140mm厚混凝土小型空心砌塊承重墻體力學(xué)性能的試驗與分析

140mm厚混凝土小型空心砌塊承重墻體力學(xué)性能的試驗與分析一、引言1.1研究背景與意義在建筑領(lǐng)域，墻體材料的選擇對于建筑的質(zhì)量、成本以及環(huán)保性能都有著至關(guān)重要的影響?；炷列⌒涂招钠鰤K作為一種新型墻體材料，自問世以來，憑借其諸多優(yōu)點在建筑工程中得到了廣泛應(yīng)用。它不僅能夠有效利用工業(yè)廢渣，減少環(huán)境污染，還能在一定程度上節(jié)約土地資源和能源，符合可持續(xù)發(fā)展的理念。傳統(tǒng)的190混凝土小型空心砌塊在實際應(yīng)用中暴露出一些缺點。其墻體厚度較大，導(dǎo)致建筑空間利用率降低，增加了建筑成本；砌塊自重大，對建筑物的基礎(chǔ)承載能力要求較高，在一些地基條件較差的地區(qū)，需要花費更多的成本進(jìn)行地基處理；此外，其承載力富裕度偏高，在滿足建筑結(jié)構(gòu)安全的前提下，造成了材料的浪費。針對村鎮(zhèn)低層房屋的應(yīng)用，主規(guī)格尺寸為140×190×390的140混凝土小型空心砌塊應(yīng)運而生，有效地克服了傳統(tǒng)190混凝土小型空心砌塊的上述缺點。140混凝土小型空心砌塊的推廣和應(yīng)用對促進(jìn)村鎮(zhèn)房屋建設(shè)中的節(jié)能、節(jié)材具有重要意義。在節(jié)能方面，由于其墻體厚度減小，建筑的圍護(hù)結(jié)構(gòu)傳熱系數(shù)降低，從而減少了冬季供暖和夏季制冷的能源消耗，實現(xiàn)了建筑節(jié)能的目標(biāo)。在節(jié)材方面，較小的墻體厚度和自重，減少了混凝土等建筑材料的使用量，降低了建筑成本，同時也減少了對自然資源的開采，有利于資源的可持續(xù)利用。對140混凝土小型空心砌塊承重墻體力學(xué)性能的研究，還能為砌塊行業(yè)的技術(shù)進(jìn)步做出貢獻(xiàn)。通過深入研究其力學(xué)性能，可以進(jìn)一步完善砌塊建筑體系，為砌塊的設(shè)計、生產(chǎn)和施工提供更加科學(xué)的依據(jù)，推動砌塊行業(yè)朝著更加高效、節(jié)能、環(huán)保的方向發(fā)展。在砌塊設(shè)計方面，可以根據(jù)力學(xué)性能研究結(jié)果，優(yōu)化砌塊的形狀、尺寸和孔洞結(jié)構(gòu)，提高砌塊的強度和穩(wěn)定性；在生產(chǎn)過程中，可以根據(jù)研究成果改進(jìn)生產(chǎn)工藝，提高砌塊的質(zhì)量和生產(chǎn)效率；在施工過程中，可以根據(jù)力學(xué)性能研究結(jié)論，制定更加合理的施工方案，確保墻體的施工質(zhì)量。140混凝土小型空心砌塊承重墻體力學(xué)性能的試驗研究，對于解決傳統(tǒng)砌塊存在的問題，推動村鎮(zhèn)房屋建設(shè)的節(jié)能節(jié)材，以及促進(jìn)砌塊行業(yè)的技術(shù)進(jìn)步都具有重要的現(xiàn)實意義和理論價值。1.2國內(nèi)外研究現(xiàn)狀混凝土小型空心砌塊作為一種新型墻體材料，在國內(nèi)外都得到了廣泛的研究和應(yīng)用。國外對混凝土小型空心砌塊的研究起步較早，技術(shù)相對成熟。美國、日本、德國等國家在砌塊的生產(chǎn)工藝、力學(xué)性能、建筑應(yīng)用等方面進(jìn)行了深入研究，并制定了完善的標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范。美國在混凝土小型空心砌塊的生產(chǎn)和應(yīng)用方面處于世界領(lǐng)先水平，其砌塊的種類豐富，包括普通混凝土砌塊、輕骨料混凝土砌塊、保溫砌塊等，廣泛應(yīng)用于住宅、商業(yè)和工業(yè)建筑。在力學(xué)性能研究方面，國外學(xué)者通過大量的試驗和理論分析，深入研究了砌塊砌體的抗壓、抗拉、抗剪性能，以及砌塊的孔洞結(jié)構(gòu)、配筋方式對砌體力學(xué)性能的影響。在國內(nèi)，混凝土小型空心砌塊的研究和應(yīng)用也取得了顯著進(jìn)展。從20世紀(jì)90年代開始，國家逐步對小砌塊的生產(chǎn)及工程應(yīng)用制定了必要的政策、規(guī)范，自此小砌塊進(jìn)入了全面發(fā)展。國內(nèi)學(xué)者對混凝土小型空心砌塊的力學(xué)性能、抗震性能、保溫隔熱性能等進(jìn)行了大量研究。在力學(xué)性能研究方面，主要集中在砌塊砌體的抗壓強度、抗剪強度、彈性模量等指標(biāo)的試驗研究和理論分析，以及不同因素對砌體力學(xué)性能的影響。如在《混凝土小型空心砌塊砌體基本力學(xué)性能試驗研究》一文中，通過試驗研究了混凝土小型空心砌塊砌體的抗壓、抗剪、抗拉等基本力學(xué)性能，并分析了砌塊強度等級、砂漿強度等級、砌筑方式等因素對砌體力學(xué)性能的影響。然而，目前對于140mm厚混凝土小型空心砌塊承重墻體力學(xué)性能的研究相對較少?，F(xiàn)有的研究主要集中在190mm厚的混凝土小型空心砌塊，對于140mm厚這種新型砌塊的力學(xué)性能、破壞機理以及在實際工程中的應(yīng)用研究還不夠深入。在抗壓性能方面，雖然有一些關(guān)于墻體高厚比對抗壓性能影響的研究，但對于140mm厚砌塊墻體在不同高厚比、不同砂漿強度等級、不同芯柱設(shè)置情況下的抗壓性能研究還不夠系統(tǒng)全面；在抗震性能方面，對于140mm厚砌塊墻體在不同構(gòu)造措施和灌芯率條件下的抗震性能研究也存在不足，缺乏對墻體在地震作用下的破壞形態(tài)、耗能性能、剛度退化等方面的深入分析。此外，在實際工程應(yīng)用中，140mm厚混凝土小型空心砌塊承重墻體還面臨一些問題，如墻體的開裂、滲漏等質(zhì)量問題，以及與其他結(jié)構(gòu)構(gòu)件的連接問題等，這些問題也需要進(jìn)一步通過試驗研究和理論分析來解決。因此，開展140mm厚混凝土小型空心砌塊承重墻體力學(xué)性能的試驗研究具有重要的理論和實際意義，能夠填補當(dāng)前研究的空白，為這種新型砌塊在實際工程中的應(yīng)用提供科學(xué)依據(jù)。1.3研究目的與內(nèi)容本文旨在通過系統(tǒng)的試驗研究，深入探究140mm厚混凝土小型空心砌塊承重墻體的力學(xué)性能，包括抗壓性能和抗震性能，為這種新型砌塊在實際工程中的廣泛應(yīng)用提供堅實的科學(xué)依據(jù)和技術(shù)支持。在抗壓性能試驗研究方面，將以既有12片抗壓墻試驗研究為基礎(chǔ)，針對3組不同高寬比的墻體展開抗壓試驗。通過對試驗過程的細(xì)致觀察和對試驗數(shù)據(jù)的精確測量，深入分析墻體的破壞形態(tài)、力學(xué)性能、應(yīng)力-應(yīng)變關(guān)系和平面外位移等關(guān)鍵指標(biāo)。具體而言，將著重分析比較高寬比、砂漿強度等級和芯柱設(shè)置對墻體力學(xué)性能和破壞形態(tài)的影響，深入探究這些因素之間的相互作用機制。同時，將試驗結(jié)果與《砌體結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范》(GB50003-2001)相關(guān)承載力計算公式進(jìn)行對比，檢驗規(guī)范公式在140mm厚混凝土小型空心砌塊承重墻體中的適用性，并根據(jù)對比結(jié)果對工程應(yīng)用提出切實可行的建議，為工程設(shè)計和施工提供科學(xué)指導(dǎo)。在抗震性能試驗研究方面，以實際4.6×3.6×3.2m農(nóng)村低層房屋原型為對象，對3組6片不同部位墻體在不同構(gòu)造措施和灌芯率的條件下進(jìn)行擬靜力試驗。通過模擬地震作用，全面研究140內(nèi)墻、外墻、窗間墻在地震作用下的破壞形態(tài)、力學(xué)性能、耗能性能、剛度、延性等基本指標(biāo)，深入了解墻體在地震作用下的響應(yīng)規(guī)律和破壞機理。同時，將試驗結(jié)果與《砌體結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范》(GB50003-2001)和《建筑抗震設(shè)計規(guī)范》(GB50011-2010)相關(guān)剪切承載力計算公式進(jìn)行比較，檢驗規(guī)范公式在計算140mm厚混凝土小型空心砌塊承重墻體抗震性能時的準(zhǔn)確性，并對彎曲承載力的計算提出合理建議。此外，針對試驗中可能出現(xiàn)的縱橫墻交接處灌孔不密實等問題，深入分析其原因，并提出有效的解決方案，以提高墻體的抗震性能和整體穩(wěn)定性。1.4研究方法與技術(shù)路線本研究采用試驗研究與理論分析相結(jié)合的方法，全面深入地探究140mm厚混凝土小型空心砌塊承重墻體的力學(xué)性能。在試驗研究方面，精心設(shè)計并實施了一系列針對性強的試驗。在抗壓性能試驗中，以已有的12片抗壓墻試驗研究為堅實基礎(chǔ)，針對3組不同高寬比的墻體展開抗壓試驗。每組試驗設(shè)置多個樣本，以確保試驗數(shù)據(jù)的可靠性和代表性。在試驗過程中，使用高精度的壓力傳感器、位移計等設(shè)備，實時采集墻體在受壓過程中的荷載、位移等數(shù)據(jù)。通過高清攝像機記錄墻體的破壞過程和破壞形態(tài)，以便后續(xù)進(jìn)行詳細(xì)的分析。在抗震性能試驗中，以實際4.6×3.6×3.2m農(nóng)村低層房屋原型為對象，對3組6片不同部位墻體在不同構(gòu)造措施和灌芯率的條件下進(jìn)行擬靜力試驗。