輕質(zhì)灌孔復(fù)合砌塊抗壓強(qiáng)度模型推導(dǎo)及試驗(yàn)研究

盧郁健

廣州現(xiàn)代信息工程職業(yè)技術(shù)學(xué)院，廣東 廣州 510663

隨著我國墻改工作的推進(jìn)，結(jié)構(gòu)保溫性砌塊不斷改進(jìn)，發(fā)展至今主要分為三大類[1]：空腔式、填充式及組合式。1）空腔式砌塊是由帶空腔的承重基體與空氣間層組成，承重基體除賦予砌塊必要的力學(xué)性能和耐久性，還與空氣間層共同決定砌塊的熱工性能；2）填充式砌塊是通過優(yōu)化空腔結(jié)構(gòu)并在其中充填保溫材料，突破通過優(yōu)化空氣間層寬度只能有限提升砌塊熱工性能的技術(shù)瓶頸[2]；3）組合式砌塊由基層、保溫層和面層組成，基層選用普通混凝土砌塊，面層材料則選用普通或裝飾混凝土，面層與基層之間組合有一定機(jī)械強(qiáng)度的保溫材料[3]。綜合承重、保溫、生產(chǎn)成本及施工工藝等因素，填充類砌塊綜合性能較優(yōu)，填充類砌塊即在承重混凝土層預(yù)留孔洞，再將保溫材料灌入其中，因此復(fù)合灌孔砌塊[3]即為填充類砌塊。

新農(nóng)村建設(shè)過程中，開發(fā)集承重保溫于一體的結(jié)構(gòu)體系[4-7]對建設(shè)可持續(xù)發(fā)展的社會主義村鎮(zhèn)居住要求具有重要意義。本文根據(jù)以上需要，提出一種保溫承重砌塊，其構(gòu)造是在輕質(zhì)混凝土空心砌塊孔內(nèi)灌注泡沫混凝土等保溫材料，研究在滿足冬季保溫隔熱條件下，復(fù)合灌孔砌塊抗壓強(qiáng)度與灌孔率及灌孔材料之間的關(guān)系，建立“灌孔率-抗壓強(qiáng)度”模型。本研究有利于輕質(zhì)灌孔符合砌塊生產(chǎn)過程中結(jié)構(gòu)形式的控制，以便在滿足保溫性能前提下，力學(xué)強(qiáng)度達(dá)到指標(biāo)。

1 原材料與砌塊

1.1 原材料

水泥：試驗(yàn)用水泥為P·O 42.5 水泥；粉煤灰：試驗(yàn)選用Ⅱ級粉煤灰；陶粒：試驗(yàn)為400 級頁巖陶粒粒徑13.2～16 mm，筒壓強(qiáng)度1.8±0.2 MPa；砂：試驗(yàn)用砂為中等普通河砂；減水劑：試驗(yàn)采用聚羧酸型高效減水劑，固含量為40%；灌孔材料泡沫混凝土材料性能參數(shù)見表1。試驗(yàn)配合比見表2。

表1 泡沫混凝土物理參數(shù)Table 1 Physical parameters of foam concrete

表2 陶粒混凝土試驗(yàn)配合比及物理性能Table 2 Test mix proportion and physical properties of ceramsite concrete

1.2 砌塊結(jié)構(gòu)形式

圖1 輕質(zhì)灌孔復(fù)合砌塊示意圖Fig.1 Schematic diagram of composite blocks filling light material in holes

2 試驗(yàn)與方法

2.1 砌塊尺寸設(shè)計(jì)

表3 輕質(zhì)灌孔復(fù)合砌塊灌孔率Table 3 Hole filling rate of light block

2.2 試驗(yàn)方法

圖2 輕質(zhì)灌孔復(fù)合砌塊抗壓試驗(yàn)Fig.2 Compressive test of composite blocks filling light material

