[摘要] 本文通过对一种新型墙体材料的检测结果进行分析比较,为该产品的推广和设计、施工提供了详尽的数据。
[关键词] 粉煤灰混凝土砖;砌体力学性能
1 概述
随着我国经济的发展, 住宅建设已成为基本建设的重要方面。而目前, 住宅产业的发展又以限制粘土砖的生产, 发展新型墙体材料为重要方向。目前,各种新型墙体材料不断涌现, 一些新型材料的性能优良, 可以起到代替粘土砖的作用。但由于设计人员对这些材料的性能不了解,所以在设计上不敢大胆使用, 这使得许多材料只能作为填充墙作用, 从而限制了企业的发展。
常熟是全国170 个到2003 年7 月1 日前禁止使用实心粘土红砖的试点城市之一。为了能尽快向社会提供出一种既能为使用者接受又能在性能上替代粘土砖的新型墙材, 常熟某厂生产了一种新型蒸养粉煤灰混凝土砖(240 × 115 ×53) 。为了给设计人员提供出该材料的各种性能数据, 该公司委托江苏省建设工程质量检测中心对其产品进行检测。
2 原材料及砖的物理力学性能
2. 1 原材料
①水泥为32. 5 的普通硅酸盐水泥
②砂采用取材广泛的河砂或矿山石砂
③考虑到湿灰不利于搅拌且活性低, 并在考虑经济性的基础上,粉煤灰采用Ⅲ级以上干灰
④石屑
2. 2 砖的物理力学性能结果见表1
由于该产品是一种新型材料, 没有专门的标准, 所以检测依据参照了JC239 - 2001《粉煤灰砖》。通过检测, 我们发现该产品的性能比预计的要好,达到了一等品MU20 的技术要求。尤其是干燥收缩率非常小,仅为0. 14mm/ m。普通混凝土砌块的混合料属于贫水泥混凝土, 在其中掺入一定的粉煤灰, 调整了混合料的级配, 有效地改善了混合料的工作性能。在同样的成型条件下可增加密实性,降低混凝土内部空隙率,减少干缩,提高砌块强度。
3 砌体的力学性能和热工试验
对于砌体的力学性能试验, 我们主要进行了砌体的抗压、抗剪、弯曲抗拉强度等试验。由于砌体结构基础和主要承重构件的砂浆设计强度一般都采用M10 , 所以我们把试验的重点也放在砂浆强度等级为M10 的砌体上, 适当做一部分砂浆强度等级为M5、M7. 5 的砌体。试验方法按国标BGJ129 - 90《砌体基本力学性能试验方法标准》
3. 1 砌体抗压强度见表2
砌体的抗压强度试验共测试了砂浆强度等级M10 的砌体21 个、M7. 5 的砌体3 个、M5 的砌体3 个。砌体抗压强度的试件尺寸采用标准要求的240mm×370mm×720mm的试件。为了使铺砌方便, 并使灰缝获得较均匀的厚度和密实性,所用砂浆为水泥石灰混合砂浆。从试验的结果(表2) 来看,该产品的抗压强度值较高。这主要是由于该产品的表面平整度比烧结普通砖的表面要光滑和平整。由于砖本身总是存在一定的不平整度,在受压时,每块砖并不是支撑在其整块面积上, 我们可以夸大的设想仅支撑在个别刚性部位。因此在荷载作用下,砖内除了有压应力外,还引起了弯曲和剪应力。所以平整度高的块体的砌体抗压强度也高。
由于M10 的砌体组数较多, 共21 个, 试验没能在短期内完成, 这使得砂浆设计强度等级为M10 砌体存在不同的强度。为推算砌体抗压强度标准值,我们到其中砂浆强度实测值相同的9 个构件来进行计算。
在对27 个试验数据分析后, 参照《砌体结构设计规范》附录B 中烧结普通砖的公式, 我们提出该产品的砌体抗压强度平均值计算公式。为计算方便,设计计算公式的形式和烧结普通砖相同:
fm = k1f1a (1 + 0. 07 f2) k2 (1)
由于没有试验砂浆强度小于1 时的情况, 所以k2 没有得出相应的计算公式。利用最小二乘法原理,我们得出了相应的计算公式。规范中的公式和该产品的公式见表3。
注:1、k2 在表列条件以外时均等于1 ;
2、式中f1 为块体抗压强度平均值; f2 为砂浆抗压强度平均值。单位均以MPa 记;
3、未考虑f2 < 1 时的情况。
另外, 在试验中我们发现该产品的出现裂缝荷载和破坏荷载很接近, 出现裂缝荷载大约为破坏荷载的60 %～ 70 % ,这是设计时需要注意的问题。
3. 2 砌体沿通缝截面抗剪强度见表4
