工業(yè)廢渣混凝土多孔磚抗折性能試驗研究

(1．沈陽建筑人學，遼寧沈陽  110168：2．中國建筑東北設汁研究院，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定產品質量的一個重要指標，也是影響其砌體抗壓強度的一個重要因素。通過試驗研究不同孔洞率、不同孔型的工業(yè)廢渣混凝十多孔磚的抗折強度，分析影響抗折性能的因素，提出提高抗折強度的措施。

　　關鍵詞：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、高強、節(jié)能等優(yōu)點，是目前替代普通黏土磚的主要墻體材料之一。近幾年來，國內對多孔磚的物理力學性能及抗震性能進行了大量的試驗研究，并制定了具有地方特色的材料標準和應用技術規(guī)程，其目的是為了提高多孔磚的產品質量和應用，進而達到保證工程質量的目的。

　　大量多孔磚砌體抗壓試驗研究表明，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生裂縫，使砌體分裂成幾個獨立的小柱喪失穩(wěn)定而破壞，砌體的抗壓強度低于多孔磚塊材的抗壓強度，多孔磚的強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)，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，多孔磚大多數純粹被壓碎的很少，抗折強度是影響砌體抗壓強度的主要因素之一。本文在工業(yè)廢渣混凝土多孔磚抗折試驗的基礎上，研究分析如何提高工業(yè)廢渣混凝土多孔磚的抗折強度，進而提高工業(yè)廢渣混凝土多孔磚砌體的力學性能。   

1  試樣的選擇及試驗方案

　　1．1  試樣的選擇

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

　　1．2  試驗方案

　　1．2．1  試驗方法

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

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　　試驗采用三點加荷方式，上壓輥和下壓輥的直徑均為15mm，下壓輥有鉸結固定，見圖1。

　　1．2．2  試驗步驟

　　(1)先進行尺寸測量：在工業(yè)廢渣混凝土多孔磚的2個大面的中間處分別測量2個寬度尺寸，在條面的中間處分別測量2個高度尺寸，測量時選擇不利的一側測量。分別取其算術平均值，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度R按式(1)計算，精確至0．1MPa。

　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　 (1)

　　式中：R——抗折強度，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  試驗結果及分析

　　2．1  試驗結果

　　工業(yè)廢渣混凝土多孔磚抗折性能試驗結果見表2。

　　工業(yè)廢渣混凝土多孔磚在三點加載抗折性能試驗中，破壞時表現為明顯的脆性特征，八孔磚和孔對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，在三點加載時與支輥相平行。錯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孔邊起弧處并順延到另一個孔洞，如圖3所示。綜上2種破壞形態(tài)，根據文獻[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，同時也意味加入其中的骨料粒徑可以加大，這些對抗折強度的提高都是有利的。

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

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　　2．2  理論分析

　　根據工業(yè)廢渣混凝土多孔磚抗折試驗的破壞形態(tài)，公式(1)不能真正描述多孔磚的抗折強度，因為它是指破壞截面發(fā)生在中間截面時的計算公式，與多孔磚破壞截面不同，但由于實際的可操作性，公式(1)在評定產品質量進行抗折驗算時仍然可以使用。   

　　工業(yè)廢渣混凝土多孔磚三點加載時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處抗折強度為：

 　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　(2)

　　式中：Rp——抗折強度；
　　　　　MP——彎距；
　　　　　WP——抗彎截面模量。

　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　(3)

　　式中：IP——相對于中性軸的慣性距；
　　　　　——中性軸到最大正應力的距離，經計算取49mm。

　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　 (4)

　　由式(2)、式(3)、式(4)計算出來的抗折強度即為工業(yè)廢渣混凝土多孔磚的實際抗折強度，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)計算出來的抗折強度相等，求出P12:P15:P18:P20=1:1．18:1．36:1．50，公式(1)中抗折強度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[2]針對不同肋厚的混凝土多孔磚進行了砌體基本力學性能試驗研究，統(tǒng)計試驗結果表明，由肋厚分別為12mm、15mm、18mm、20mm，強度等級為MUIO的混凝土多孔磚，砂漿強度等級為M5砌筑的砌體，其抗壓強度f12:f15:f18:f20=1:1．14:1．47:1．59。由此可見，隨著肋厚、壁厚的增加，多孔磚的抗折強度和砌體抗壓強度均有明顯的提高，當肋厚由12mm(孔洞率大于33％)增加到20mm(孔洞率在25％左右)時，抗折強度和砌體抗壓強度提高幅度較大。因此，可以通過增加肋厚、壁厚來提高多子L磚的抗折強度和改善砌體的力學性能。

　　本試驗數據統(tǒng)計結果及GBl3544—92《燒結多孔磚》對抗折強度的要求見表3，P型多孔磚折壓比乘以系數2進行換算。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到要求，0類和E類工業(yè)廢渣混凝土多孔磚抗折強度略小于燒結多孔磚比，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度(折壓比)偏低是因為孔洞率較大，肋壁較薄，摻入過多廢渣，骨料較少，塊材不密實。

3  結  論

　　(1)工業(yè)廢渣混凝土多孔磚強度等級越高抗折強度越高，工業(yè)廢渣混凝土多孔磚抗折強度比燒結多孔磚抗折強度略低，本文建議工業(yè)廢渣混凝土多孔磚抗折強度取值見表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，抗折強度越低，砌體力學性能越差?？梢酝ㄟ^增加肋厚、壁厚及減小孔洞率來提高抗折強度，進而改善砌體的基本力學性能，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度。

　　(4)工業(yè)廢渣混凝土多孔磚肋厚為12mm時，孔洞率一般大于33％，根據現行砌體結構設計規(guī)范，砌體力學性能指標要進行折減。為了捉高工業(yè)廢渣混凝土多孔磚砌體力學性能，不建議最小肋厚為12mm。鑒于肋厚為15mm時，塊材抗折強度和砌體抗壓強度有明顯增長，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械振搗情況對多孔磚抗折強度影響較大。建議多孔磚生產采用級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，機械振搗時間要有保障。