华新水泥总裁李叶青：到2030年公司单位产品产值的碳排放量将比2005年下降70%以上
6月13日至14日，全球水泥和混凝土协会 (GCCA)领导人峰会在瑞士苏黎世召开，华新水泥总裁李叶青及140多名来自豪瑞（Holcim）、海德堡（Heidelberg）、西麦斯（Cemax）等全球水泥企业负责人，地区水泥协会的代表参加了会议。
混凝土多孔砖的基本材性和砌体轴心抗压试验研究
2007/07/26 00:00
来源：李保德 冯强 童明德 何世全
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摘 要：通过不同孔型的混凝土多孔砖的基本材性和砌体的轴心抗压对比试验研究，得出了不同孔型的混凝土多孔砖砌体的破坏特点和力学性能，同时揭示出影响混凝土多孔砖砌体力学性能的因素，为推广应用混凝土多孔砖和制定相应的建筑结构设计规范提供科学依据。
关键词：混凝土多孔砖；砌体；轴心抗压强度；弹性模量；泊松比。
1.前言
两千多年“秦砖汉瓦”的使用,导致土地压力越来越大.有限的资源越来越少（如:每烧制粘土砖1万块,需标煤1.4t~1.5t）。同时，大量的SO2和CO2气体排放，污染了环境。鉴于此，国家经贸委2001年6月5日发布550号文，要求湖北省等10个省会城市在2003年6月30日前禁止生产、销售和使用粘土砖，推广应用新型墙体材料。于是全国各地墙体材料改革方兴未艾，其中武汉市墙改办走在了全国的前面，率先研发了新型墙体材料——混凝土多孔砖。由于混凝土多孔砖的生产标准和设计应用技术在国内尚属空白，现行的[文献4]和[文献5]均没有涵盖此类材料，为此市墙改办会同武汉市抗震办公室、武汉理工大学等单位进行了大量日常工作和试验研究，于2003年7月形成和颁布了在国内处于领先地位的[文献6]，本文介绍其中的部分试验研究工作：A、B型混凝土多孔砖的基本材性试验和砌体的轴心抗压试验。
试验目的是检验两种不同孔型的混凝土多孔砖的基本材性和砌体力学性能。作为一种新的墙体材料，研究其代替粘土普通砖和粘土多孔砖的可能性，使这种混凝土多孔砖得以推广应用，以便获得更大的社会效益和经济效益。
2.试验材料及试件制作
2.1试验材料
试验用砖按孔型分为A、B型砖。其中A型砖为两排六孔（四大孔、两小孔）排列形式，B型砖为双排八小孔排列形式，单砖尺寸均为240mm×ll5mm×90mm（长×宽×厚），强度等级均为MUl0。试验用砂为中粗砂，水泥为同一批号的P.O 32.5R普通硅酸盐水泥，砌筑用砂浆为混合砂浆，设计强度等级为M10。
2.2试件制作
用A、B型混凝土多孔砖砌筑轴心抗压砌体两组，每组6件，共12件，试件尺寸为240mm×370mm×720mm。为了消除试验室与施工现场的差异，中等技术水平的工人来自于施工现场；为了减少砌筑水平及砂浆拌和带来的质量差异，试件均采用流水作业方式进行砌筑，如此循环，直到所有试件砌筑完毕。试件均采用同一盘砂浆砌筑，且在3~4h内用完。试件成型后，在其顶部加压两皮同种类型的混凝土多孔砖，养护28d后陆续试验。砌筑用的每盘砂浆以混凝土多孔砖为底模，制作足够数量的砂浆试块与试件同等条件浇水养护。
砌体试件的尺寸和制作按[文献1]的要求进行；砂浆试块的留取及试验方法按[文献2]的要求进行。
3.试验方法
混凝土多孔砖砌体抗压强度、弹性模量和泊松比的试验方法按[文献1]的要求进行。