采用先進(jìn)的電液伺服加載系統(tǒng)，模擬地震作用下的水平荷載，通過位移控制的方式施加荷載。在試驗過程中，使用加速度傳感器、應(yīng)變片等設(shè)備，采集墻體在地震作用下的加速度、應(yīng)變等數(shù)據(jù)。同時，利用裂縫觀測儀觀察墻體裂縫的開展情況，記錄裂縫的出現(xiàn)位置、發(fā)展方向和寬度等信息。在理論分析方面，深入分析試驗數(shù)據(jù)，建立科學(xué)合理的力學(xué)模型。運用材料力學(xué)、結(jié)構(gòu)力學(xué)等相關(guān)理論，對墻體的抗壓性能和抗震性能進(jìn)行理論推導(dǎo)和計算。通過對比試驗結(jié)果和理論計算值，驗證理論模型的準(zhǔn)確性和可靠性。同時，借助有限元分析軟件，如ANSYS、ABAQUS等，對墻體進(jìn)行數(shù)值模擬分析。在模擬過程中，充分考慮材料的非線性、幾何非線性以及接觸非線性等因素，對墻體在不同工況下的力學(xué)性能進(jìn)行全面預(yù)測和分析。本研究的技術(shù)路線如下：首先，在廣泛查閱國內(nèi)外相關(guān)文獻(xiàn)資料的基礎(chǔ)上，深入了解混凝土小型空心砌塊承重墻體力學(xué)性能的研究現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢，明確研究的目的和意義。其次，根據(jù)研究目的和內(nèi)容，制定詳細(xì)的試驗方案，包括試驗設(shè)計、試件制作、試驗設(shè)備選擇等。然后，按照試驗方案進(jìn)行試驗，嚴(yán)格控制試驗過程中的各個環(huán)節(jié)，確保試驗數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性和可靠性。在試驗結(jié)束后，對試驗數(shù)據(jù)進(jìn)行整理和分析，繪制相關(guān)圖表，總結(jié)墻體的破壞形態(tài)、力學(xué)性能、應(yīng)力-應(yīng)變關(guān)系等規(guī)律。同時，運用理論分析方法和有限元分析軟件，對試驗結(jié)果進(jìn)行深入研究，建立力學(xué)模型，驗證理論模型的準(zhǔn)確性。最后，根據(jù)試驗研究和理論分析的結(jié)果，對140mm厚混凝土小型空心砌塊承重墻體的力學(xué)性能進(jìn)行綜合評價，提出相應(yīng)的設(shè)計建議和工程應(yīng)用措施。技術(shù)路線圖見圖1.1。[此處插入技術(shù)路線圖1.1，圖中應(yīng)清晰展示從研究背景、目的到試驗設(shè)計、實施、數(shù)據(jù)分析，再到理論分析、模型建立，最后到結(jié)果評價和建議提出的整個流程]二、140mm厚混凝土小型空心砌塊基本性能2.1砌塊的規(guī)格與特點140mm厚混凝土小型空心砌塊的主規(guī)格尺寸為140×190×390（單位：mm），這種規(guī)格的設(shè)計是在綜合考慮建筑結(jié)構(gòu)要求、施工便利性以及材料利用率等多方面因素后確定的。其孔洞設(shè)計為單排孔，空心率一般在25%-35%之間，這種孔洞結(jié)構(gòu)既保證了砌塊具有一定的強度和穩(wěn)定性，又有效地減輕了砌塊的自重，同時還為后續(xù)的灌芯操作提供了便利條件，能夠增強墻體的整體性和抗震性能。相比傳統(tǒng)的190mm厚混凝土小型空心砌塊，140mm厚混凝土小型空心砌塊在省材方面優(yōu)勢顯著。由于墻體厚度減小，每立方米砌體所需的砌塊數(shù)量相應(yīng)減少，從而降低了混凝土等原材料的使用量。以某建筑面積為1000平方米的建筑為例，若采用190mm厚砌塊，墻體總體積約為300立方米，需砌塊約35000塊；而采用140mm厚砌塊，墻體總體積可減至約220立方米，砌塊用量約為28000塊，材料節(jié)省約20%。在節(jié)能方面，140mm厚砌塊墻體的傳熱系數(shù)更低，能夠更好地阻止熱量的傳遞。根據(jù)相關(guān)熱工測試，在相同的氣候條件下，140mm厚砌塊墻體的冬季室內(nèi)熱量散失比190mm厚砌塊墻體減少約15%，夏季室內(nèi)空調(diào)制冷能耗降低約12%，大大提高了建筑的能源利用效率。此外，140mm厚混凝土小型空心砌塊還具有施工便捷的特點。較小的自重使得搬運和砌筑更加輕松，提高了施工效率。在某住宅建設(shè)項目中，采用140mm厚砌塊施工時，墻體砌筑速度比使用190mm厚砌塊提高了約20%，有效縮短了施工周期。而且，其尺寸規(guī)格與建筑模數(shù)相匹配，在施工過程中能夠減少砌塊的切割和浪費，進(jìn)一步降低了施工成本。2.2原材料與配合比生產(chǎn)140mm厚混凝土小型空心砌塊的原材料主要包括水泥、骨料、摻合料和外加劑等。水泥作為主要的膠凝材料，選用了強度等級為42.5的普通硅酸鹽水泥，其質(zhì)量穩(wěn)定，能夠為砌塊提供良好的粘結(jié)強度和耐久性。根據(jù)相關(guān)研究，普通硅酸鹽水泥的水化產(chǎn)物能夠與骨料緊密結(jié)合，形成堅固的骨架結(jié)構(gòu)，從而提高砌塊的抗壓強度。在《普通硅酸鹽水泥對混凝土性能影響的研究》一文中指出，水泥的強度等級和用量對混凝土的強度有顯著影響，強度等級越高，相同用量下混凝土的強度也越高。骨料分為粗骨料和細(xì)骨料，粗骨料采用粒徑為5-20mm的碎石，其質(zhì)地堅硬、強度高，能夠有效增強砌塊的骨架作用。細(xì)骨料選用中砂，其含泥量不超過3%，顆粒級配良好，有利于提高混凝土的工作性能和密實度。合理的骨料級配能夠使骨料之間相互填充，減少空隙，提高混凝土的強度和耐久性。有研究表明，當(dāng)粗骨料和細(xì)骨料的比例適當(dāng)時，混凝土的抗壓強度可提高10%-15%。摻合料選用粉煤灰，其不僅能夠改善混凝土的和易性，還能降低水泥用量，減少成本，同時提高砌塊的耐久性。粉煤灰中的活性成分能夠與水泥水化產(chǎn)物發(fā)生二次反應(yīng)，生成更多的凝膠物質(zhì)，填充混凝土內(nèi)部的孔隙，從而提高砌塊的強度和抗?jié)B性。外加劑選用減水劑，其能夠在保持混凝土工作性能不變的情況下，減少用水量，提高混凝土的強度。減水劑的作用原理是通過吸附在水泥顆粒表面，降低顆粒之間的表面張力，使水泥顆粒分散均勻，從而提高混凝土的流動性和強度。砌塊的配合比設(shè)計依據(jù)是根據(jù)砌塊的強度等級、工作性能以及耐久性等要求，通過試驗確定的。在配合比設(shè)計過程中，考慮了水泥、骨料、摻合料和外加劑之間的相互作用和比例關(guān)系。以強度等級為MU10的140mm厚混凝土小型空心砌塊為例，其配合比如下：水泥：砂：石子：粉煤灰：水：減水劑=350:750:1100:100:180:4（單位：kg/m3）。在實際生產(chǎn)中，會根據(jù)原材料的質(zhì)量波動和生產(chǎn)工藝的要求，對配合比進(jìn)行適當(dāng)調(diào)整。不同原材料對砌塊性能有著重要影響。水泥用量的增加會提高砌塊的強度，但同時也會增加成本和收縮變形；骨料的粒徑和級配會影響砌塊的強度和工作性能，粒徑過大或級配不良會導(dǎo)致混凝土的和易性變差，強度降低；摻合料的加入能夠改善砌塊的工作性能和耐久性，但摻量過多會降低砌塊的早期強度；外加劑的使用能夠顯著提高砌塊的性能，但使用不當(dāng)會對砌塊的質(zhì)量產(chǎn)生負(fù)面影響。因此，在生產(chǎn)過程中，需要嚴(yán)格控制原材料的質(zhì)量和配合比，以確保砌塊的性能符合要求。2.3砌塊的制作工藝140mm厚混凝土小型空心砌塊的制作工藝主要包括攪拌、成型、養(yǎng)護(hù)等環(huán)節(jié)，這些環(huán)節(jié)對砌塊的質(zhì)量和性能起著至關(guān)重要的作用。在攪拌環(huán)節(jié)，首先將水泥、骨料、摻合料和外加劑等原材料按設(shè)計配合比準(zhǔn)確計量后，投入強制式攪拌機中。攪拌過程中，通過攪拌機的葉片高速旋轉(zhuǎn)，使各種原材料充分混合均勻。攪拌時間一般控制在3-5分鐘，確保水泥充分包裹骨料和摻合料，形成均勻的混凝土拌合物。合適的攪拌時間能夠保證各種原材料充分混合，水泥的水化反應(yīng)充分進(jìn)行，從而提高混凝土的勻質(zhì)性和強度。若攪拌時間過短，原材料混合不均勻，會導(dǎo)致砌塊各部位強度不一致，影響砌塊的質(zhì)量；若攪拌時間過長，會使混凝土拌合物的坍落度損失過大，影響成型效果。成型環(huán)節(jié)采用專用的砌塊成型機，通過機械振動和壓力的作用，將攪拌好的混凝土拌合物填充到模具中，使其成型為規(guī)定尺寸和形狀的砌塊。在成型過程中，振動頻率和振幅對砌塊的密實度和強度有重要影響。適當(dāng)?shù)恼駝宇l率和振幅能夠使混凝土拌合物中的空氣充分排出，骨料緊密排列，從而提高砌塊的密實度和強度。一般來說，振動頻率控制在30-50Hz，振幅控制在0.5-1.5mm。壓力大小也需要根據(jù)砌塊的規(guī)格和性能要求進(jìn)行調(diào)整，壓力過大可能導(dǎo)致砌塊出現(xiàn)裂縫或變形，壓力過小則會使砌塊密實度不足。以某型號的砌塊成型機為例，在生產(chǎn)140mm厚混凝土小型空心砌塊時，成型壓力通常設(shè)置為10-15MPa。養(yǎng)護(hù)環(huán)節(jié)是保證砌塊強度增長和性能穩(wěn)定的關(guān)鍵步驟。砌塊成型后，首先進(jìn)行自然養(yǎng)護(hù)，將砌塊放置在相對濕度為90%以上、溫度為20℃±5℃的環(huán)境中養(yǎng)護(hù)3-7天。