高鈦渣混凝土空心砌塊墻體抗壓強度試驗研究

李 奎， 孫金坤， 王森平， 王 超， 潘宏清

(1. 西華大學土木建筑與環境學院， 四川成都 610000; 2. 攀枝花學院土木與建筑工程學院， 四川攀枝花 617000; 3. 滎經縣住房和城鄉建設局, 四川雅安 625200)

全高鈦重礦渣混凝土是在以往單一的利用高鈦重礦渣作粗骨料或磨細摻合料配制混凝土的基礎上，將兩者結合一并使用所配制的混凝土[1]。

混凝土空心砌塊是一種應用普遍的新型建筑材料，它具有節能、環保、輕質、制備高效等諸多優點。高鈦渣代替粗骨料制備混凝土空心砌塊具有易施工、生產過程免燒結、節能環保等多項優點， 經過減重后的砌塊更輕，保溫效果更好且非常節能，十分利于建筑墻體施工作業。

本文針對高鈦重礦渣混凝土砌塊墻體進行抗壓強度分析，為高鈦渣混凝土空心砌塊在實際工程中的應用提供依據[2-5]。

1 試驗概況

1.1 材料選擇

圖1 高鈦渣碎石

(2)細骨料：砂子采用山砂，細度模數為3.3，其顆粒級

表1 粗骨料參數

配篩余量如表2所示。

表2 砂子顆粒級配篩分

水泥：四川江油馬角壩水泥廠生產的32.5R級早強型水泥。

粉煤灰：鞏義市恒諾濾料有限公司生產的一級粉煤灰。主要成分化學材料見表3。

表3 粉煤灰化學成分 %

外加劑：混凝土中僅摻入早強劑，早強劑使用陜西秦奮建材有限公司生產的聚羧酸系高性能減水劑，產品型號為PCA，產品規格為Q8081均衡型。

水：實驗室自來水，符合JGJ63-2006《混凝土用水標準》的要求。

1.2 配合比優化設計

用高鈦渣作為混凝土粗骨料，先用4.75～26.5mm方孔篩篩選出連續級配的高鈦渣，然后用電子秤稱出需要的干燥的山砂，將兩者在攪拌機中攪拌均勻待混合料攪拌均勻后，將早強劑混合到水中并倒入攪拌均勻的混合料中。制成混凝土標準試塊。脫模后置于養護池中進行養護。測試每組試塊的抗壓強度，通過以上試驗，得出高鈦渣混凝土最佳配合比為1∶2.05∶3.35∶0.58∶0.22。

2 高鈦渣混凝土空心砌塊的制備

由于采用新型的墻體材料，其孔型、孔洞大小和排列方式以及壁厚、肋厚同普通試塊的差異必然會對砌塊的物理性能和墻體的力學性能有一定的影響[7]。

美國認知語言學家萊考夫（Lakof George）指出：“隱喻的實質是通過甲事物來理解和體驗乙事物。”譯者在進行隱喻翻譯時不僅要充分傳達隱喻的真實意義，而且要重塑喻體意象。喻體意象承載了豐厚的文化積淀，是最難準確傳遞的，也最容易經翻譯出現文化虧損。為了提供相對完整的語境，以便于判斷，下例摘錄一段較長的文字：

本研究利用ABAQUS有限元分析軟件，采用DC3D8對模擬砌塊進行單元劃分，通過對其力學性模擬分析，得出力學性能優異的砌塊(圖2)。

圖2 高鈦渣混凝土空心砌塊(單位:mm)

3 力學性能分析

3.1 試驗準備

將制備出的砌塊養護28d后砌筑成高長厚為1 000mm×600mm×190mm的墻體，砌筑完成后墻體置于自然通風的室內自然條件下養護28d，然后再進行墻體抗壓強度試驗。砌體抗壓試件如圖3所示。

圖3 砌體尺寸及傳感器布置(單位:mm)

砌筑采用強度等級為M7.5的普通水泥砂漿，其配合比水泥∶砂子∶水為1∶4.55∶1.01，墻體砌筑前在混凝土底板上鋪一層10mm左右厚的找平砂漿。

3.2 砌體抗壓承載力計算

砌體抗壓承載力依據我國無筋砌體的相關規范[2]，承載力計算公式如下：

N=φFA

(1)

式中：N為軸向承載力設計值；F為砌體的抗壓強度；A為砌體的受壓面積；φ為受壓構件承載力的影響系數。

β>3時，φ值的計算公式如下：

(2)

式中：e為軸向力的偏心距；h為軸向力偏心方向的邊長；a為砂漿強度等級影響系數；

(3)

β為構件的高厚比；H0為受壓構件的計算高度，查表確定。

將砌塊的抗壓強度和砂漿的抗壓強度代入式(1)～式(3)計算砌體的承載力為83.61kN。

3.3 試驗加載及試驗結果分析

加載過程參照GB/T50129-2011《砌體基本力學性能試驗方法標準》規范的中關于普通混凝土小型空心砌塊砌體的抗壓強度試驗的相關標準進行。加載試驗結果如圖4～圖6。

圖4 砌體裂縫開展情況

在對砌體施加荷載的過程中，裂縫首先砌塊薄壁處出現(圖4)，隨著荷載的進一步增加，裂縫逐漸延伸并加寬，同時在其他砌塊薄壁處逐漸會有新的裂縫出現。當最先開展的裂縫形成通縫后，砌體逐漸被分割成幾條獨立的柱體，當砌體中有一小部分發生失穩破壞時即判定砌體抗壓破壞停止試驗(圖5)。

荷載位移曲線如圖6所示。

圖5 砌體破壞形態

由墻體荷載與位移曲線(圖6)可以看出，當荷載增加到130kN時，砌體兩側的2號和3號位移計測得其縱向變形均值為1.1mm，兩測點縮短了1.1mm，砌體兩側的1號和4號位移計測得其的橫向變形的均值為1.5mm。可得：在此范圍內砌體處于受壓彈性變形階段。隨著荷載的進一步加大，砌體變形呈現線性增加的趨勢。結合此階段的砌體抗壓的實驗現象，可以發現砌體表面沒有裂縫出現，砌體處于彈性變形階段。

隨著荷載的不斷增加，墻體表面逐漸有裂縫出現并不斷延伸加寬(圖4)，墻體的裂縫逐步開展，墻體進入明顯的非線性受壓階段。

當荷載加載到160kN時，墻體出現異響，一側墻體開裂形成獨立柱體，隨著裂縫的開展和延伸，獨立柱體發生失穩破壞脫離墻體(圖5)。

4 結束語

(1)高鈦渣混凝土空心砌塊墻體的受壓破壞過程與普通混凝土空心砌塊墻體的受壓破壞類似，大概可以分為：彈性階段、裂縫出現階段和裂縫延長加寬的破壞階段。

(2)普通混凝土空心砌塊墻體的軸心受壓承載力計算公式計算的結果與高鈦渣混凝土空心砌塊的墻體抗壓強度試驗開裂荷載很接近，因此該砌體的軸心抗壓承載力的設計可以借鑒GB50003-2011《砌體結構設計規范》的中軸心受壓承載力的計算公式。

圖6 荷載—位移曲線

(3)通過ABAQUS建模分析，驗證了該孔型空心砌塊相較于市場上其他孔型的空心砌塊具有良好的力學性能和熱工性能。