轴心抗压强度、弹性模量及泊松比试验在5000kN长柱试验机上进行。在进行砌体抗压强试验的同时，进行砌体弹性模量和泊松比的测试。砌体轴向变形值采用安装在试件两宽侧面上的千分表测得，测量标距为250mm；横向变形值采用安装在试件宽侧面上的千分表测得，测量标距为200mm。试验时，将试件的承压面垫平并几何对中，安装仪表。在预计破坏荷载的5%~20%内反复预压3~5次，使两次大面的轴向变形之差小于10%。试压正常后正式加载，加载等级为预计破坏荷载的10%，每级荷载加荷时间约为l~1.5min，恒载约1min读表和观察裂缝。当试件临近破坏时，拆出仪表，试件按前一级加荷速度加至破坏。
4.混凝土多孔砖基本材性试验
A型和B型混凝土多孔砖的基本材性按[文献4]中的指标进行检验，其结果见表1~3。
表1 A型混凝土多孔砖基本材性检验结果
检验项目 标准要求 样本检验结果 单项评定 备注
一、尺寸偏差外观质量 尺寸偏差外观质量 符合标准中表1合格品的要求，样本数量50块，一次抽样d1≤5, 5＜d2＜9时再次抽样，（d1+ d2）≤12 1块不合格 合格 d1、d2为样品中不合格块数
孔洞率 ≥25% 44.1%
二、强度等级 抗压强度平均值 ≥10.0Mpa 11.7 Mpa MU10合格 变异系数δ=0.10
抗压强度标准值 ≥6.5 Mpa 9.6 Mpa
三、体积密度 平均值 ≤1600kg/m3 1127 kg/m3 合格
四、吸水率 平均值 ≤18% 12.3% 合格
五、干燥收缩率（合格品） 平均值 ≤0.75mm/m 0.54 mm/m 合格
六、软化系数 ＞0.80 1.00 合格
七、碳化系数 Kc＞0.80 1.00 合格
八、泛霜（合格品） 不允许出现中等泛霜 无 合格
九、抗冻性（MU10） 1、抗压强度 平均值 ≥8.0 Mpa 11.2 Mpa 合格
2、干质量损失 单块值 ≤2.0% 0.3~0.9% 合格
说明：1、变异冻系数δ≤0.21时,被抗压强度平均值、强度标准值指标评定砖的强度等级；
变异冻系数δ＞0.21时,被抗压强度平均值、单块最小抗压强度值指标评定强度等级
2、表中“标准要求”按湖北省地方标准——混凝土多孔砖（DB42/T222——2002）执行。
表2A A型混凝土多孔砖放射性检验结果
检验项目 标准要求 样本检验结果 单项评定 备注
一、放射性 内照射指数 CRa/200≤1.0 0.1 合格
外照射指数 CRa/370+CRh/260+ Ck/4200≤1.0 0.3
说明：表中“标准要求”按国家标准：建筑材料放射性核素限量标准（GB6566——2001）执行
表3 B型混凝土多孔砖基本材性检验结果
检验项目 标准要求 样本检验结果 单项评定 备注
一、尺寸偏差外观质量 尺寸偏差外观质量 符合标准中表1合格品的要求，样本数量50块，一次抽样d1≤5, 5＜d2＜9时再次抽样，（d1+ d2）≤12 1块不合格 合格 d1、d2为样品中不合格块数
孔洞率 ≥25% 32.6%
二、强度等级 抗压强度平均值 ≥10.0Mpa 11.9 Mpa MU10合格 变异系数δ=0.17
抗压强度标准值 ≥6.5 Mpa 8.4Mpa
三、体积密度 平均值 ≤1600kg/m3 1433 kg/m3 合格
四、吸水率 平均值 ≤18% 10.1% 合格
五、干燥收缩率(合格品) 平均值 ≤0.75mm/m 0.43 mm/m 合格
六、软化系数 ＞0.80 1.00 1.00
七、碳化系数 Kc＞0.80 1.00 合格
八、泛霜（合格品） 不允许出现中等泛霜 无 合格
九、抗冻性（MU10） 1、抗压强度 平均值 ≥8.0 Mpa 11.3Mpa 合格
2、干质量损失 单块值 ≤2.0% 0.0~0.3% 合格
说明：1、变异系数δ≤0.21时，被抗压强度平均值、强度标准值指标评定砖的强度等级；
变异系数δ＞0.21时，被抗压强度平均值、单块最小抗压强度值指标评定强度等级。