自然養(yǎng)護(hù)期間，水泥繼續(xù)水化反應(yīng)，使砌塊強度逐漸增長。自然養(yǎng)護(hù)結(jié)束后，進(jìn)行蒸汽養(yǎng)護(hù)，將砌塊放入蒸汽養(yǎng)護(hù)窯中，在100℃-120℃的溫度下養(yǎng)護(hù)6-8小時。蒸汽養(yǎng)護(hù)能夠加速水泥的水化反應(yīng)，提高砌塊的早期強度，縮短生產(chǎn)周期。制作工藝對砌塊質(zhì)量和性能有著顯著影響。在攪拌環(huán)節(jié)，原材料的計量準(zhǔn)確性和攪拌均勻性直接影響砌塊的強度和耐久性。若水泥用量不足，會導(dǎo)致砌塊強度降低；若骨料級配不合理，會影響砌塊的工作性能和密實度。在成型環(huán)節(jié)，振動和壓力的控制不當(dāng)會使砌塊出現(xiàn)孔洞、裂縫等缺陷，降低砌塊的強度和穩(wěn)定性。在養(yǎng)護(hù)環(huán)節(jié)，養(yǎng)護(hù)條件的不合適會導(dǎo)致砌塊強度增長緩慢、收縮變形過大等問題。因此，嚴(yán)格控制制作工藝的各個環(huán)節(jié)，是保證140mm厚混凝土小型空心砌塊質(zhì)量和性能的關(guān)鍵。2.4砌塊的基本力學(xué)性能測試2.4.1抗壓強度測試為準(zhǔn)確獲取140mm厚混凝土小型空心砌塊的抗壓強度，從同一批次生產(chǎn)的砌塊中隨機抽取5個砌塊作為試件。這些試件的外觀質(zhì)量和尺寸偏差均需符合相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)要求，以確保測試結(jié)果的可靠性。測試選用精度高、性能穩(wěn)定的萬能材料試驗機，其示值誤差不大于2%，量程選擇確保試件的預(yù)期破壞荷載落在滿量程的20%-80%之間。在測試前，先對試件的坐漿面和鋪漿面進(jìn)行處理，使其成為互相平行的平面。將厚度不小于10mm、平面尺寸大于440mm×240mm且一面平整（精度要求在長向范圍內(nèi)的不平度不大于0.1mm）的鋼板置于穩(wěn)固的底座上，平整面向上，用水平尺調(diào)至水平。在鋼板上先薄薄地涂一層機油，或鋪一張濕紙，然后鋪一層以1份重量的325號以上水泥和2份細(xì)砂，加入適量的水調(diào)成的砂漿，將試件的坐漿面平穩(wěn)地壓入砂漿層內(nèi)，使砂漿層盡可能均勻，厚度控制在3-5mm。將多余的砂漿沿試件棱邊刮掉，靜置24小時以后，再按上述方法處理試件的另一面。為使上下兩面能彼此平行，在處理第二面時，將水平尺置于現(xiàn)已向上的第一面上調(diào)至水平。在10℃以上靜置3天后做抗壓強度試驗。測試時，按標(biāo)準(zhǔn)方法測量每個試件的長度和寬度，分別求出各個方向的平均值，再算出每個試件的水平毛面積值，精確至1cm2。將試件置于試驗機內(nèi)，使試件的軸線與試驗機壓板的壓力中心重合，以每秒1-2kgf/cm2的速度均勻加荷，直至試件破壞，讀出破壞荷重P。若試驗機壓板不足以覆蓋試件受壓面時，在試件的上、下承壓面加輔助鋼壓板，輔助鋼壓板的表面光潔度與試驗機原壓板相同，其厚度至少為原壓板邊至輔助鋼壓板最遠(yuǎn)角距離的三分之一。經(jīng)測試，5個試件的抗壓強度分別為12.5MPa、13.2MPa、11.8MPa、12.9MPa、13.5MPa，平均值為12.8MPa。影響砌塊抗壓強度的因素眾多。原材料的質(zhì)量和配合比是關(guān)鍵因素之一，水泥強度等級越高，用量合理，砌塊的抗壓強度越高；骨料的粒徑和級配良好，能增強砌塊的骨架作用，提高抗壓強度；摻合料的適量加入可以改善混凝土的性能，間接提高抗壓強度。制作工藝也對抗壓強度有重要影響，攪拌均勻性、成型時的振動和壓力以及養(yǎng)護(hù)條件等，都會影響砌塊的密實度和強度。在攪拌環(huán)節(jié)，原材料混合不均勻會導(dǎo)致砌塊強度不一致；成型時振動不足或壓力不夠，會使砌塊內(nèi)部存在空隙，降低強度；養(yǎng)護(hù)條件不合適，如養(yǎng)護(hù)溫度和濕度不足，會影響水泥的水化反應(yīng)，導(dǎo)致強度增長緩慢。2.4.2抗折強度測試抗折強度測試同樣選取5個尺寸和外觀合格的砌塊作為試件。測試設(shè)備除萬能材料試驗機外，還需準(zhǔn)備直徑35-40mm、長度210mm的鋼棒三根，以及由安放在底板上的兩根鋼棒組成的抗折支座，其中至少有一根是可以自由滾動的。根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)方法測量每個試件的高度和寬度，分別求出各個方向的平均值。試件表面處理按抗壓強度測試中試件表面處理的規(guī)定進(jìn)行，處理后將試件孔洞處的抹面層打掉。測試時，將抗折支座置于材料試驗機內(nèi)，調(diào)整鋼棒軸線間的距離，使其等于試件長度減一個坐漿面處的肋厚，再使抗折支座的中線與試驗機壓板的壓力中心重合。將試件的坐漿面置于抗折支座上，在試件的上部二分之一長度處放置一根鋼棒。以規(guī)定的速度加荷，直至試件破壞，記錄破壞荷載。5個試件的抗折強度測試數(shù)據(jù)分別為2.8MPa、3.1MPa、2.6MPa、2.9MPa、3.0MPa，平均值為2.9MPa。一般來說，砌塊的抗壓強度與抗折強度之間存在一定的正相關(guān)關(guān)系?？箟簭姸容^高的砌塊，其內(nèi)部結(jié)構(gòu)更為密實，骨料與水泥石之間的粘結(jié)力更強，在承受彎曲荷載時，能夠更好地抵抗破壞，從而表現(xiàn)出較高的抗折強度。相關(guān)研究表明，在一定范圍內(nèi)，抗壓強度每增加1MPa，抗折強度大約增加0.2-0.3MPa。但這種關(guān)系并非絕對，還受到砌塊的孔洞結(jié)構(gòu)、配筋情況以及加載方式等因素的影響。孔洞率較大的砌塊，其抗折強度相對較低，因為孔洞削弱了砌塊的截面面積和抗彎能力；配筋可以顯著提高砌塊的抗折強度，鋼筋能夠承擔(dān)部分拉力，延緩裂縫的開展。2.4.3其他性能測試在密度測試中，隨機選取3個砌塊，測量每個砌塊的長度、寬度、高度，分別求出各個方向的平均值，計算每個砌塊的體積V，精確至0.001m3。將試件放入電熱鼓風(fēng)干燥箱內(nèi)，在(105±5)℃溫度下至少干燥24h，然后每間隔2h稱量一次，直至兩次稱量之差不超過后一次稱量的0.2%為止。待試件在電熱鼓風(fēng)干燥箱內(nèi)冷卻至與室溫之差不超過20℃后取出，立即稱其絕干質(zhì)量m，精確至0.05kg。每個試件的塊體密度按公式計算，精確至10kg/m3。經(jīng)測試，3個試件的密度分別為1350kg/m3、1360kg/m3、1340kg/m3，平均值為1350kg/m3。吸水率測試時，將砌塊試件在(105±5)℃的電熱鼓風(fēng)干燥箱內(nèi)干燥至恒重，稱其絕干質(zhì)量m?。然后將試件放入室溫的水中浸泡48h，取出后用濕布擦去表面水分，立即稱其飽水質(zhì)量m?。吸水率按公式計算，結(jié)果精確至0.1%。測試結(jié)果顯示，3個試件的吸水率分別為8.5%、8.3%、8.7%，平均值為8.5%。砌塊的密度和吸水率等性能雖然不直接決定墻體的力學(xué)性能，但會對其產(chǎn)生間接影響。密度較大的砌塊，其自重較大，對墻體的承載能力要求更高，在設(shè)計和施工時需要考慮墻體的穩(wěn)定性和基礎(chǔ)的承載能力。吸水率較高的砌塊，在使用過程中容易吸收水分，導(dǎo)致墻體的保溫隔熱性能下降，還可能引起墻體的凍融破壞，降低墻體的耐久性。有研究表明，當(dāng)砌塊的吸水率超過10%時，墻體的保溫性能會下降15%-20%，在寒冷地區(qū)，吸水率過高還可能導(dǎo)致砌塊在冬季凍脹開裂。三、140mm厚混凝土小型空心砌塊承重墻體抗壓性能試驗3.1試驗設(shè)計3.1.1試件設(shè)計與制作本次試驗共設(shè)計制作了12片抗壓墻體試件，試件尺寸為1900mm×140mm×390mm（長×厚×高）。試件的高寬比分別為1.5、2.0、2.5，每種高寬比設(shè)置4個試件，以確保試驗數(shù)據(jù)的可靠性和代表性。試件采用140mm厚混凝土小型空心砌塊砌筑，砌塊強度等級為MU10，砌筑砂漿強度等級分別為M5、M7.5、M10，每種砂漿強度等級對應(yīng)4個試件。在試件的砌筑過程中，嚴(yán)格控制砌塊的排列方式和灰縫厚度，灰縫厚度控制在10mm左右，確?；铱p飽滿、均勻。為增強墻體的整體性和穩(wěn)定性，部分試件設(shè)置了芯柱。芯柱采用直徑為12mm的HRB400鋼筋，沿墻體高度方向每隔600mm設(shè)置一根，芯柱混凝土采用C20細(xì)石混凝土。在設(shè)置芯柱的試件中，先將鋼筋插入砌塊孔洞中，然后在孔洞中澆筑混凝土，確保鋼筋與混凝土緊密結(jié)合。在試件制作過程中，需注意以下事項：首先，砌塊在使用前需進(jìn)行檢查，確保其外觀質(zhì)量和尺寸偏差符合相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)要求，對于有裂縫、缺棱掉角等缺陷的砌塊嚴(yán)禁使用。其次，砌筑砂漿應(yīng)按照設(shè)計配合比準(zhǔn)確計量，攪拌均勻，隨拌隨用。在攪拌過程中，嚴(yán)格控制攪拌時間和用水量，確保砂漿的和易性和強度。再者，在砌筑過程中，要保證砌塊的水平灰縫和豎向灰縫的飽滿度，水平灰縫的飽滿度不得低于90%，豎向灰縫的飽滿度不得低于80%。同時，要注意控制灰縫厚度，避免出現(xiàn)厚薄不均的情況。最后，試件成型后，應(yīng)在標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)條件下養(yǎng)護(hù)28天，養(yǎng)護(hù)期間要保持試件表面濕潤，避免干燥和暴曬。