強(qiáng)度。另外，還可以通過加大壁厚和肋厚，從而加大抗彎截面模量，同時(shí)也意味加入其中的骨料粒徑可以加大，這些對(duì)抗折強(qiáng)度的提高都是有利的。

　　觀察試樣的破壞截面可以發(fā)現(xiàn)，C類磚和E類磚以石子為主要骨料，在斷裂面石子被折斷，石子的顆粒級(jí)配較好，石子與其它摻合料形成非常牢固的粘結(jié)。而B類磚的破壞截面摻合料粘結(jié)較為疏松，且石子粒徑較小且摻量較少，抗折強(qiáng)度較低。所以骨料的種類、顆粒級(jí)配和水泥的用量對(duì)多孔磚抗折強(qiáng)度有很大的影響。

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　　2．2  理論分析

　　根據(jù)工業(yè)廢渣混凝土多孔磚抗折試驗(yàn)的破壞形態(tài)，公式(1)不能真正描述多孔磚的抗折強(qiáng)度，因?yàn)樗侵钙茐慕孛姘l(fā)生在中間截面時(shí)的計(jì)算公式，與多孔磚破壞截面不同，但由于實(shí)際的可操作性，公式(1)在評(píng)定產(chǎn)品質(zhì)量進(jìn)行抗折驗(yàn)算時(shí)仍然可以使用。   

　　工業(yè)廢渣混凝土多孔磚三點(diǎn)加載時(shí)的彎距圖和破壞截面示意圖分別見圖4和圖5，d為壁肋厚。

　　在破壞界面1-1處抗折強(qiáng)度為：

 　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　(2)

　　式中：Rp——抗折強(qiáng)度；
　　　　　MP——彎距；
　　　　　WP——抗彎截面模量。

　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　(3)

　　式中：IP——相對(duì)于中性軸的慣性距；
　　　　　——中性軸到最大正應(yīng)力的距離，經(jīng)計(jì)算取49mm。

　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　 (4)

　　由式(2)、式(3)、式(4)計(jì)算出來的抗折強(qiáng)度即為工業(yè)廢渣混凝土多孔磚的實(shí)際抗折強(qiáng)度，將d=12、15、18、20mm分別代入上式，取肋厚壁厚相等，假定同一材料、同一配比的多孔磚按照式(2)、式(3)、式(4)計(jì)算出來的抗折強(qiáng)度相等，求出P12:P15:P18:P20=1:1．18:1．36:1．50，公式(1)中抗折強(qiáng)度R與抗折力P成正比，因此得出：R12:R15:R18:R20=1:1．18:1．36:1．50。 

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　　文獻(xiàn)[2]針對(duì)不同肋厚的混凝土多孔磚進(jìn)行了砌體基本力學(xué)性能試驗(yàn)研究，統(tǒng)計(jì)試驗(yàn)結(jié)果表明，由肋厚分別為12mm、15mm、18mm、20mm，強(qiáng)度等級(jí)為MUIO的混凝土多孔磚，砂漿強(qiáng)度等級(jí)為M5砌筑的砌體，其抗壓強(qiáng)度f12:f15:f18:f20=1:1．14:1．47:1．59。由此可見，隨著肋厚、壁厚的增加，多孔磚的抗折強(qiáng)度和砌體抗壓強(qiáng)度均有明顯的提高，當(dāng)肋厚由12mm(孔洞率大于33％)增加到20mm(孔洞率在25％左右)時(shí)，抗折強(qiáng)度和砌體抗壓強(qiáng)度提高幅度較大。因此，可以通過增加肋厚、壁厚來提高多子L磚的抗折強(qiáng)度和改善砌體的力學(xué)性能。

　　本試驗(yàn)數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)結(jié)果及GBl3544—92《燒結(jié)多孔磚》對(duì)抗折強(qiáng)度的要求見表3，P型多孔磚折壓比乘以系數(shù)2進(jìn)行換算。除B、C2類工業(yè)廢渣混凝土多孔磚外，其它類工業(yè)廢渣混凝土多孔磚均達(dá)到要求，0類和E類工業(yè)廢渣混凝土多孔磚抗折強(qiáng)度略小于燒結(jié)多孔磚比，偏差小于5％。B、G2類工業(yè)廢渣混凝土多孔磚之所以抗折強(qiáng)度(折壓比)偏低是因?yàn)榭锥绰瘦^大，肋壁較薄，摻入過多廢渣，骨料較少，塊材不密實(shí)。

3  結(jié)  論

　　(1)工業(yè)廢渣混凝土多孔磚強(qiáng)度等級(jí)越高抗折強(qiáng)度越高，工業(yè)廢渣混凝土多孔磚抗折強(qiáng)度比燒結(jié)多孔磚抗折強(qiáng)度略低，本文建議工業(yè)廢渣混凝土多孔磚抗折強(qiáng)度取值見表4。

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　　(2)工業(yè)廢渣混凝土多孔磚孔洞率越大、肋壁越薄，抗折強(qiáng)度越低，砌體力學(xué)性能越差。可以通過增加肋厚、壁厚及減小孔洞率來提高抗折強(qiáng)度，進(jìn)而改善砌體的基本力學(xué)性能，但孔洞率不宜小于25％。 

　　(3)通過增加中間肋的寬度，可以提高工業(yè)廢渣混凝土多孔磚抗折強(qiáng)度。

　　(4)工業(yè)廢渣混凝土多孔磚肋厚為12mm時(shí)，孔洞率一般大于33％，根據(jù)現(xiàn)行砌體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范，砌體力學(xué)性能指標(biāo)要進(jìn)行折減。為了捉高工業(yè)廢渣混凝土多孔磚砌體力學(xué)性能，不建議最小肋厚為12mm。鑒于肋厚為15mm時(shí)，塊材抗折強(qiáng)度和砌體抗壓強(qiáng)度有明顯增長(zhǎng)，建議最小肋厚為15mm，考慮到工業(yè)廢渣混凝土多孔磚砌體在軸向壓力作用下，破壞時(shí)的外皮易脫落，建議最小外壁厚為18mm。

　　(5)工業(yè)廢渣混凝土多孔磚的骨料種類、顆粒級(jí)配、水泥用量及工業(yè)廢渣混凝土多孔磚在成型過程中的機(jī)械振搗情況對(duì)多孔磚抗折強(qiáng)度影響較大。建議多孔磚生產(chǎn)采用級(jí)配較好的骨料和適量的水泥，其它摻合料能和骨料形成牢固的粘結(jié)，機(jī)械振搗時(shí)間要有保障。