陶粒增加加氣混凝土砌塊最有配合比和力學性能研究

文/李耀 長沙市城市建設科學研究院 湖南長沙 410000

據節能建筑的檢測和試點經驗表明，建筑節能50%目標的實現，圍護結構貢獻率為25%～30%，其占25%～30%【1】。由此可見，圍護結構的熱工性能決定建筑節能的成敗。加氣混凝土砌塊具有導熱系數低、隔熱防火、彈性模量低、抗凍性能好等特點得到了廣泛的應用，但是目前蒸壓加氣混凝土砌塊存在以、強度偏低、收縮較大等不足。本文擬用陶粒增強加氣混凝土砌塊，將加氣混凝土良好的物理性能和其承重能力合二為一【2】。

1、正交實驗研究

1.1 原材料選擇

采用P.O 42.5級普通硅酸鹽水泥，Ⅱ級的標準粉煤灰，一等品石灰，脫硫石膏、600級陶粒【3】、陶砂、水劑型鋁粉膏、自來水為基本原料。

1.2 正交實驗設計

正交試驗選擇水泥用量（A，5%、10%、15%、20%）、石灰用量（B，10%、15%、20%、25%）、石膏用量（C、1%、3%、5%、7%）、水膠比（D、0.55、0.60、0.65、0.70）及陶粒（采用600級普通陶粒，10%、30%、50%、70%）摻量E五個因素，并以干密度和立方體抗壓強度作為考核指標進行正交試驗。

1.3 砌塊制作

試件的制作過程為先進行各材料含水率的測試，再對表1.3的配合比進行調整，稱量后經過攪拌后，將料漿澆注到100mm×100mm×100mm的三聯模、600mm×240mm×200mm和600mm×200mm×100mm磨具中，經過發氣膨脹后，靜停，再經過蒸養后，切割“面包頭”。

1.4 試驗方法

干密度、立方體抗壓強度試驗方法參照《蒸壓加氣混凝土性能試驗方法》GB/T11969-2008步驟進行。

2、實驗結果分析

2.1 正交實驗結果分析

對試件干密度影響程度為水泥最為顯著，水膠比次之，石膏影響最小，要使得砌塊的干密度最小，對試件強度影響程度為水泥最為顯著，水膠比次之，石膏影響最小，要使得砌塊的強度最大。

2.2 各因素水平影響分析

通過實驗可以總結出各個因素對實驗指標的影響規律和各個因素間的主次關系，現在對各個因素水平的影響進行分析如下：

（1）水泥摻量對砌塊干密度和抗壓強度的影響 。水泥對砌塊干密度和強度的影響是隨著水泥用量的逐漸增加而逐漸增加。

（2）石灰摻量對砌塊干密度和抗壓強度的影響。砌塊干密度和抗壓強度隨著石灰用量的增加先增后減，在用量為小于20%時隨用量增加而增加，用量超過20%時隨著用量的增加而減小，在用量為20%干密度達到最大，同時抗壓強度也達到最大。

（3）石膏摻量對砌塊干密度和抗壓強度的影響。砌塊干密度和抗壓強度隨著石灰用量的增加先增后減，當石膏的摻量為5%的時候，干密度最大，當石膏的摻量為3%的時候，抗壓強度最大。

（4）水膠比對砌塊干密度和抗壓強度的影響。試件的密度和強度都是隨著水膠比的增加呈現先增后減小的趨勢。但水膠比在0.60時料漿的稠度有利于發氣，這時密度和強度都達到最大值。

（5）陶粒摻量對砌塊干密度和抗壓強度的影響。試件的密度隨著陶粒用量的增加而增加，而強度隨著陶粒用量的增加呈現先增后減的趨勢。

3、砌塊基本性能研究

3.1 生產工藝研究

本次采用生產工藝是建立在加氣混凝土砌塊傳統的生產工藝上，在配料、投料順序和攪拌時間上進行改進得到的：流程為按配合比進行原材料稱量——混合攪拌——澆注成型——切割——入釜蒸養（1.25MPa，恒溫八小時，其中195℃情況下2h）——出釜自然養護。