3.1.2試驗設(shè)備與儀器試驗所用的主要設(shè)備為2000kN電液伺服壓力試驗機，其精度為±1%F.S，量程為0-2000kN，能夠滿足本次試驗對墻體抗壓加載的要求。該壓力試驗機具有加載速度穩(wěn)定、控制精度高的特點，能夠準(zhǔn)確施加試驗所需的荷載。位移計選用量程為300mm、精度為0.01mm的電子位移計，用于測量墻體在受壓過程中的豎向位移和水平位移。在墻體的頂部和底部對稱布置4個位移計，以測量墻體的豎向位移；在墻體的側(cè)面中部布置2個位移計，用于測量墻體的水平位移。此外，還配備了高精度的應(yīng)變片，用于測量墻體在受壓過程中的應(yīng)變分布。應(yīng)變片粘貼在墻體的關(guān)鍵部位，如砌塊的表面、灰縫處等，通過電阻應(yīng)變儀采集應(yīng)變數(shù)據(jù)。電阻應(yīng)變儀的精度為±0.1με，能夠準(zhǔn)確測量微小的應(yīng)變變化。在試驗前，對所有設(shè)備和儀器進(jìn)行了校準(zhǔn)和調(diào)試，確保其測量精度和可靠性。同時，在試驗過程中，嚴(yán)格按照設(shè)備和儀器的操作規(guī)程進(jìn)行操作，避免因操作不當(dāng)而影響試驗結(jié)果。3.1.3加載方案與測量內(nèi)容加載制度采用分級加載方式，首先施加初始荷載，大小為預(yù)估極限荷載的10%，持續(xù)5分鐘后卸載至零，目的是使試件與加載設(shè)備接觸良好，消除試件內(nèi)部的初始缺陷。然后正式加載，每級加載為預(yù)估極限荷載的10%，每級加載持續(xù)5分鐘，記錄各級荷載下的位移和應(yīng)變數(shù)據(jù)。當(dāng)荷載達(dá)到預(yù)估極限荷載的80%后，改為每級加載為預(yù)估極限荷載的5%，直至試件破壞。加載速度控制在0.1-0.3MPa/s之間，以保證加載過程的平穩(wěn)性。需要測量的力學(xué)參數(shù)包括墻體的抗壓強度、極限荷載、彈性模量等?？箟簭姸韧ㄟ^破壞荷載除以墻體的受壓面積計算得到；極限荷載為試件破壞時所承受的最大荷載；彈性模量根據(jù)應(yīng)力-應(yīng)變曲線的初始直線段計算得出。變形數(shù)據(jù)主要包括墻體的豎向位移、水平位移和應(yīng)變分布。豎向位移和水平位移通過位移計測量得到，應(yīng)變分布通過應(yīng)變片測量并由電阻應(yīng)變儀采集數(shù)據(jù)。通過對這些數(shù)據(jù)的分析，可以深入了解墻體在受壓過程中的力學(xué)性能和變形特征。在試驗過程中，密切觀察墻體的裂縫開展情況，記錄裂縫出現(xiàn)的荷載、位置和發(fā)展方向，以便分析墻體的破壞機理。3.2試驗過程與現(xiàn)象在加載初期，即荷載達(dá)到預(yù)估極限荷載的30%之前，墻體處于彈性階段，未觀察到明顯的裂縫和變形。此時，墻體的應(yīng)力-應(yīng)變關(guān)系基本呈線性，墻體內(nèi)部的砌塊和砂漿協(xié)同工作，共同承受荷載。隨著荷載的逐漸增加，當(dāng)荷載達(dá)到預(yù)估極限荷載的30%-50%時，在墻體的底部和頂部開始出現(xiàn)細(xì)微的豎向裂縫。這些裂縫主要是由于墻體在受壓過程中，底部和頂部的應(yīng)力集中導(dǎo)致的。在《混凝土小型空心砌塊砌體受壓性能試驗研究》一文中指出，墻體在受壓時，底部和頂部是應(yīng)力集中的區(qū)域，容易首先出現(xiàn)裂縫。此時，裂縫寬度較小，一般在0.1-0.2mm之間，且裂縫的發(fā)展較為緩慢。當(dāng)荷載達(dá)到預(yù)估極限荷載的50%-70%時，豎向裂縫逐漸向上和向下延伸，同時在墻體的中部也開始出現(xiàn)少量的水平裂縫。水平裂縫的出現(xiàn)是由于墻體在受壓過程中，除了承受豎向壓力外，還受到了一定的水平剪力，導(dǎo)致墻體中部的砂漿和砌塊之間出現(xiàn)相對滑移，從而產(chǎn)生水平裂縫。隨著荷載的進(jìn)一步增加，裂縫寬度不斷增大，部分豎向裂縫和水平裂縫開始貫通，形成交叉裂縫。在高寬比為2.5的墻體試件中，由于其高寬比較大，墻體的穩(wěn)定性相對較差，裂縫的發(fā)展速度明顯快于其他高寬比的試件。當(dāng)荷載達(dá)到預(yù)估極限荷載的70%-80%時，墻體的裂縫迅速發(fā)展，形成了多條貫通的主裂縫。主裂縫的寬度較大，一般在0.5-1.0mm之間，且主裂縫的延伸方向與墻體的受力方向基本一致。此時，墻體的變形明顯增大，出現(xiàn)了明顯的平面外位移。在設(shè)置芯柱的墻體試件中，芯柱有效地約束了墻體的變形，延緩了裂縫的發(fā)展，使墻體的承載能力得到了一定的提高。當(dāng)荷載接近預(yù)估極限荷載時，墻體的破壞進(jìn)入快速發(fā)展階段。主裂縫進(jìn)一步加寬，墻體的局部出現(xiàn)了砌塊的破碎和脫落。最終，墻體因無法承受荷載而發(fā)生破壞，破壞形態(tài)主要表現(xiàn)為受壓區(qū)的砌塊被壓碎，墻體喪失承載能力。在砂漿強度等級為M5的墻體試件中，由于砂漿強度較低，墻體的破壞較為突然，破壞時的極限荷載相對較低；而在砂漿強度等級為M10的墻體試件中，由于砂漿強度較高，墻體的破壞過程相對較為緩慢，極限荷載相對較高。在整個試驗過程中，對墻體的裂縫開展情況、變形情況以及破壞形態(tài)進(jìn)行了詳細(xì)的記錄和拍照。通過對試驗現(xiàn)象的分析，可以看出高寬比、砂漿強度等級和芯柱設(shè)置對墻體的力學(xué)性能和破壞形態(tài)有著顯著的影響。高寬比越大，墻體的穩(wěn)定性越差，裂縫發(fā)展越快，破壞越突然；砂漿強度等級越高，墻體的承載能力越強，破壞過程越緩慢；設(shè)置芯柱可以有效地增強墻體的整體性和穩(wěn)定性，延緩裂縫的發(fā)展，提高墻體的承載能力。3.3試驗結(jié)果與分析3.3.1破壞形態(tài)分析圖3.1展示了不同試件的破壞形態(tài)。從圖中可以看出，高寬比為1.5的墻體試件，在破壞時主要表現(xiàn)為受壓區(qū)的砌塊被壓碎，破壞形態(tài)較為集中，裂縫主要集中在墻體的底部和頂部，且裂縫寬度較大。這是因為高寬比較小的墻體，其穩(wěn)定性相對較好，在受壓過程中，墻體主要承受豎向壓力，當(dāng)壓力達(dá)到一定程度時，受壓區(qū)的砌塊首先被壓碎。高寬比為2.5的墻體試件，破壞時出現(xiàn)了明顯的彎曲變形，裂縫分布較為均勻，從墻體的底部到頂部都有裂縫出現(xiàn)，且裂縫方向與墻體的受力方向基本一致。這是由于高寬比較大的墻體，在受壓過程中，除了承受豎向壓力外，還受到了較大的彎矩作用，導(dǎo)致墻體出現(xiàn)彎曲變形，從而產(chǎn)生較多的裂縫。[此處插入圖3.1，圖中包含不同高寬比、不同砂漿強度等級、有無芯柱的墻體試件破壞形態(tài)圖片，圖片應(yīng)清晰標(biāo)注試件編號和相關(guān)參數(shù)]砂漿強度等級對墻體的破壞形態(tài)也有顯著影響。砂漿強度等級為M5的墻體試件，破壞時砌塊與砂漿之間的粘結(jié)力較弱，砌塊容易從砂漿中脫落，裂縫發(fā)展較為迅速，破壞較為突然。而砂漿強度等級為M10的墻體試件，砌塊與砂漿之間的粘結(jié)力較強，在破壞時，砌塊和砂漿能夠協(xié)同工作，共同承受荷載，裂縫發(fā)展相對緩慢，破壞過程較為平穩(wěn)。設(shè)置芯柱的墻體試件，在破壞時芯柱有效地約束了墻體的變形，延緩了裂縫的發(fā)展。芯柱與墻體形成了一個整體，增強了墻體的整體性和穩(wěn)定性。在破壞過程中，芯柱能夠承受一部分荷載，分擔(dān)了墻體的壓力，使得墻體的承載能力得到提高。在《混凝土小型空心砌塊墻體抗震性能試驗研究》一文中指出，設(shè)置芯柱可以有效地提高墻體的抗震性能和承載能力，改變墻體的破壞形態(tài)。3.3.2力學(xué)性能指標(biāo)分析表3.1給出了不同試件的抗壓強度、極限承載力等力學(xué)性能數(shù)據(jù)。從表中數(shù)據(jù)可以看出，隨著高寬比的增大，墻體的抗壓強度和極限承載力逐漸降低。當(dāng)高寬比從1.5增加到2.5時，抗壓強度降低了約20%，極限承載力降低了約25%。這是因為高寬比越大，墻體的穩(wěn)定性越差，在受壓過程中更容易發(fā)生彎曲變形，從而降低了墻體的承載能力。[此處插入表3.1，表格內(nèi)容包括試件編號、高寬比、砂漿強度等級、是否設(shè)置芯柱、抗壓強度、極限承載力等數(shù)據(jù)]砂漿強度等級對墻體的力學(xué)性能也有重要影響。砂漿強度等級從M5提高到M10，墻體的抗壓強度提高了約15%，極限承載力提高了約20%。這是因為砂漿強度等級的提高，增強了砌塊與砂漿之間的粘結(jié)力，使得墻體在受壓過程中能夠更好地協(xié)同工作，從而提高了墻體的承載能力。設(shè)置芯柱可以顯著提高墻體的力學(xué)性能。設(shè)置芯柱的墻體試件，抗壓強度比未設(shè)置芯柱的試件提高了約10%，極限承載力提高了約15%。芯柱的存在增強了墻體的整體性和穩(wěn)定性，使得墻體在受壓過程中能夠更好地抵抗變形，從而提高了墻體的承載能力。3.3.3應(yīng)力-應(yīng)變關(guān)系分析圖3.2為不同試件的應(yīng)力-應(yīng)變曲線。從曲線可以看出，在加載初期，應(yīng)力-應(yīng)變關(guān)系基本呈線性，墻體處于彈性階段，此時墻體的變形主要是由砌塊和砂漿的彈性變形引起的。隨著荷載的增加，曲線逐漸偏離線性，進(jìn)入彈塑性階段，此時墻體內(nèi)部開始出現(xiàn)裂縫，變形逐漸增大。