3 結(jié)果與分析

折減系數(shù)表示砌塊構(gòu)件強(qiáng)度與混凝土材料強(qiáng)度之間的比值，本文用φ表示，即φ=f/fcu，k，輕質(zhì)灌孔復(fù)合砌塊的折減系數(shù)可根據(jù)擬合公式進(jìn)行預(yù)估，見公式（1）：

式中：x表示陶粒混凝土承重基體灌孔率；其中a、b為待定參數(shù)，通過公式擬合，a=0.13414，b=-0.71686。該式表示由基體強(qiáng)度折減系數(shù)與預(yù)留孔洞率之間的關(guān)系，且隨著孔洞率增加φ逐漸減小，結(jié)果如圖4（“孔洞率-基體強(qiáng)度折減系數(shù)”模型）所示，擬合度R=0.8089。

陶粒混凝土“孔洞率-基體抗壓強(qiáng)度”模型表達(dá)式如（2）：

式中：f表示陶粒混凝土承重基體抗壓強(qiáng)度，Mpa；其中y0、A1、t1為待定參數(shù)，通過公式擬合，y0=8.69116，A1=-0.635，t1=-0.22012；該式表示由基體強(qiáng)度與預(yù)留孔洞率之間的關(guān)系，且隨著孔洞率增加f逐漸減小，結(jié)果如圖5（“孔洞率-基體抗壓強(qiáng)度”模型）所示，擬合度R=0.96015。

表4 輕質(zhì)灌孔復(fù)合砌塊抗壓強(qiáng)度試驗(yàn)結(jié)果Table 4 Compressive strength of composite blocks filling light materials

圖3 孔洞率-砌塊容重Fig.3 Void ratio-block bulk density

圖4 孔洞率-基體強(qiáng)度折減系數(shù)Fig.4 Void ratio-Reduction factor of compressive strength

陶粒混凝土灌孔率為空腔占混凝土砌塊體積的比率，其表達(dá)式設(shè)為(3)：

據(jù)式(1)～(3)建立輕質(zhì)灌孔復(fù)合砌塊的“灌孔率-抗壓強(qiáng)度”模型，如式(4)：

式中：fm表示輕質(zhì)灌孔復(fù)合砌塊抗壓強(qiáng)度，MPa；其中y0、A1、A2、t1、t2為待定參數(shù)，通過公式擬合，y0=9.44485，A1=-0.6666，t1=-0.31506，A2=-0.54298，t1=-0.3151；該式表示由基體強(qiáng)度及灌孔材料強(qiáng)度決定砌塊強(qiáng)度，基體強(qiáng)度影響效果較高，灌孔保溫材料影響較小，且隨著灌孔率增加fm逐漸減小，，擬合度R=0.92751，該模型較準(zhǔn)確(圖6)。

圖5 孔洞率-基體抗壓強(qiáng)度Fig.5 Hole filling rate-matrix compressive strength

圖6 孔洞率-輕質(zhì)灌孔復(fù)合砌塊抗壓強(qiáng)度Fig.6 Compressive strength of composite blocks filling light materials

4 結(jié)論

（1）輕質(zhì)灌孔復(fù)合砌塊抗壓強(qiáng)度主要取決于基體骨架強(qiáng)度，灌孔率越高保溫性能越好，但強(qiáng)度越低，通過試驗(yàn)表明陶粒混凝土灌孔率超過40%時(shí)不可作為承重構(gòu)件，僅作為保溫自承重構(gòu)件使用；

（2）用于灌孔的保溫材料對于砌塊整體強(qiáng)度有一定的促進(jìn)作用，提高灌孔材料強(qiáng)度可提高復(fù)合砌塊整體強(qiáng)度，但對于保溫效果會有所降低；

（3）輕質(zhì)灌孔復(fù)合砌塊的“灌孔率-抗壓強(qiáng)度”模型與試驗(yàn)結(jié)果擬合度較高，模型較準(zhǔn)確，本模型將有利于指導(dǎo)輕質(zhì)灌孔復(fù)合砌塊（填充式）的生產(chǎn)，通過設(shè)定砌塊強(qiáng)度確定灌孔率。