3.2 砌塊性能測試

對產品進行型式檢驗，檢驗指標均符合GB 11968-2006《蒸壓加氣混凝土砌塊》標準要求。干密度小于725kg/m3，屬于B07級，含水率大約為15.0%，吸水率在26.0%左右；立方體抗壓強度達到5.0MPa以上，屬于A5.0級；干燥收縮值測試值為0.42 mm/m＜0.80mm/m；經過15次凍融后砌塊的質量損失率小于5%，凍后強度大于4.0 MPa；導熱系數為0.157W/（m.K），屬于B06級，

4、砌塊砌體力學性能研究

主要研究采用陶粒加氣混凝土砌塊和專用砂漿砌筑的砌體的基本力學性能，包括砌體的軸心抗壓強度、砌體沿通縫截面抗剪強度試驗和砌體彎曲抗拉強度試驗。

4.1 砌體軸心抗壓強度試驗

（1）試件制作與試驗步驟

本試驗設計一組試件，每組6個試件。由主規格600mm×200mm×200mm和輔規格300mm×200mm×200mm砌塊砌成600mm×610mm×200mm的試件。

（2）破壞特征

試驗表明，陶粒加氣混凝土砌塊砌體和其它受壓砌體相似，從開始受壓至破壞的過程分為應力-應變彈性階段、裂縫開展階段及破壞階段。

（3）試驗結果

陶粒加氣混凝土砌體的抗壓強度試驗結果分別為3.91MPa、4.05MPa、3.90MPa、3.89MPa、3.89MPa、3.92MPa。

（4）與規范計算值對比

我國現行的《砌體結構設計規范》（GB 50003-2011）采用統一的表達式為：

計算得fm=3.52。根據表4.1砌體抗壓強度可知按規范公式計算是偏于保守的。

4.2 砌體沿通縫截面抗剪強度試驗

（1）試件制作與試驗步驟

試驗試件采用主規格尺寸為600mm×200mm×200mm和輔規格300mm×200mm×200mm與砌筑抗壓強度試件同用一盤M10專用砌筑砂漿，砌筑灰縫控制在5mm左右，共6個試驗試件。

（2）破壞特征

試驗過程中，抗剪試件的破壞呈脆性，破壞前沒有明顯征兆，當荷載達到極限破壞值時，試件突然喪失承載能力。試件破壞狀態多數呈砂漿灰縫處單剪面破壞，未出現雙剪面破壞。

（3）試驗結果

陶粒加氣混凝土砌體的抗剪強度試驗結果分別為0.30MPa、0.32MPa、0.31MPa、0.31MPa、0.31MPa、0.31MPa。

（4）與規范計算值對比

我國現行的《砌體結構設計規范》（GB 50003-2011）采用統一的表達式為：

計算得fv，m=0.30。砌體沿通縫的抗剪強度與規范公式計算值相近。

4.3 砌體彎曲抗拉強度試驗

（1）試件制作與試驗步驟

試驗試件采用主規格尺寸為600mm×200mm×200mm,共6個試驗試件。

（2）破壞特征

試驗過程中，沿通縫截面彎曲抗拉試件是脆性破壞，破壞前沒有明顯征兆。在本次試驗過程中試件破壞位置都在跨中1/3長度以內，為正常破壞情況。試件的破壞面均發生在水平灰縫的砂漿和砌塊的界面上。

（3）試驗結果

陶粒加氣混凝土砌體的抗彎強度試驗結果分別為0.19MPa、0.20MPa、0.20MPa、0.19MPa、0.19MPa、0.19MPa。

（4）與規范計算值對比

我國現行的《砌體結構設計規范》（GB 50003-2011）采用統一的表達式為：

計算得ftm,m=0.19。砌體沿通縫的彎曲抗拉強度與按規范公式計算值相近的。

結論：

陶粒對加氣混凝土砌塊的增強效果明顯，砌塊基本性能和砌體力學性能較好，改善加氣混凝土砌塊強度和開裂可以采用摻入陶粒。