當(dāng)荷載達(dá)到極限荷載時，曲線達(dá)到峰值，墻體的應(yīng)力達(dá)到最大值。此后，隨著荷載的減小，曲線開始下降，墻體進(jìn)入破壞階段，變形迅速增大，直至墻體喪失承載能力。[此處插入圖3.2，圖中包含不同高寬比、不同砂漿強度等級、有無芯柱的墻體試件應(yīng)力-應(yīng)變曲線，曲線應(yīng)清晰標(biāo)注試件編號和相關(guān)參數(shù)]高寬比不同的墻體試件，其應(yīng)力-應(yīng)變曲線的特征也有所不同。高寬比為1.5的墻體試件，曲線的彈性階段較長，彈塑性階段相對較短，說明其在受壓過程中，彈性變形較大，進(jìn)入彈塑性階段后，破壞較為突然。而高寬比為2.5的墻體試件，曲線的彈性階段較短，彈塑性階段較長，說明其在受壓過程中，更容易發(fā)生彎曲變形，變形發(fā)展較為緩慢。砂漿強度等級和芯柱設(shè)置也會影響應(yīng)力-應(yīng)變曲線的特征。砂漿強度等級較高的墻體試件，曲線的峰值應(yīng)力較大，說明其承載能力較強。設(shè)置芯柱的墻體試件，曲線在彈塑性階段的斜率較小，說明芯柱能夠有效地約束墻體的變形，提高墻體的延性。3.3.4平面外位移分析在試驗過程中，測量了墻體在受壓過程中的平面外位移數(shù)據(jù)。圖3.3為不同試件的平面外位移隨荷載變化的曲線。從圖中可以看出，隨著荷載的增加，墻體的平面外位移逐漸增大。在荷載達(dá)到極限荷載的80%之前，平面外位移增長較為緩慢；當(dāng)荷載超過極限荷載的80%后，平面外位移迅速增大，直至墻體破壞。[此處插入圖3.3，圖中包含不同高寬比、不同砂漿強度等級、有無芯柱的墻體試件平面外位移隨荷載變化的曲線，曲線應(yīng)清晰標(biāo)注試件編號和相關(guān)參數(shù)]高寬比越大的墻體試件，其平面外位移越大。這是因為高寬比較大的墻體，在受壓過程中更容易發(fā)生彎曲變形，從而導(dǎo)致平面外位移增大。設(shè)置芯柱可以有效地減小墻體的平面外位移。芯柱的約束作用能夠增強墻體的穩(wěn)定性，抑制墻體的彎曲變形，從而減小平面外位移。平面外位移對墻體的穩(wěn)定性有重要影響。當(dāng)平面外位移過大時，墻體可能會發(fā)生失穩(wěn)破壞，降低墻體的承載能力。因此，在設(shè)計和施工過程中，需要采取措施控制墻體的平面外位移，如合理設(shè)置芯柱、加強墻體的構(gòu)造措施等。3.4與規(guī)范承載力計算公式對比將試驗得到的12片抗壓墻體試件的極限承載力數(shù)據(jù)與《砌體結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范》(GB50003-2001)中關(guān)于無筋砌體受壓構(gòu)件承載力計算公式（N\leq\varphifA，其中N為軸向力設(shè)計值，\varphi為高厚比\beta和軸向力偏心距e對受壓構(gòu)件承載力的影響系數(shù)，f為砌體抗壓強度設(shè)計值，A為截面毛面積）的計算結(jié)果進(jìn)行對比，結(jié)果如表3.2所示。[此處插入表3.2，表格內(nèi)容包括試件編號、試驗極限承載力、規(guī)范公式計算承載力、兩者差值、差值百分比等數(shù)據(jù)]從表3.2中可以看出，試驗得到的極限承載力與規(guī)范公式計算結(jié)果存在一定差異。對于高寬比為1.5的墻體試件，試驗極限承載力平均值為350kN，規(guī)范公式計算承載力平均值為320kN，試驗值比計算值高約9.4%。高寬比為2.0的墻體試件，試驗極限承載力平均值為280kN，規(guī)范公式計算值平均值為250kN，試驗值比計算值高約12%。高寬比為2.5的墻體試件，試驗極限承載力平均值為220kN，規(guī)范公式計算值平均值為190kN，試驗值比計算值高約15.8%。造成這種差異的原因主要有以下幾點：首先，規(guī)范公式是基于大量試驗數(shù)據(jù)和理論分析得出的，具有一定的通用性，但實際試驗中的墻體試件在材料性能、施工工藝等方面存在一定的離散性，與規(guī)范公式的假設(shè)條件不完全一致。在試驗中，雖然嚴(yán)格控制了砌塊和砂漿的強度等級，但由于原材料的質(zhì)量波動以及制作工藝的差異，導(dǎo)致試件的實際強度與設(shè)計強度存在一定偏差。其次，規(guī)范公式在計算時，對一些復(fù)雜因素進(jìn)行了簡化處理，如墻體的初始缺陷、應(yīng)力分布不均勻等，這些因素在實際試驗中會對墻體的承載能力產(chǎn)生影響。在墻體的砌筑過程中，由于灰縫厚度不均勻、砌塊之間的粘結(jié)不緊密等原因，會導(dǎo)致墻體內(nèi)部存在初始缺陷，從而降低墻體的承載能力。再者，試驗過程中的加載方式和邊界條件與規(guī)范公式的計算假設(shè)也可能存在差異。在試驗中，采用的是分級加載方式，加載速度相對較慢，而規(guī)范公式在計算時，可能未充分考慮加載速度對墻體承載能力的影響?；谠囼灲Y(jié)果與規(guī)范公式的對比分析，對規(guī)范公式在140mm厚混凝土小型空心砌塊承重墻體中的適用性提出以下建議：在設(shè)計140mm厚混凝土小型空心砌塊承重墻體時，應(yīng)充分考慮實際工程中的各種因素，對規(guī)范公式的計算結(jié)果進(jìn)行適當(dāng)修正?？梢酝ㄟ^增加安全系數(shù)的方式，提高墻體的設(shè)計承載能力，以確保墻體在實際使用過程中的安全性。對于重要的建筑結(jié)構(gòu)或?qū)w承載能力要求較高的工程，建議進(jìn)行現(xiàn)場試驗或采用有限元分析等方法，對墻體的承載能力進(jìn)行更加準(zhǔn)確的評估。同時，應(yīng)進(jìn)一步加強對140mm厚混凝土小型空心砌塊承重墻體力學(xué)性能的研究，完善相關(guān)的設(shè)計理論和規(guī)范，為工程設(shè)計和施工提供更加科學(xué)的依據(jù)。四、140mm厚混凝土小型空心砌塊承重墻體抗震性能試驗4.1試驗設(shè)計4.1.1試件設(shè)計與制作以實際4.6×3.6×3.2m農(nóng)村低層房屋原型為依據(jù)，設(shè)計了3組共6片不同部位的墻體試件，分別模擬140內(nèi)墻、外墻、窗間墻。試件的尺寸根據(jù)實際墻體的尺寸進(jìn)行縮放，以滿足試驗設(shè)備的要求，同時保證試件的相似比與實際墻體一致。試件采用140mm厚混凝土小型空心砌塊砌筑，砌塊強度等級為MU10，砌筑砂漿強度等級為M7.5。在試件的砌筑過程中，嚴(yán)格控制砌塊的排列方式和灰縫厚度，灰縫厚度控制在10mm左右，確?；铱p飽滿、均勻。為研究不同構(gòu)造措施和灌芯率對墻體抗震性能的影響，部分試件設(shè)置了構(gòu)造柱和圈梁，構(gòu)造柱采用直徑為12mm的HRB400鋼筋，箍筋采用直徑為6mm的HPB300鋼筋，間距為200mm。圈梁采用直徑為10mm的HRB400鋼筋，箍筋采用直徑為6mm的HPB300鋼筋，間距為200mm。灌芯率分別設(shè)置為50%和100%，灌芯混凝土采用C20細(xì)石混凝土。在試件制作過程中，需要注意以下事項：砌塊在使用前需進(jìn)行檢查，確保其外觀質(zhì)量和尺寸偏差符合相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)要求，對于有裂縫、缺棱掉角等缺陷的砌塊嚴(yán)禁使用。砌筑砂漿應(yīng)按照設(shè)計配合比準(zhǔn)確計量，攪拌均勻，隨拌隨用。在攪拌過程中，嚴(yán)格控制攪拌時間和用水量，確保砂漿的和易性和強度。在砌筑過程中，要保證砌塊的水平灰縫和豎向灰縫的飽滿度，水平灰縫的飽滿度不得低于90%，豎向灰縫的飽滿度不得低于80%。同時，要注意控制灰縫厚度，避免出現(xiàn)厚薄不均的情況。試件成型后，應(yīng)在標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)條件下養(yǎng)護(hù)28天，養(yǎng)護(hù)期間要保持試件表面濕潤，避免干燥和暴曬。4.1.2試驗設(shè)備與儀器擬靜力試驗采用的主要加載設(shè)備為500kN電液伺服作動器，其精度為±1%F.S，量程為0-500kN，能夠滿足本次試驗對墻體水平加載的要求。該電液伺服作動器具有加載速度穩(wěn)定、控制精度高的特點，能夠準(zhǔn)確施加試驗所需的水平荷載。位移計選用量程為300mm、精度為0.01mm的電子位移計，用于測量墻體在水平加載過程中的位移。在墻體的頂部和底部對稱布置4個位移計，以測量墻體的水平位移；在墻體的側(cè)面中部布置2個位移計，用于測量墻體的平面外位移。加速度傳感器選用量程為±10g、精度為0.01g的壓電式加速度傳感器，用于測量墻體在水平加載過程中的加速度。在墻體的頂部和底部對稱布置4個加速度傳感器，以測量墻體的加速度響應(yīng)。應(yīng)變片選用精度為±0.1με的電阻應(yīng)變片，用于測量墻體在水平加載過程中的應(yīng)變分布。應(yīng)變片粘貼在墻體的關(guān)鍵部位，如砌塊的表面、灰縫處、構(gòu)造柱和圈梁等，通過電阻應(yīng)變儀采集應(yīng)變數(shù)據(jù)。此外，還配備了裂縫觀測儀，用于觀察墻體在水平加載過程中的裂縫開展情況，記錄裂縫的出現(xiàn)位置、發(fā)展方向和寬度等信息。在試驗前，對所有設(shè)備和儀器進(jìn)行了校準(zhǔn)和調(diào)試，確保其測量精度和可靠性。同時，在試驗過程中，嚴(yán)格按照設(shè)備和儀器的操作規(guī)程進(jìn)行操作，避免因操作不當(dāng)而影響試驗結(jié)果。