工业废渣混凝土多孔砖抗折性能试验研究

(1．沈阳建筑人学，辽宁沈阳  110168：2．中国建筑东北设汁研究院，辽宁沈阳  110003)

　　摘要：工业废渣混凝十多孔砖的抗折性能既是评定产品质量的一个重要指标，也是影响其砌体抗压强度的一个重要因素。通过试验研究不同孔洞率、不同孔型的工业废渣混凝十多孔砖的抗折强度，分析影响抗折性能的因素，提出提高抗折强度的措施。

　　关键词：工业废渣混凝土多孔砖：抗折性能；孔型；孔洞率

　　多孔砖具有轻质、高强、节能等优点，是目前替代普通黏土砖的主要墙体材料之一。近几年来，国内对多孔砖的物理力学性能及抗震性能进行了大量的试验研究，并制定了具有地方特色的材料标准和应用技术规程，其目的是为了提高多孔砖的产品质量和应用，进而达到保证工程质量的目的。

　　大量多孔砖砌体抗压试验研究表明，多孔砖和普通黏土砖的破坏形态相似，首先在单砖竖向垂直灰缝处产生裂缝，使砌体分裂成几个独立的小柱丧失稳定而破坏，砌体的抗压强度低于多孔砖块材的抗压强度，多孔砖的强度没有得到充分的利用。由于砂浆铺砌不均匀以及灰缝中砂浆收缩不均匀(形成突起的支点)，所以引起多孔砖在砌体中处于受弯(即受折)的受力状态，因此，多孔砖大多数纯粹被压碎的很少，抗折强度是影响砌体抗压强度的主要因素之一。本文在工业废渣混凝土多孔砖抗折试验的基础上，研究分析如何提高工业废渣混凝土多孔砖的抗折强度，进而提高工业废渣混凝土多孔砖砌体的力学性能。   

1  试样的选择及试验方案

　　1．1  试样的选择

　　采用了5个厂家提供的7种不同类型的工业废渣混凝土多孔砖，一共15组150个抗折试样，另外还选择相同数量的抗压试样。试样规格见表1。

　　1．2  试验方案

　　1．2．1  试验方法

　　试验的加载设备为200t液压式压力机，试验机的示值相对误差不大于±1％。试验方法参照GB／T2542—2003《砌墙砖试验方法》的规定执行。

[Page]

　　试验采用三点加荷方式，上压辊和下压辊的直径均为15mm，下压辊有铰结固定，见图1。

　　1．2．2  试验步骤

　　(1)先进行尺寸测量：在工业废渣混凝土多孔砖的2个大面的中间处分别测量2个宽度尺寸，在条面的中间处分别测量2个高度尺寸，测量时选择不利的一侧测量。分别取其算术平均值，精确到1mm。

　　 (2)将工业废渣混凝土多孔砖的坐浆面平放到支辊上。以100N／s的速度匀速加荷，直至试样折断，记录最大破坏荷载户(精确至0．1kN)。

　　(3)每块工业废渣混凝土多孔砖的抗折强度R按式(1)计算，精确至0．1MPa。

　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　 (1)

　　式中：R——抗折强度，MPa；
　　 P——最大破坏荷载，kN；
　　L——跨距，mm；
　　B——试样宽度，mm；
　　H——试样高度，mm。

[Page]

2  试验结果及分析

　　2．1  试验结果

　　工业废渣混凝土多孔砖抗折性能试验结果见表2。

　　工业废渣混凝土多孔砖在三点加载抗折性能试验中，破坏时表现为明显的脆性特征，八孔砖和孔对称分布的四孔砖破坏截面主要发生在靠近中间肋的两个孔边起弧处，如图2所示。中间肋是指位于多孔砖坐浆面上与条面垂直的靠近中间的肋，在三点加载时与支辊相平行。错排孔的四孔砖的破坏截面主要发生在靠近中间肋的一个孔边起弧处并顺延到另一个孔洞，如图3所示。综上2种破坏形态，根据文献[1]分析，其成因是由于孔洞的存在使抗弯截面模量减小，可以通过加大中间肋厚度，从而减小破坏截面的弯距，这样可以提高抗折强度。另外，还可以通过加大壁厚和肋厚，从而加大抗弯截面模量，同时也意味加入其中的骨料粒径可以加大，这些对抗折强度的提高都是有利的。

　　观察试样的破坏截面可以发现，C类砖和E类砖以石子为主要骨料，在断裂面石子被折断，石子的颗粒级配较好，石子与其它掺合料形成非常牢固的粘结。而B类砖的破坏截面掺合料粘结较为疏松，且石子粒径较小且掺量较少，抗折强度较低。所以骨料的种类、颗粒级配和水泥的用量对多孔砖抗折强度有很大的影响。