2、表中“标准要求”按湖北省地方标准——混凝土多砖（DB42/T222——2002）执行。
从表1~3看出：A、B型混凝土多孔砖的各项指标满足[文献3]和建筑材料放射核素限量标准（GB6566—2001）的规定，并与上海、浙江等地的规定和试验结果一致。
5.混凝土多孔砖砌体轴心抗压试验结果及分析
5.1破坏特征
混凝土多孔砖砌体的抗压破坏模式大体上同普通粘土砖砌体，但同时也有其不同之处。试件在极限荷载的62%~88%左右时（平均为76%），首先在承压面一皮砖高度范围内出现首批裂缝；当荷载接近于极限荷载时，竖向裂缝急剧扩展和增多，分布在四个侧面上，并形成通缝，最后使砌体分离独立小砖柱而导致试件破坏。试件破坏时，在窄面一般只有一条主裂缝，小裂缝较少；宽面上一般不止一条主裂缝，小裂缝分布也较多。部分砌体破坏时的裂缝展开图如图1~2，试验结果见表4，不同之处在于：
（1）混凝土多孔砖破坏时有劈裂、剥落现象较严重；
（2）开裂荷载出现较晚，即开裂荷载与极限荷载之间安全储备较少；
（3）裂缝在接近极限荷载时急剧扩展和增多，且发展时间很短；
（4）砌体最后被分离成独立小砖柱而破坏时，试件有较突出的外鼓现象。上述几个方面较普通粘土砖有更显著特点，值得在生产、设计和应用时注意。
5.2轴心抗压强度试验结果
表4 混凝土多孔砖砌体轴心抗压强度试验结果
砌体类型 f1(Mpa) f2(Mpa) 试件数量（件） 抗压强度 规范计算f (Mpa) f f
f (Mpa) δ
A型砖 10 9.6 9 4.2 0.09 4.1 1.02
B型砖 10 9.6 9 5.5 0.13 4.1 1.34
表4结果表明：
（1）A型和B型混凝土多孔砖砌体轴心抗压强度试验值分别比[文献4]的计算值高出2%和34%，且实测变异系数分别为0.09和0.13，小于[文献5]的给出值0.17。根据[文献4]，普通粘土砖砌体轴心抗压强度平均值（表中规范计算值）按下式计算：
fm=0.78 （1+0.07f2）
式中f1为块体抗压强度平均值；f2为砂浆抗压强度平均值。
（2）B型混凝土多孔砖砌体轴心抗压强度试验值比A型砖砌体试验值高出31%。
初步分析此原因为：第一，两种混凝土多孔砖的孔型、孔洞率等不同；第二，生产过程中的质量及原材料配比等不同。从破碎的砖体看，A型混凝土多孔砖内有较大颗粒的骨料。过多粉煤灰的掺和及不适当骨料级配是否是造成A型混凝土多孔砖比B型混凝土多孔砖砌体抗压强度和弹性模量低的原因，有待进一步研究。
5.3建议
（1）优化孔型设计，孔型大小、排列方式等有利于提高砌体的抗压强度；
（2）承重用砖必须适当控制空洞率。过大的空洞率将导致砖砌体抗压强度降低，导致砌体的劈裂、剥落现象严重和脆性表现更明显。根据KP1和DM模数多孔砖等成熟经验，空洞率最好控制在30%以内。
（3）控制原材料质量和配比，加强生产质量管理和监督。对于粉煤灰的掺和量以及粗、细骨料的级配要合理控制。
T—1 轴心抗压砌体裂缝展开图（单位：kN）
T—6 轴心抗压砌体裂缝展开图（单位：kN）
图1 A型混凝土多孔砖砌体轴心抗压裂缝展开图
T—3a 轴心抗压砌体裂缝展开图（单位：kN）
T—6a 轴心抗压砌体裂缝展开图（单位：kN）
图2 B型混凝土多孔砖砌体轴心抗压裂缝展开图
5.4混凝土多孔砖砌体弹性模量试验
在进行混凝土多孔砖砌体轴心抗压强度试验的同时，取得了混凝土多孔砖砌体的弹性模量值，其中在应力 =0.40fm时割线模量即为该试件弹性模量。
根据[文献4]，普通粘土砖砌体和混凝土砌块砌体的弹性模量取值分别为：
E=1600f（粘土砖）；E=1700f（混凝土砌块）
式中f为砌体抗压强度设计值，