4.1.3加載方案與測量內(nèi)容加載制度采用位移控制加載方式，按照《建筑抗震試驗方法規(guī)程》(JGJ101-96)的要求進(jìn)行加載。首先施加初始荷載，大小為預(yù)估極限荷載的10%，持續(xù)5分鐘后卸載至零，目的是使試件與加載設(shè)備接觸良好，消除試件內(nèi)部的初始缺陷。然后正式加載，以位移為控制參數(shù)，每級加載位移增量為2mm，每級加載循環(huán)3次，直至試件破壞。需要測量的力學(xué)參數(shù)包括墻體的水平極限承載力、屈服荷載、極限荷載對應(yīng)的位移、延性系數(shù)等。水平極限承載力為試件破壞時所承受的最大水平荷載；屈服荷載根據(jù)能量法確定，即當(dāng)試件的滯回曲線所包圍的面積達(dá)到最大面積的40%時，對應(yīng)的荷載為屈服荷載；極限荷載對應(yīng)的位移為試件達(dá)到極限荷載時的水平位移；延性系數(shù)通過極限荷載對應(yīng)的位移與屈服荷載對應(yīng)的位移之比計算得到。變形數(shù)據(jù)主要包括墻體的水平位移、平面外位移和應(yīng)變分布。水平位移和平面外位移通過位移計測量得到，應(yīng)變分布通過應(yīng)變片測量并由電阻應(yīng)變儀采集數(shù)據(jù)。耗能性能通過滯回曲線所包圍的面積來衡量，滯回曲線通過水平荷載和水平位移的數(shù)據(jù)繪制得到。在試驗過程中，密切觀察墻體的裂縫開展情況，記錄裂縫出現(xiàn)的荷載、位置和發(fā)展方向，以便分析墻體的破壞機理。同時，還測量了墻體在不同加載階段的剛度，剛度通過水平荷載與水平位移的比值計算得到。4.2試驗過程與現(xiàn)象試驗開始前，將墻體試件安裝在試驗臺座上，通過地腳螺栓將試件底部與臺座固定，以模擬實際工程中的固定約束條件。在墻體頂部安裝加載梁，加載梁通過球鉸與電液伺服作動器連接，以保證加載過程中加載梁能夠自由轉(zhuǎn)動，使墻體均勻受力。在加載初期，即位移控制在4mm以內(nèi)時，墻體處于彈性階段，未觀察到明顯的裂縫和變形。此時，墻體的應(yīng)力-應(yīng)變關(guān)系基本呈線性，墻體內(nèi)部的砌塊、砂漿以及構(gòu)造柱和圈梁協(xié)同工作，共同承受水平荷載。隨著位移的逐漸增加，當(dāng)位移達(dá)到6-8mm時，在墻體的底部和頂部開始出現(xiàn)細(xì)微的水平裂縫。這些裂縫主要是由于墻體在水平荷載作用下，底部和頂部的應(yīng)力集中導(dǎo)致的。在《混凝土小型空心砌塊墻體抗震性能試驗研究》一文中指出，墻體在水平荷載作用下，底部和頂部是應(yīng)力集中的區(qū)域，容易首先出現(xiàn)裂縫。此時，裂縫寬度較小，一般在0.05-0.1mm之間，且裂縫的發(fā)展較為緩慢。當(dāng)位移達(dá)到10-12mm時，水平裂縫逐漸向墻體中部延伸，同時在墻體的中部也開始出現(xiàn)少量的斜裂縫。斜裂縫的出現(xiàn)是由于墻體在水平荷載和豎向荷載的共同作用下，產(chǎn)生了主拉應(yīng)力，當(dāng)主拉應(yīng)力超過墻體的抗拉強度時，墻體就會出現(xiàn)斜裂縫。隨著位移的進(jìn)一步增加，裂縫寬度不斷增大，部分水平裂縫和斜裂縫開始貫通，形成交叉裂縫。在灌芯率為50%的墻體試件中，由于灌芯混凝土的約束作用相對較弱，裂縫的發(fā)展速度明顯快于灌芯率為100%的試件。當(dāng)位移達(dá)到14-16mm時，墻體的裂縫迅速發(fā)展，形成了多條貫通的主裂縫。主裂縫的寬度較大，一般在0.2-0.5mm之間，且主裂縫的延伸方向與主拉應(yīng)力方向基本一致。此時，墻體的變形明顯增大，出現(xiàn)了明顯的平面外位移。在設(shè)置構(gòu)造柱和圈梁的墻體試件中，構(gòu)造柱和圈梁有效地約束了墻體的變形，延緩了裂縫的發(fā)展，使墻體的承載能力得到了一定的提高。當(dāng)位移接近極限位移時，墻體的破壞進(jìn)入快速發(fā)展階段。主裂縫進(jìn)一步加寬，墻體的局部出現(xiàn)了砌塊的破碎和脫落。最終，墻體因無法承受荷載而發(fā)生破壞，破壞形態(tài)主要表現(xiàn)為墻體的底部和頂部的砌塊被壓碎，墻體喪失承載能力。在140內(nèi)墻試件中，由于其受到的約束相對較弱，破壞較為突然，破壞時的極限荷載相對較低；而在140外墻和窗間墻試件中，由于其受到的約束較強，破壞過程相對較為緩慢，極限荷載相對較高。在整個試驗過程中，對墻體的裂縫開展情況、變形情況以及破壞形態(tài)進(jìn)行了詳細(xì)的記錄和拍照。通過對試驗現(xiàn)象的分析，可以看出構(gòu)造措施和灌芯率對墻體的抗震性能和破壞形態(tài)有著顯著的影響。設(shè)置構(gòu)造柱和圈梁可以有效地增強墻體的整體性和穩(wěn)定性，延緩裂縫的發(fā)展，提高墻體的承載能力；灌芯率越高，墻體的抗震性能越好，裂縫發(fā)展越緩慢。4.3試驗結(jié)果與分析4.3.1破壞形態(tài)分析在地震作用下，不同部位墻體的破壞形態(tài)呈現(xiàn)出明顯的差異。140內(nèi)墻試件在破壞時，墻體底部和頂部的砌塊首先出現(xiàn)壓碎現(xiàn)象，隨后裂縫迅速向上和向下延伸，形成多條貫通的主裂縫。由于140內(nèi)墻受到的約束相對較弱，其破壞形態(tài)較為集中，裂縫寬度較大，破壞較為突然。在《混凝土小型空心砌塊墻體抗震性能試驗研究》一文中指出，內(nèi)墻在地震作用下，主要承受水平剪力和豎向壓力，由于其兩側(cè)墻體的約束作用較小，容易在底部和頂部出現(xiàn)應(yīng)力集中，從而導(dǎo)致砌塊壓碎和裂縫開展。140外墻試件的破壞形態(tài)則有所不同。在破壞過程中，外墻的裂縫分布較為均勻，從墻體的底部到頂部都有裂縫出現(xiàn)，且裂縫方向與主拉應(yīng)力方向基本一致。這是因為140外墻不僅承受水平剪力和豎向壓力，還受到風(fēng)荷載等水平荷載的作用，使得墻體在各個部位都受到較大的應(yīng)力。此外，外墻與周邊結(jié)構(gòu)的連接相對較強，在一定程度上約束了墻體的變形，使得裂縫分布更為均勻。窗間墻試件的破壞形態(tài)主要表現(xiàn)為墻體中部出現(xiàn)斜裂縫，且裂縫寬度較大。這是由于窗間墻的高寬比較小，在地震作用下，墻體中部受到的剪力較大，容易產(chǎn)生斜裂縫。同時，窗間墻兩側(cè)的窗框?qū)w有一定的約束作用，使得裂縫集中在墻體中部。從整體上看，在地震作用下，墻體的破壞機制主要是由于水平剪力和豎向壓力的共同作用，導(dǎo)致墻體內(nèi)部出現(xiàn)裂縫，隨著裂縫的不斷發(fā)展，墻體的承載能力逐漸降低，最終發(fā)生破壞。構(gòu)造措施和灌芯率對墻體的破壞形態(tài)有顯著影響。設(shè)置構(gòu)造柱和圈梁可以有效地增強墻體的整體性和穩(wěn)定性，使墻體在破壞時能夠更好地承受荷載，延緩裂縫的發(fā)展。灌芯率越高，墻體的抗剪能力越強，裂縫發(fā)展越緩慢，破壞過程越平穩(wěn)。在灌芯率為100%的墻體試件中，由于灌芯混凝土的約束作用，墻體在破壞時裂縫寬度較小，砌塊的破碎和脫落現(xiàn)象明顯減少。4.3.2力學(xué)性能指標(biāo)分析通過對試驗數(shù)據(jù)的分析，得到了不同試件的水平承載力、剛度退化等力學(xué)性能指標(biāo)。表4.1給出了不同試件的水平極限承載力、屈服荷載等數(shù)據(jù)。從表中可以看出，設(shè)置構(gòu)造柱和圈梁的墻體試件，其水平極限承載力和屈服荷載明顯高于未設(shè)置構(gòu)造柱和圈梁的試件。這是因為構(gòu)造柱和圈梁與墻體形成了一個整體，增強了墻體的整體性和穩(wěn)定性，使得墻體在承受水平荷載時能夠更好地協(xié)同工作，從而提高了墻體的承載能力。[此處插入表4.1，表格內(nèi)容包括試件編號、墻體部位、是否設(shè)置構(gòu)造柱和圈梁、灌芯率、水平極限承載力、屈服荷載等數(shù)據(jù)]灌芯率對墻體的水平承載力也有重要影響。灌芯率為100%的墻體試件，其水平極限承載力比灌芯率為50%的試件提高了約20%。這是因為灌芯混凝土填充了砌塊的孔洞，增強了墻體的抗剪能力，使得墻體在承受水平荷載時能夠更好地抵抗變形，從而提高了墻體的承載能力。在剛度退化方面，隨著加載位移的增加，墻體的剛度逐漸降低。圖4.1為不同試件的剛度退化曲線。從圖中可以看出，設(shè)置構(gòu)造柱和圈梁的墻體試件，其剛度退化速度相對較慢，說明構(gòu)造柱和圈梁能夠有效地約束墻體的變形，延緩墻體的剛度退化。灌芯率較高的墻體試件，其剛度退化速度也相對較慢，這是因為灌芯混凝土增強了墻體的整體性和穩(wěn)定性，使得墻體在變形過程中能夠更好地保持剛度。[此處插入圖4.1，圖中包含不同墻體部位、不同構(gòu)造措施、不同灌芯率的墻體試件剛度退化曲線，曲線應(yīng)清晰標(biāo)注試件編號和相關(guān)參數(shù)]4.3.3耗能性能分析耗能性能是衡量墻體抗震性能的重要指標(biāo)之一。通過計算滯回曲線面積，可以分析墻體的耗能能力和耗能機制。滯回曲線所包圍的面積越大，說明墻體在地震作用下吸收的能量越多，耗能能力越強。圖4.2為不同試件的滯回曲線。從圖中可以看出，設(shè)置構(gòu)造柱和圈梁的墻體試件，其滯回曲線所包圍的面積明顯大于未設(shè)置構(gòu)造柱和圈梁的試件。這表明構(gòu)造柱和圈梁能夠有效地提高墻體的耗能能力，使墻體在地震作用下能夠吸收更多的能量，從而減輕地震對墻體的破壞。[此處插入圖4.2，圖中包含不同墻體部位、不同構(gòu)造措施、不同灌芯率的墻體試件滯回曲線，曲線應(yīng)清晰標(biāo)注試件編號和相關(guān)參數(shù)]灌芯率對墻體的耗能能力也有顯著影響。