[Page]   

　　2．2  理论分析

　　根据工业废渣混凝土多孔砖抗折试验的破坏形态，公式(1)不能真正描述多孔砖的抗折强度，因为它是指破坏截面发生在中间截面时的计算公式，与多孔砖破坏截面不同，但由于实际的可操作性，公式(1)在评定产品质量进行抗折验算时仍然可以使用。   

　　工业废渣混凝土多孔砖三点加载时的弯距图和破坏截面示意图分别见图4和图5，d为壁肋厚。

　　在破坏界面1-1处抗折强度为：

 　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　(2)

　　式中：Rp——抗折强度；
　　　　　MP——弯距；
　　　　　WP——抗弯截面模量。

　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　(3)

　　式中：IP——相对于中性轴的惯性距；
　　　　　——中性轴到最大正应力的距离，经计算取49mm。

　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　 (4)

　　由式(2)、式(3)、式(4)计算出来的抗折强度即为工业废渣混凝土多孔砖的实际抗折强度，将d=12、15、18、20mm分别代入上式，取肋厚壁厚相等，假定同一材料、同一配比的多孔砖按照式(2)、式(3)、式(4)计算出来的抗折强度相等，求出P12:P15:P18:P20=1:1．18:1．36:1．50，公式(1)中抗折强度R与抗折力P成正比，因此得出：R12:R15:R18:R20=1:1．18:1．36:1．50。 

[Page]

　　文献[2]针对不同肋厚的混凝土多孔砖进行了砌体基本力学性能试验研究，统计试验结果表明，由肋厚分别为12mm、15mm、18mm、20mm，强度等级为MUIO的混凝土多孔砖，砂浆强度等级为M5砌筑的砌体，其抗压强度f12:f15:f18:f20=1:1．14:1．47:1．59。由此可见，随着肋厚、壁厚的增加，多孔砖的抗折强度和砌体抗压强度均有明显的提高，当肋厚由12mm(孔洞率大于33％)增加到20mm(孔洞率在25％左右)时，抗折强度和砌体抗压强度提高幅度较大。因此，可以通过增加肋厚、壁厚来提高多子L砖的抗折强度和改善砌体的力学性能。

　　本试验数据统计结果及GBl3544—92《烧结多孔砖》对抗折强度的要求见表3，P型多孔砖折压比乘以系数2进行换算。除B、C2类工业废渣混凝土多孔砖外，其它类工业废渣混凝土多孔砖均达到要求，0类和E类工业废渣混凝土多孔砖抗折强度略小于烧结多孔砖比，偏差小于5％。B、G2类工业废渣混凝土多孔砖之所以抗折强度(折压比)偏低是因为孔洞率较大，肋壁较薄，掺入过多废渣，骨料较少，块材不密实。

3  结  论

　　(1)工业废渣混凝土多孔砖强度等级越高抗折强度越高，工业废渣混凝土多孔砖抗折强度比烧结多孔砖抗折强度略低，本文建议工业废渣混凝土多孔砖抗折强度取值见表4。

[Page]

　　(2)工业废渣混凝土多孔砖孔洞率越大、肋壁越薄，抗折强度越低，砌体力学性能越差。可以通过增加肋厚、壁厚及减小孔洞率来提高抗折强度，进而改善砌体的基本力学性能，但孔洞率不宜小于25％。 

　　(3)通过增加中间肋的宽度，可以提高工业废渣混凝土多孔砖抗折强度。

　　(4)工业废渣混凝土多孔砖肋厚为12mm时，孔洞率一般大于33％，根据现行砌体结构设计规范，砌体力学性能指标要进行折减。为了捉高工业废渣混凝土多孔砖砌体力学性能，不建议最小肋厚为12mm。鉴于肋厚为15mm时，块材抗折强度和砌体抗压强度有明显增长，建议最小肋厚为15mm，考虑到工业废渣混凝土多孔砖砌体在轴向压力作用下，破坏时的外皮易脱落，建议最小外壁厚为18mm。

　　(5)工业废渣混凝土多孔砖的骨料种类、颗粒级配、水泥用量及工业废渣混凝土多孔砖在成型过程中的机械振捣情况对多孔砖抗折强度影响较大。建议多孔砖生产采用级配较好的骨料和适量的水泥，其它掺合料能和骨料形成牢固的粘结，机械振捣时间要有保障。