f= （l－1.645δ），其中rf =1.6，δ=0.17。fm为砌体抗压强度平均值，其中粘土砖砌体按（1）式计算；混凝土砌块砌体按fm=0.46f 1（1十0.07f2）计算。
则普通粘土砖和混凝土砌块砌体的弹性模量规范计算值分别为：
E=720.4fm（粘土砖）；E=765.4fm（混凝土砌块）
表5 混凝土多孔砖砌体弹性模量试验值
试件类型 f1(Mpa) f2(Mpa) 试件数量（件） 弹性模量 规范值(Mpa) E E E E
ET(Mpa) δ E E
A型砖 MU10 9.6 6 5589 0.09 2954 4669 1.89 1.20
B型砖 MU10 9.6 6 7978 0.12 2954 4669 2.70 1.71
从表5结果表明：
（1）A型和B型混凝土多孔砖砌体的弹性模量试验值分别比普通粘土砖砌体的规范计算值高出89%和170%；分别比混凝土砌块砌体的规范计算值高出20%和71%。
（2）B型混凝土多孔砖砌体的弹性模量试验值比A型砖砌体的试验值高出43%。
5.5混凝土多孔砖砌体泊松比试验
从试验结果看，混凝土多孔砖砌体的泊松比离散性较大，这在以往有关单位的试验中也是如此，但总体的趋势是：随竖向荷载增大，泊松比增大。通过对12个试件的测试，本批试件在应力σ=0.43fm时，泊松比在0.06~0.16之间波动。
6件A型混凝土多孔砖砌体泊松比平均值υ=0.08，变异系数δ=0.30；6件B型混凝土多孔砖砌体泊松比平均值υ=0.11，变异系数δ=0.33，这与[文献4]取值υ=0.15大体一致。
6.结论和建议
6.1结论
通过对A、B型两种混凝土多孔砖基本材性和砌体的轴心抗压试验研究，可初步得到以下结论：
（1）A、B型混凝土多孔砖的基本材性指标（即对偏差和外观，强度，物理性能，抗冻性，泛霜等）满足[文献4]中相关指标的规定。放射性指标符合[文献6]的要求。
（2）A、B型混凝土砖砌体轴心抗压强度试验值分别比[文献4]的计算值高出2%和34%，其中B型混凝土多孔砖砌体轴心抗压强度试验值比A型砖砌体试验值高出31%。
（3）A型和B型混凝土多孔砖砌体的弹性模量试验值分别高于[文献4]中混凝土砌块砌体计算值的20%和71%，其中B型混凝土多孔砖砌体的弹性模量试验值比A型砖砌体的试验值高出43%。
（4）混凝土多孔砖砌体的泊松比在0.06~0.16之间波动，平均值接近0.1，大体与[文献4]的取值 =0.15一致。
6.2建议
（1）优化孔型设计，使孔型的大小、排列及分布有利于提高混凝土多孔砖砌体的力学性能；作为承重用砖，空洞率要有一定的控制，以保证其有合理的受力性能。对于A、B型混凝土多孔砖，建议优先生产和推广使用B型混凝土多孔砖，限制A型混凝土多孔砖的生产、发展和使用部位。
（2）加强生产质量控制和监督，严格控制生产原材料的质量和配比、级配，限制粉煤灰的掺合量。
（3）根据我单位和上海、浙江等地的试验结果，混凝土多孔砖砌体的弹性模量建议按[文献4]中混凝土砌块砌体的规定进行取值。
（4）在进行混凝多孔砖砌体的建筑结构抗震设计时，根据我单位和上海、浙江等地的试验结果，建议暂时按[文献4]和[文献5]中有关普通粘土砖砌体的规定执行。同时考虑到混凝土多孔砖有一定的脆性，建议进行结构设计时适当加强构造措施，如构造柱、圈梁等。
（5）为了完善混凝土多孔砖砌体建筑结构设计指标体系，使混凝土多孔砖砌体结构设计更合理、更安全可靠，建议增加补充其他砌体力学性能试验。
（作者单位：武汉理工大学、武汉市墙改办、武汉土木建筑学会）
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