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蒸压粉煤灰砂加气混凝土应力应变全曲线及其砌块砌体力学性能试验研究


随着国家的发展及能源的巨大消耗,建筑节能已占有十分重要的地位,对新型墙体节能材料已有新的需求。本文对新型节能墙体材料蒸压粉煤灰砂加气混凝土进行基本的力学性能研究,并对其进行单轴受压应力应变全曲线试验,分析研究其本构关系,研究了其砌体的力学性能等。本文主要的研究内容如下:(1)研究了蒸压粉煤灰砂加气混凝土的基本力学性能,进行了立方体抗压强度试验和轴心抗压强度试验;根据相关试验结果和破坏形式,建立了轴心抗压强度与立方体抗压强度的关系式,抗压强度与试件尺寸之间的关系式及轴力抗压强度与干密度的关系式;
粉煤灰砌块 粉煤灰砖 蒸压粉煤灰砖 蒸压加气混凝土砌块
(2)对蒸压粉煤灰砂加气混凝土的单轴受压应力应变全曲线的试验方法进行了设计,说明其试验原理及方案设计的可行性。通过对试验测试结果进行分析研究,得出其破坏过程分上升段和下降段分别进行描述,分析试件的破坏形式;给出蒸压粉煤灰砂加气混凝土的全曲线试验曲线图,对单轴受压应力应变全曲线的几何特征进行分析,并与混凝土全曲线比较异同;

(3)对影响蒸压粉煤灰砂加气混凝土的相关参数进行了试验研究,主要包括轴心抗压强度、试件尺寸及含水率与弹性模量的关系,峰值应变与抗压强度的关系及泊松比的取值等。对单轴受力应力应变全曲线本构方程进行研究,将全曲线分为上升和下降段,其中下降段分为下降段和斜直线段;上升段采用五次方程描述,下降段的两部分分别用不同的有理式表示,并对其连续性、分界点及计算值与试验值的符合情况进行了相应的研究;

(4)对蒸压粉煤灰砂加气混凝土砌体抗压强度试验进行了研究,分析抗压试件的破坏特征;对砌体抗压强度进行统计分析,得出灰缝厚度、尺寸等对砌体抗压强度的影响;根据拟合公式得出的抗压强度平均值与试验值比较吻合,得出了试验试块的设计值、标准值;根据统计数据导出的计算公式得出的设计值均较规程值大,说明计算公式可行且更安全;

(5)研究了蒸压粉煤灰砂加气混凝土砌体沿通缝弯曲抗拉强度试验,并对试验现象的破坏特征和破坏形态进行了阐述,得出了相应的试验结果。采用粘结剂砌块要比采用普通砂浆砌块的弯曲抗拉强度要提高20%,得出了沿通缝弯曲抗拉强度的平均值,式中的K4值与试验数据结果基本相符,对于沿通缝弯曲抗拉强

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度标准值与设计值,建议采用粘结剂砌筑蒸压粉煤灰砂加气混凝土砌块砌体。

关键词:粉煤灰加气混凝土;全曲线;本构关系;力学性能


第一章绪论

1.1前言

21世纪的中国已经进入了一个新的时代,随着经济、社会、科技快速的发展,

但同时也面临着生态破坏、环境恶化等危机的情况,生态环境越来越受到重视。所以节能已经成为全球保护环境的一个重要措施,也是目前中国保护环境、节约能源的一项基本国策之一。在节能工作中,建筑节能占有十分重要的比例,又可以改善人们的居住环境,是世界建筑以后的发展大趋势。建筑节能体现在两个方面:一方面是建筑材料的变革创新,用新的适应节能环保的材料来取代旧的浪费能源污染环境的材料;另一方面是采暖节能[1]。其中前者占有70%以上的比重,由此可见,对墙体材料的发展革新已经成为节能工作的重要内容。对于墙体材料,我国早已提出“禁止生产、使用实心粘土砖及粘土制品”的政策。因为传统的普通粘土砖消耗大量的土地资源,加之砖块小使得施工效率低,

墙体自重大,抗震性能差等缺点已不适合国情的发展需要[2]。为了加速实现建筑业的技术改造,需要积极发展各种节能环保、轻质、多功能的新型墙体材料和较为先进的建筑体系,来促进墙体材料革新。随着墙体材料的发展和革新,蒸压加气混凝土作为一种新型建筑材料,目前已经在国内大力发展起来。