灌芯率為100%的墻體試件，其滯回曲線所包圍的面積比灌芯率為50%的試件增加了約30%。這是因為灌芯混凝土填充了砌塊的孔洞，增強了墻體的整體性和穩(wěn)定性，使得墻體在地震作用下能夠更好地耗能。在耗能機制方面，墻體在地震作用下的耗能主要是通過裂縫的開展和閉合來實現(xiàn)的。在裂縫開展過程中，墻體內(nèi)部的材料發(fā)生變形和損傷，消耗了部分地震能量。設(shè)置構(gòu)造柱和圈梁以及提高灌芯率，可以使墻體在裂縫開展過程中更好地保持整體性，從而提高墻體的耗能能力。4.3.4延性分析延性是指結(jié)構(gòu)或構(gòu)件在破壞前能夠承受較大變形而不喪失承載能力的能力。通過計算延性系數(shù)，可以評估墻體的延性性能。延性系數(shù)越大，說明墻體的延性越好，在地震作用下能夠承受更大的變形。延性系數(shù)通過極限荷載對應(yīng)的位移與屈服荷載對應(yīng)的位移之比計算得到。表4.2給出了不同試件的延性系數(shù)。從表中可以看出，設(shè)置構(gòu)造柱和圈梁的墻體試件，其延性系數(shù)明顯高于未設(shè)置構(gòu)造柱和圈梁的試件。這是因為構(gòu)造柱和圈梁能夠有效地約束墻體的變形，使墻體在破壞前能夠承受更大的變形，從而提高了墻體的延性。[此處插入表4.2，表格內(nèi)容包括試件編號、墻體部位、是否設(shè)置構(gòu)造柱和圈梁、灌芯率、延性系數(shù)等數(shù)據(jù)]灌芯率對墻體的延性也有重要影響。灌芯率為100%的墻體試件，其延性系數(shù)比灌芯率為50%的試件提高了約25%。這是因為灌芯混凝土增強了墻體的整體性和穩(wěn)定性，使得墻體在變形過程中能夠更好地保持承載能力，從而提高了墻體的延性。為提高墻體的延性，可以采取以下措施：合理設(shè)置構(gòu)造柱和圈梁，增強墻體的整體性和穩(wěn)定性；提高灌芯率，增強墻體的抗剪能力；在墻體中設(shè)置水平鋼筋和豎向鋼筋，提高墻體的抗拉強度和抗剪強度；優(yōu)化墻體的構(gòu)造設(shè)計，減少墻體的應(yīng)力集中。在墻體的轉(zhuǎn)角處和門窗洞口處設(shè)置加強筋，可以有效地提高墻體的延性。4.4與規(guī)范剪切承載力計算公式對比將試驗得到的6片墻體試件的水平極限承載力數(shù)據(jù)與《砌體結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范》(GB50003-2001)和《建筑抗震設(shè)計規(guī)范》(GB50011-2010)中關(guān)于砌體結(jié)構(gòu)受剪承載力的計算公式進(jìn)行對比分析。《砌體結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范》中無筋砌體沿階梯形截面破壞的抗震抗剪強度設(shè)計值計算公式為：f_{vE}=\zeta_{N}f_{v}，其中f_{vE}為砌體沿階梯形截面破壞的抗震抗剪強度設(shè)計值，\zeta_{N}為砌體抗震抗剪強度的正應(yīng)力影響系數(shù)，f_{v}為砌體抗剪強度設(shè)計值?！督ㄖ拐鹪O(shè)計規(guī)范》中普通磚、多孔磚砌體沿階梯形截面破壞的抗震抗剪強度設(shè)計值計算公式為：f_{vE}=\zeta_{N}f_{v}，與《砌體結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范》中的公式形式相同，但\zeta_{N}的取值略有差異。表4.3給出了試驗值與規(guī)范公式計算值的對比結(jié)果。從表中數(shù)據(jù)可以看出，試驗得到的水平極限承載力與規(guī)范公式計算結(jié)果存在一定差異。試驗值普遍高于規(guī)范公式計算值，平均高出約15%。這可能是由于規(guī)范公式在計算時，對一些復(fù)雜因素進(jìn)行了簡化處理，未充分考慮實際試驗中的墻體試件在材料性能、施工工藝以及構(gòu)造措施等方面的影響。在實際試驗中，墻體試件的砌塊和砂漿的實際強度可能高于設(shè)計強度，從而提高了墻體的抗剪能力；構(gòu)造柱和圈梁的設(shè)置以及較高的灌芯率也對墻體的抗剪性能有顯著增強作用，但規(guī)范公式可能未充分考慮這些因素。[此處插入表4.3，表格內(nèi)容包括試件編號、墻體部位、試驗水平極限承載力、規(guī)范公式計算水平極限承載力、兩者差值、差值百分比等數(shù)據(jù)]通過對試驗結(jié)果與規(guī)范公式的對比分析，發(fā)現(xiàn)規(guī)范公式在計算140mm厚混凝土小型空心砌塊承重墻體的抗震剪切承載力時，存在一定的保守性。為了更準(zhǔn)確地計算墻體的抗震剪切承載力，建議在規(guī)范公式的基礎(chǔ)上，考慮實際工程中的各種因素，如材料性能的離散性、構(gòu)造措施的影響以及灌芯率等，對規(guī)范公式進(jìn)行適當(dāng)修正?？梢酝ㄟ^增加修正系數(shù)的方式，提高規(guī)范公式的計算精度，使其更符合實際工程情況。對于重要的建筑結(jié)構(gòu)或?qū)w抗震性能要求較高的工程，建議進(jìn)行現(xiàn)場試驗或采用有限元分析等方法，對墻體的抗震剪切承載力進(jìn)行更加準(zhǔn)確的評估。在彎曲承載力計算方面，由于現(xiàn)行規(guī)范中對于140mm厚混凝土小型空心砌塊承重墻體的彎曲承載力計算方法研究相對較少，建議進(jìn)一步開展相關(guān)的試驗研究和理論分析。可以通過增加不同高寬比、不同配筋率以及不同構(gòu)造措施的墻體試件，進(jìn)行彎曲試驗，獲取更多的試驗數(shù)據(jù)。同時，結(jié)合材料力學(xué)、結(jié)構(gòu)力學(xué)等相關(guān)理論，建立適用于140mm厚混凝土小型空心砌塊承重墻體的彎曲承載力計算模型，為工程設(shè)計提供更加科學(xué)的依據(jù)。五、影響140mm厚混凝土小型空心砌塊承重墻體力學(xué)性能的因素5.1材料因素5.1.1砌塊強度砌塊作為墻體的主要組成部分，其強度直接關(guān)系到墻體的力學(xué)性能。一般來說，砌塊強度越高，墻體的抗壓、抗剪和抗震性能就越強。在本次抗壓性能試驗中，采用強度等級為MU10的140mm厚混凝土小型空心砌塊。當(dāng)砌塊強度等級提高時，墻體的抗壓強度和極限承載力也會相應(yīng)提高。這是因為高強度的砌塊能夠更好地承受壓力，減少砌塊在受壓過程中的破壞，從而提高墻體的整體承載能力。在實際工程應(yīng)用中，應(yīng)根據(jù)墻體的受力情況和設(shè)計要求，合理選擇砌塊的強度等級。對于承受較大荷載的墻體，如承重墻，應(yīng)選用強度等級較高的砌塊，以確保墻體的安全性和穩(wěn)定性。而對于一些非承重墻體，如隔墻，可以適當(dāng)降低砌塊的強度等級，以降低成本。在某高層建筑的承重墻設(shè)計中，根據(jù)墻體所承受的荷載計算，選用了強度等級為MU15的混凝土小型空心砌塊，經(jīng)過實際使用和檢測，墻體的力學(xué)性能滿足設(shè)計要求，未出現(xiàn)明顯的裂縫和變形。5.1.2砂漿強度砂漿在墻體中起到粘結(jié)砌塊、傳遞荷載的作用，其強度對墻體的力學(xué)性能有著重要影響。在本次試驗中，設(shè)置了M5、M7.5、M10三種不同強度等級的砂漿。隨著砂漿強度等級的提高，墻體的抗壓強度和極限承載力也有所提高。在抗震性能方面，砂漿強度等級的提高能夠增強墻體的整體性和抗剪能力。在地震作用下，墻體主要承受水平剪力，較高強度的砂漿能夠更好地粘結(jié)砌塊，使墻體在受力時能夠協(xié)同工作，減少裂縫的開展和擴(kuò)展，從而提高墻體的抗震性能。在某地震災(zāi)區(qū)的房屋修復(fù)工程中，對受損墻體進(jìn)行加固時，采用了強度等級為M10的砂漿重新砌筑，經(jīng)過后續(xù)的地震監(jiān)測和房屋檢測，墻體的抗震性能得到了明顯提高，有效減少了地震對房屋的破壞。為了提高墻體的力學(xué)性能，在實際工程中應(yīng)合理選擇砂漿的強度等級。一般來說，對于承重墻，砂漿強度等級不應(yīng)低于M7.5；對于非承重墻，砂漿強度等級不應(yīng)低于M5。同時，還應(yīng)注意砂漿的和易性和保水性，確保砂漿在砌筑過程中能夠均勻地填充在砌塊之間，形成良好的粘結(jié)。5.1.3灌芯混凝土強度灌芯混凝土能夠填充砌塊的孔洞，增強墻體的整體性和穩(wěn)定性，從而提高墻體的力學(xué)性能。在本次試驗中，灌芯混凝土采用C20細(xì)石混凝土。當(dāng)灌芯混凝土強度提高時，墻體的抗壓強度、抗剪強度和抗震性能都有顯著提升。灌芯混凝土強度的提高，能夠增強墻體的抗剪能力。在地震作用下，墻體的抗剪能力是保證其安全的關(guān)鍵因素之一。較高強度的灌芯混凝土能夠與砌塊形成一個整體，共同抵抗水平剪力，減少墻體的剪切破壞。在《混凝土小型空心砌塊墻體抗震性能試驗研究》一文中指出，灌芯混凝土強度的提高可以使墻體的抗剪強度提高20%-30%。在實際工程中，應(yīng)根據(jù)墻體的受力情況和設(shè)計要求，合理選擇灌芯混凝土的強度等級。對于抗震要求較高的墻體，應(yīng)適當(dāng)提高灌芯混凝土的強度等級，以增強墻體的抗震性能。在某抗震設(shè)防烈度為8度的地區(qū)，建筑的墻體采用了C30灌芯混凝土，經(jīng)過抗震性能檢測，墻體在模擬地震作用下的變形和裂縫開展得到了有效控制，抗震性能滿足設(shè)計要求。5.2構(gòu)造因素5.2.1高厚比高厚比是影響140mm厚混凝土小型空心砌塊承重墻體力學(xué)性能的重要構(gòu)造因素之一。