現澆磷石膏墻體均勻局部受壓試驗研究

摘 要：磷石膏現澆墻體在低層小開間結構中作為受壓構件，受到均勻局部受壓作用，受到均勻局部受壓作用。對采自翁福磷業集團的磷石膏，摻入磷渣微粉、熟石灰、水泥、減水劑和緩凝劑共制作了共6個磷石膏墻體試件進行了均勻局部受壓試驗，通過分析得到了均勻局部受壓的計算公式為Nl？燮？酌Alf其中？酌=1+1.35 ，A0計算按照應力按照3倍墻厚擴散（各邊按照1.25倍墻厚擴散），即應力擴散角可為40°，希望可以為工程實踐提供指導意義。

關鍵詞：現澆磷石膏；均勻局部受壓計算公式；試驗研究

引言

濕法磷酸生產過程中會產生大量伴生廢棄固體磷石膏，每生產1kg的磷酸能夠產生5kg左右的磷石膏，目前對這種廢棄物的處理方式一般是堆棄放置，占用了大量的土地資源，而且磷石膏中的物質還會對土質造成一定影響，阻礙植被的生長，在貴州這個具有多家磷酸制廠的磷礦大省來說更為嚴重。目前磷石膏不僅利用率低還占用資源造成污染，因此如何利用磷石膏成為具有重要意義的課題。

貴州大學曹建新教授進行了對磷石膏的改性工作作為建筑材料[1～2]；貴州大學馬克儉也進行了磷石膏在住宅中的應用研究[3]。前期試驗研究證明一定配比的磷石膏標準值可以達到5.7MPa[4]，磷石膏現澆墻體可以代替傳統小開間低層磚砌體結構中的砌體墻，墻體兩側預支模板，磷石膏漿液灌注，初凝速度約為30min，節約了施工時間，同時又能夠利用石膏的優點-保溫隔熱、輕質隔聲等，形成節能與結構一體化墻體。

磷石膏現澆墻體在小開間低層結構中會受到均勻局部受壓作用，文章通過試驗研究得到了現澆磷石膏墻體均勻局部受壓的計算公式，以期為工程應用提供指導作用。

1 試驗概況

構件使用的的磷石膏及磷渣微粉取自貴州省甕福集團，熟石灰市購，水泥為P.O32普通硅酸鹽水泥，減水劑為聚羧酸減水劑，混凝劑為檸檬酸鈉，材料質量配比均按表1。

試件數量共6個，加載板尺寸為100mm×200mm（局壓面積Al），局壓強度計算的有效面積暫按1～2倍墻厚，因此試件寬度按1100，考慮應力按45°擴散，試件高度按600mm，試件的墻厚為200mm。全部試件均采用原型尺寸制作，墻厚均為200mm，試件底部加裝長度為1200mm的長的槽鋼以便于吊裝，槽鋼兩端焊接φ10圓鋼制作吊環各1個。

參照《砌體結構設計規范》，預估破壞荷載值為340KN加載采用分級加載，每級荷載按35KN，每級荷載穩載時穩載時間不少于5min。

另外為了測出實際的有效受壓面積，還需要測得試件的應力擴散角，在現澆磷石膏墻體兩側面、加載板下方600mm×300mm范圍內每隔100mm貼應變片，共7×3×2=42片。加載裝置如圖1所示，傳感器及墻體上的應變采用DH3819無線靜態應變測試系統采集，觀察試件表面情況，及時捕捉開裂荷載。試件破壞后，記錄破壞狀態。

2 試驗結果

試件在加載初期，試件表面并沒有明顯的變化，通過數據采集系統采集的數據可以發現傳感器和墻體上的應變變化基本一致，即呈現彈性狀態。隨著荷載的增加，在磷石膏墻體與加載鋼板角部接觸的位置出現第一條裂縫，與墻體呈一定角度，隨著荷載增加，此細微裂裂縫按照之前的角度向下有一定程度的延伸，但是這個階段的裂縫長度基本上很小。最后隨著荷載增加，或者是在穩荷過程中，試件突然破壞，之前與加載板角部接觸的部位的斜向細微裂縫在這一過程中也向斜向迅速發展，部分試件加載板正下方也出現了豎向的縱向裂縫，加載板下方呈現壓碎的狀態，這一變化過程是突然發生的，最后都是脆性破壞。

3 試驗結果分析

磷石膏彈性模量取5200MPa[4]，42個測點的應變數據對于對稱的點取平均值，并且換算為應力。由于F4破壞荷載偏低，試件的應變也沒有達到極限應力，所以剔除F4的數據。各試件測點的最大應力并按照磷石膏的抗壓強度設計值3MPa描出的應力擴散曲線，在水平方向上最寬的范圍上取A0，這樣取值是考慮到大部分試件都會有應力擴散的情況，并且與試驗破壞狀態相近。

《砌體結構設計規范》中計算均勻局部受壓的計算公式為Nl？燮？酌Alf，式中字母分別表示：局部受壓面積上的軸向力設計值、砌體局部抗壓強度提高系數、局部受壓面積、抗壓強度值（取標準值5.7MPa[4]），按照砌體結構規范中的計算公式求砌體局部抗壓強度提高系數的計算公式？酌=1+ ，計算數據見表2。

表2 各試件承載力計算

按照偏于保守考慮，計算公式為：Nl？燮？酌Alf，其中？酌=1+1.35■

A0計算按照應力按照3倍墻厚擴散（各邊按照1.25倍墻厚擴散），即應力擴散角為40°，與試驗破壞狀態基本相符。按照上述計算結果試驗墻體極限承載力為N=241.12KN，比試驗結果偏小，考慮到對擴散角等其他系數的折減，并且采用磷石膏抗壓強度設計值計算，計算偏保守。

4 結束語

4.1 試驗表明，試件破壞呈脆性破壞，且破壞面呈一定角度。

4.2 現澆磷石膏局部均勻受壓計算公式為Nl？燮？酌Alf其中？酌=1+1.35，A0計算按照應力按照3倍墻厚擴散（各邊按照1.25倍墻厚擴散），即應力擴散角可取40°。

參考文獻

[1]馬雷，劉力，楊林，等.磷石膏資源化利用[J].貴州化工，2004，29（2）：14-17.

[2]曹建新，陳前林，劉毅.磷石膏中雜質的形態及水溶性磷對水泥物理性能的影響[J].環境工程，2001，19（5）：40-43.

[3]馬克儉，高國富，張華剛，等.節能與結構一體化新型鋼筋混凝土結構體系[J].貴州工業大學學報（自然科學版），2008，37（4）：34-43.

[4]吳琴，張華剛，賈曉飛，等.現澆磷石膏的應力-應變曲線試驗研究[J].建筑結構學報（已錄用）.

[5]中華人民共和國建設部.GB50010-2011.砌體結構設計規范[S].北京：中國建筑工業出版社，2011：1-193.

作者簡介：賈曉飛（1989-），女，河北保定人，研究生，研究方向：新型建筑結構。