蒸压加气混凝土在我国已有了40年的发展历史,作为墙体材料革新与建筑节

能的重要组成部分是一种经过多年应用和实践证明的可替代粘土砖的理想墙体材料,它在各种墙体材料中具有较强的竞争力;是目前我国主要的外墙材料中唯一一种能够满足建筑节能65%设计要求的单一墙体材料,该外墙保温体系是一种技术性能、经济效益和社会效益都十分显著的新型墙体节能保温体系[3]。

蒸压加气混凝土的研制开发和应用与波兰、德国、日本等一些先进国家相比,我国起步比较晚有一定的差距。在应用中缺乏对蒸压加气混凝土材料本身深入细致的研究,还沿用传统粘土砖的施工工艺和质量控制措施,使得蒸压加气混凝土缺乏与之配套的应用技术[4]。所以在实际工程中,蒸压加气混凝土墙体出现了一些质量问题如龟裂、起壳、掉皮、渗漏等,严重影响了建筑物的美观和使用功效,还阻碍了加气混凝土的发展[5]。因此,进一步研究蒸压加气混凝土的性能特点,妥善解决由此带来的一系列弊病,成为本文研究的重要内容。

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1.2蒸压加气混凝土的特性

1.2.1蒸压加气混凝土材料的生产

国内生产的蒸压加气混凝土可以分为三种类型,一种是以水泥、砂、矿渣为主要原材料称为矿渣砂蒸压加气混凝土;另一种是以水泥、石灰、粉煤灰为主要原材料的粉煤灰蒸压加气混凝土;第三种以水泥、石灰、砂为主要原材料的灰砂蒸压加气混凝土。蒸压加气混凝土砌块主要用于非承重的填充墙与隔墙、承重墙、保温隔热墙板与屋面板。其中,生产和使用最广泛的是用作非承重墙体的加气混凝土砌块,体积密度一般为500700kg/m³。蒸压加气混凝土一般以预制构件单元

的形式生产,根据调整切割钢丝就可以切出各种大小不同的砌块和板等制品,还可以根据自身实际需要定制的各种形状和尺寸的蒸压加气混凝土。蒸压加气混凝土材料以砌块产品为主要产品,最常用的砌块为600×250×250mm和600×300×200mm两种。

而本文研究材料是蒸压粉煤灰砂加气混凝土在非承重砌块应用中的性能。蒸压粉煤灰砂加气混凝土是由水泥和含硅材料(粉煤灰和砂适当比例混合)、经过

磨细并与发气剂(如铝粉)和其他材料按比例配合制成的一种多孔轻质混凝土,

其容重一般小于800kg/m³[6],其生产程序如下:

图1.1蒸压粉煤灰砂加气混凝土生产流程图

1.2.2蒸压粉煤灰砂加气混凝土的主要特点

由于特殊的生产工艺,蒸压粉煤灰砂加气混凝土有着不同于传统材料的性

质,认识并研究这些特性对材料的应用和推广具有非常积极的意义,它的主要特

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性介绍如下:

1.重量轻:干体积密度一般为300800kg/m³,承重结构体系的干体积密度一般在500kg/m³以上,比实心烧结粘土砖和普通混凝土实心砌块要小得多,所以这对于减轻建筑物自重是非常有利的[6]。

2.保温隔热性能好:导热系数是粘土砖的1/5,混凝土空心砌块的1/2,可提高其隔热保温效果,从而降低能耗。此外还可以显著降低墙身厚度,使建筑使用

面积增加[7]。

3.良好的吸声性能:吸声系数为0.20.3,用来作为分户墙在办公室、机房、播音室等各种文娱场地,可以减少噪音,有利于环境的改善[5,8]。
粉煤灰砌块 粉煤灰砖 蒸压粉煤灰砖 蒸压加气混凝土砌块
4.防火性能好:主要组成成分大多为无机材料,不会发生燃烧因而具有良好

的耐火性能[9]。

5.可加工性能好:不含粗骨料,钻孔、钉接、切割、刨平、雕镂等的操作根据需要可任意加工,并且还能在制造过程中加钢筋。

6.耐久性好:在自然条件下的碳化对它的影响相当小,强度一般不会降低,在一定的含水率条件下时具有完全抗冻性能,但是常浸水部位还是要做特殊处理。7.抗渗性能:蒸压加气混凝土墙喷淋24小时后墙体背面未见渗水及潮湿。
因此该产品特别适宜于南方多雨季节砌筑外墙[10]。

8.综合指标好:现在蒸压加气混凝土砌块