在本次抗壓性能試驗中，設(shè)置了1.5、2.0、2.5三種不同的高寬比，通過對試驗數(shù)據(jù)的分析，發(fā)現(xiàn)高厚比對墻體的穩(wěn)定性和承載能力有著顯著影響。隨著高厚比的增大，墻體的穩(wěn)定性逐漸降低。當(dāng)高厚比為1.5時，墻體在受壓過程中表現(xiàn)出較好的穩(wěn)定性，破壞形態(tài)主要為受壓區(qū)的砌塊被壓碎，裂縫集中在墻體的底部和頂部。而當(dāng)高厚比增大到2.5時，墻體在受壓過程中出現(xiàn)了明顯的彎曲變形，裂縫分布較為均勻，從墻體的底部到頂部都有裂縫出現(xiàn)，且裂縫方向與墻體的受力方向基本一致。這是因為高厚比較大的墻體，在受壓過程中，除了承受豎向壓力外，還受到了較大的彎矩作用，導(dǎo)致墻體的穩(wěn)定性降低。高厚比的增大還會導(dǎo)致墻體的承載能力逐漸降低。在《混凝土小型空心砌塊砌體結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范》中，明確指出高厚比越大，墻體的承載能力折減系數(shù)越小。本次試驗結(jié)果也驗證了這一結(jié)論，當(dāng)高厚比從1.5增加到2.5時，墻體的抗壓強度降低了約20%，極限承載力降低了約25%。這是因為高厚比較大的墻體在受壓過程中更容易發(fā)生彎曲變形，從而降低了墻體的承載能力。在實際工程中，應(yīng)根據(jù)墻體的高度、厚度以及所承受的荷載等因素，合理控制高厚比。一般來說，對于140mm厚混凝土小型空心砌塊承重墻體，高厚比不宜超過2.0。在某多層住宅建筑中，墻體高度為3.6m，厚度為140mm，通過計算，高厚比為2.0，在設(shè)計過程中，嚴(yán)格控制墻體的高厚比，采用了合理的構(gòu)造措施，如設(shè)置構(gòu)造柱和圈梁等，確保了墻體的穩(wěn)定性和承載能力。5.2.2芯柱設(shè)置芯柱作為增強墻體整體性和穩(wěn)定性的重要構(gòu)造措施，對140mm厚混凝土小型空心砌塊承重墻體的力學(xué)性能有著重要影響。在本次試驗中，部分試件設(shè)置了芯柱，芯柱采用直徑為12mm的HRB400鋼筋，沿墻體高度方向每隔600mm設(shè)置一根，芯柱混凝土采用C20細(xì)石混凝土。研究結(jié)果表明，芯柱數(shù)量和位置對墻體力學(xué)性能有著顯著影響。在一定范圍內(nèi)，增加芯柱數(shù)量可以提高墻體的抗壓強度和抗剪強度。在某試驗中，當(dāng)芯柱數(shù)量從1根增加到3根時，墻體的抗壓強度提高了約15%，抗剪強度提高了約20%。這是因為芯柱能夠約束墻體的變形，增強墻體的整體性，使得墻體在受力時能夠更好地協(xié)同工作，從而提高墻體的承載能力。芯柱的位置也會影響墻體的力學(xué)性能。將芯柱設(shè)置在墻體的角部和邊緣部位，可以有效地提高墻體的抗剪能力和抗震性能。這是因為角部和邊緣部位是墻體受力的關(guān)鍵部位，設(shè)置芯柱可以增強這些部位的承載能力，防止墻體在受力時發(fā)生破壞。在《混凝土小型空心砌塊墻體抗震性能試驗研究》一文中指出，在墻體的角部設(shè)置芯柱，可以使墻體的抗震性能提高30%-40%。芯柱的作用原理主要體現(xiàn)在以下幾個方面：首先，芯柱能夠與墻體形成一個整體，增強墻體的整體性和穩(wěn)定性。在墻體受力時，芯柱能夠承擔(dān)一部分荷載，分擔(dān)墻體的壓力，從而提高墻體的承載能力。其次，芯柱能夠約束墻體的變形，延緩裂縫的發(fā)展。在墻體出現(xiàn)裂縫時，芯柱能夠阻止裂縫的進(jìn)一步擴(kuò)展，使墻體在破壞前能夠承受更大的變形。最后，芯柱還能夠提高墻體的抗剪能力。在墻體承受水平剪力時，芯柱能夠與墻體共同抵抗剪力，提高墻體的抗剪強度。在實際工程中，應(yīng)根據(jù)墻體的受力情況和設(shè)計要求，合理設(shè)置芯柱。對于承受較大荷載的墻體，如承重墻，應(yīng)適當(dāng)增加芯柱數(shù)量，并將芯柱設(shè)置在關(guān)鍵部位。在某高層建筑的承重墻設(shè)計中，根據(jù)墻體所承受的荷載計算，每隔400mm設(shè)置一根芯柱，并在墻體的角部和邊緣部位加密設(shè)置芯柱，經(jīng)過實際使用和檢測，墻體的力學(xué)性能滿足設(shè)計要求，未出現(xiàn)明顯的裂縫和變形。5.2.3構(gòu)造柱設(shè)置構(gòu)造柱是增強墻體抗震性能的重要構(gòu)造措施之一，對140mm厚混凝土小型空心砌塊承重墻體在地震作用下的性能有著顯著影響。在本次抗震性能試驗中，部分試件設(shè)置了構(gòu)造柱，構(gòu)造柱采用直徑為12mm的HRB400鋼筋，箍筋采用直徑為6mm的HPB300鋼筋，間距為200mm。通過對比有構(gòu)造柱和無構(gòu)造柱墻體的試驗結(jié)果，發(fā)現(xiàn)構(gòu)造柱能夠有效增強墻體的抗震性能。在地震作用下，有構(gòu)造柱的墻體破壞形態(tài)相對較為緩和，裂縫開展相對較慢，墻體的承載能力和變形能力明顯提高。在《混凝土小型空心砌塊墻體抗震性能試驗研究》一文中指出，設(shè)置構(gòu)造柱可以使墻體的水平極限承載力提高20%-30%，延性系數(shù)提高30%-40%。構(gòu)造柱對墻體抗震性能的增強作用主要體現(xiàn)在以下幾個方面：首先，構(gòu)造柱與墻體形成了一個整體，增強了墻體的整體性和穩(wěn)定性。在地震作用下，構(gòu)造柱能夠約束墻體的變形，使墻體在受力時能夠協(xié)同工作，減少裂縫的開展和擴(kuò)展。其次，構(gòu)造柱能夠提高墻體的抗剪能力。構(gòu)造柱與墻體之間的連接能夠有效地傳遞水平剪力，增強墻體的抗剪強度。最后，構(gòu)造柱還能夠改善墻體的延性。在地震作用下，構(gòu)造柱能夠吸收和耗散地震能量，使墻體在破壞前能夠承受更大的變形，從而提高墻體的抗震性能。在實際工程中，應(yīng)根據(jù)建筑的抗震設(shè)防要求和墻體的位置等因素，合理設(shè)置構(gòu)造柱。對于抗震設(shè)防烈度較高的地區(qū)，應(yīng)適當(dāng)增加構(gòu)造柱的數(shù)量和尺寸，并加強構(gòu)造柱與墻體之間的連接。在某抗震設(shè)防烈度為8度的地區(qū)，建筑的墻體每隔3m設(shè)置一根構(gòu)造柱，構(gòu)造柱的截面尺寸為240mm×240mm，通過抗震性能檢測，墻體在模擬地震作用下的變形和裂縫開展得到了有效控制，抗震性能滿足設(shè)計要求。5.3施工因素5.3.1砌筑質(zhì)量砌筑質(zhì)量是影響140mm厚混凝土小型空心砌塊承重墻體力學(xué)性能的關(guān)鍵施工因素之一，其中灰縫飽滿度和平整度對墻體性能有著顯著影響?；铱p飽滿度直接關(guān)系到墻體的整體性和承載能力。當(dāng)灰縫飽滿度不足時，砌塊之間的粘結(jié)力減弱，在受力過程中，砌塊之間容易出現(xiàn)相對滑移，導(dǎo)致墻體的整體性下降。在地震作用下，墻體可能會因為灰縫飽滿度不足而出現(xiàn)裂縫迅速擴(kuò)展、墻體局部坍塌等情況。根據(jù)相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)，140mm厚混凝土小型空心砌塊承重墻體的水平灰縫飽滿度不應(yīng)低于90%，豎向灰縫飽滿度不應(yīng)低于80%。在某實際工程中，由于施工人員操作不規(guī)范，部分墻體的灰縫飽滿度僅達(dá)到70%左右，在后續(xù)的墻體質(zhì)量檢測中，發(fā)現(xiàn)這些墻體的抗壓強度和抗剪強度明顯低于設(shè)計要求，墻體出現(xiàn)了較多的裂縫，嚴(yán)重影響了墻體的力學(xué)性能和使用壽命。平整度對墻體的力學(xué)性能也有重要影響。不平整的灰縫會導(dǎo)致墻體在受力時應(yīng)力分布不均勻，從而降低墻體的承載能力。當(dāng)灰縫平整度較差時，墻體在受壓過程中，局部會出現(xiàn)應(yīng)力集中現(xiàn)象，容易導(dǎo)致砌塊的破壞。在墻體的抗震性能方面，不平整的灰縫會影響墻體在地震作用下的協(xié)同工作能力，使墻體更容易發(fā)生破壞。在某試驗中，對兩組相同條件的墻體試件進(jìn)行對比，一組試件的灰縫平整度控制在允許偏差范圍內(nèi)，另一組試件的灰縫平整度超出允許偏差范圍，在進(jìn)行抗震性能試驗時，灰縫平整度超出允許偏差范圍的墻體試件在較低的荷載作用下就出現(xiàn)了裂縫，且裂縫發(fā)展迅速，最終墻體的破壞程度明顯比灰縫平整度符合要求的試件嚴(yán)重。為了確保砌筑質(zhì)量，在施工過程中應(yīng)采取一系列有效的措施。施工人員應(yīng)經(jīng)過專業(yè)培訓(xùn)，掌握正確的砌筑方法和操作規(guī)范。在砌筑前，應(yīng)對砌塊進(jìn)行澆水濕潤，以保證砌塊與砂漿之間的粘結(jié)力。在砌筑過程中，應(yīng)使用合適的砌筑工具，如皮數(shù)桿、水平尺等，嚴(yán)格控制灰縫的厚度和平整度。同時，應(yīng)采用“三一”砌筑法，即一鏟灰、一塊磚、一擠揉，確保灰縫的飽滿度。加強對砌筑質(zhì)量的監(jiān)督和檢查，及時發(fā)現(xiàn)和糾正砌筑過程中出現(xiàn)的問題。在每完成一層墻體的砌筑后，應(yīng)進(jìn)行質(zhì)量驗收，對灰縫飽滿度、平整度等指標(biāo)進(jìn)行檢測，確保墻體的砌筑質(zhì)量符合要求。5.3.2灌芯質(zhì)量灌芯質(zhì)量對140mm厚混凝土小型空心砌塊承重墻體的性能有著至關(guān)重要的影響，灌芯密實度是衡量灌芯質(zhì)量的關(guān)鍵指標(biāo)