砌体沿通缝的抗剪强度试验共测试了砂浆强度等级M10 的砌体14 个、M7. 5 的砌体6 个、M5 的砌体6 个。砌体的抗剪强度与灰缝强度有关, 而灰缝强度又由砂浆和砖的粘接力所决定。根据力的作用方向,粘结力分为法向粘接力和切向粘接力,前者垂直地作用于灰缝,后者则平行于灰缝。当受剪时,切向粘接力起着重要的作用。沿通缝抗剪强度采用的是双剪试验方法, 事实上砌体中的竖向灰缝是不参与工作的,因为一方面竖向灰缝中砂浆不易填满,另一方面砂浆硬化时的收缩关系,使该处的粘接力几乎被破坏。水平灰缝因砌体随砂浆硬化收缩而不断沉降,粘接力所受影响较小。另外砌筑时砖的含水率对砌体的抗剪强度有较大影响。由于该产品的吸水率很小。在试验时我们发现当砖在湿的情况下,砌筑成型很不理想,所以砌筑时所用砖均为自然干燥状态下的砖。
在检测中我们发现试件的抗剪强度离散较大, 其中M10 砌体的14 个数据中最大为0. 68MPa , 最小为0. 21MPa 。这使得砂浆强度等级M10 的砌体抗剪强度标准值仅为0. 24MPa ,比烧结普通砖的标准值0. 27MPa 略低。
三个不同强度等级的试件的平均抗剪强度分析后, 推算出相应的计算公式。规范中的公式和该产品的公式见表5。根据设计规范和有关资料表明, 粉煤灰砖的抗剪强度是比较低的, 这主要是由于该产品与砂浆的粘接强度低的原因,另外该产品表面比较光滑也是一个重要因素。因此可以考虑在以后生产中增加表面的粗糙程度或设置凹槽, 以增强抗剪强度。
3. 3 砌体弯曲抗拉强度
砌体沿通缝弯曲抗拉强度共测试了砂浆标号M10 的砌体3 个、M7. 5 的砌体3 个、M5 的砌体3 个。由于试验数据较少, 仅计算了它们的平均值, 分别为: 0. 41MPa 、0. 22MPa 、0. 20MPa 。砌体沿齿缝弯曲抗拉强度也按上述方法测试了9 个砌体,平均值分别为:1. 16MPa 、0. 69MPa 、0. 55MPa 。从测试的结果来看该产品的弯曲抗拉强度平均值都比GB 50003 - 2001《砌体结构设计规范》附录B 中的粘土砖砌体的相应强度相近。
3. 4 热工性能
为了了解该产品的热工性能, 我们对该产品的砌体按GB/ T13475《建筑构件稳态热传递性质的测定标定和防护热箱法》进行了比热阻试验。砌体的测试一般有三种方法: 现场检测方法(热流计法) ; 护热板法; 护热箱法和标定热箱法。其中第三种方法是目前比较流行且精度较高的测试方法,比较适合于混凝土砖等一些新型墙体材料。我们对1200 ×1200 ×240 的试件测试了未粉刷的比热阻,测试结果为0. 366 .k/w。由于测试方法不同,因此有关资料对各种墙体材料的热阻有不同的数据。一般来说240 厚未粉刷的粘土砖墙体的热阻为0. 4 .k/ w左右、混凝土双排孔砌块为0. 4～0. 5 .k/ w左右、一厚三排孔浮石混凝土为0. 6 左右。因此该材料与粘土砖的热工性能相近,比多孔砖和空心砌块要低一些。
4 经济分析和工程应用价值
4. 1 节土节能十分可观
粉煤灰混凝土砖不用粘土。一个10万.墙材厂每年可少毁良田60亩。假如几年内形成50万.规模替代3. 5亿粘土红砖,每年可节约土地资源300亩,这是十分可观的节土效益。粉煤灰混凝土砖的免烧砖综合能耗约30kg/ . , 标煤而粘土实心红砖综合能耗是76kg/ . ,以上数据可以看出节能效果十分明显。
4. 2 利废为宝
粉煤灰混凝土砖的主要原材料之一是粉煤灰。粉煤灰是电厂和小型热电厂的废料, 不加利用将对社会产生可怕的环境污染。
4. 3 推动地方新型墙材应用力度
新型墙体材料在推广应用中增长速度不尽人意, 问题在于:尽管种数繁多,但还没有被设计、施工、用户十分认可的产品。而该产品具有节土、节材、节能、利废众多优越性, 它符合我国新型墙体材料的发展方向,且性能优良,能够代替粘土砖,对社会将产生深远的经济效益。
5 结论
2004 年5 月,该产品在大量的研究分析、检测报告和用户使用报告的基础上通过了省级鉴定。应该说,该产品虽然通过了鉴定,但试验研究的数据毕竟有限,工程实践经验不多, 尚需要对它的应用技术进行研究和更多大量的工程实例验证,以及技术标准、规范的编制,以指导设计、施工和质量验收。它的施工工法、抗震性能和墙体收缩等还需要进一步研究。从目前的数据来看,该产品应该是一种潜在比较理想的粘土砖替代产品
