一種高精度砌塊構(gòu)造設(shè)計及其性能研究

李南，陳晨，王春山 （.中信建筑設(shè)計研究總院有限公司，湖北 武漢 43004；.山東春天建材科技有限公司，山東 聊城 5600）

0 引言

“十三五”以來，我國開始大力發(fā)展裝配式建筑，裝配式墻體作為裝配式建筑的重要組成部分，逐漸實(shí)現(xiàn)了工廠化的構(gòu)件生產(chǎn)與現(xiàn)場施工組裝[1]。目前我國推廣使用的裝配式墻體主要有裝配式墻板墻體和裝配式砌塊墻體兩大類[2]，在裝配式墻板取得較大發(fā)展的同時，裝配式砌塊墻體的種類較少且部分僅停留在理論研究階段。本文在傳統(tǒng)裝配式砌塊的基礎(chǔ)上，設(shè)計研發(fā)一種高精度砌塊，通過自身構(gòu)造設(shè)計特點(diǎn)，使砌塊具有高精度、免砌筑、性能好、自重輕的特點(diǎn)，符合高精度拼裝式墻體免抹灰的要求，并在墻體組裝時可提高組裝靈活性、結(jié)構(gòu)穩(wěn)性，能靈活敷設(shè)管線。

1 高精度砌塊構(gòu)造設(shè)計

本文設(shè)計研發(fā)的高精度砌塊長度、高度、厚度尺寸允許偏差均小于1mm，明顯低于常規(guī)砌塊尺寸允許偏差，符合高精度拼裝式墻體免抹灰的要求。砌塊上、下部位均設(shè)置有精準(zhǔn)定位的企口榫頭和企口榫槽，砌塊寬度方向的兩個側(cè)壁之間設(shè)有多個加強(qiáng)肋，加強(qiáng)肋之間形成四個空腔，空腔上部四周設(shè)弧腋加強(qiáng)肋，砌塊底部設(shè)置有水平管線槽，砌塊上部企口榫頭兩側(cè)設(shè)置有水平拉結(jié)筋槽。砌塊構(gòu)造示意如圖1所示。

圖1 砌塊構(gòu)造示意圖

①大企口

砌塊的主要構(gòu)造特征是企口寬度大于砌塊寬度的60%。大企口具有企口榫頭寬、力學(xué)性能好、不易損壞，組裝成為墻體后結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性、抗震性好的優(yōu)點(diǎn)，避免了企口過小導(dǎo)致生產(chǎn)時易出現(xiàn)的物料不密實(shí)、不均勻、收縮變形大等質(zhì)量問題，使得企口精度更高，有利于生產(chǎn)。企口榫槽寬為水平管線槽的設(shè)置提供了充足的尺寸，可便捷地敷設(shè)管線，提高施工效率。

②豎向孔洞

砌塊由砌塊兩側(cè)的側(cè)壁、端部加強(qiáng)肋、橫向弧腋加強(qiáng)肋、中間加強(qiáng)肋圍合構(gòu)成4 個豎向孔洞。孔洞空腔拐角處設(shè)置弧腋加強(qiáng)肋，可以有效提高砌塊本身的豎向、側(cè)向強(qiáng)度。孔洞空腔上部四周設(shè)置豎向弧腋加強(qiáng)肋，可以有效提高孔洞口部的強(qiáng)度和穩(wěn)定性，砌塊豎向孔洞如圖2所示。

豎向孔洞構(gòu)造主要有砌塊內(nèi)的空腔可以減輕砌塊的自重，組裝成為墻體后減少結(jié)構(gòu)荷載的優(yōu)點(diǎn)。砌塊組裝成墻體后，可通過上下對齊的豎向孔洞內(nèi)插鋼筋并澆筑混凝土，制作鋼筋混凝土芯柱來替代墻體構(gòu)造柱，避免構(gòu)造柱影響墻體材質(zhì)統(tǒng)一和高精度。上下連通的豎向孔洞可以與水平管線槽形成墻體內(nèi)四通八達(dá)的網(wǎng)路，用來敷設(shè)管線至墻體任何位置。可在工廠中向豎向孔洞內(nèi)澆筑保溫材料，制成保溫砌塊，提高砌塊的熱工性能。

③雙向水平拉結(jié)筋槽

砌塊上部企口兩側(cè)設(shè)有水平拉結(jié)筋槽，在每皮砌塊組裝完成后，先在槽內(nèi)鋪設(shè)拉結(jié)筋，再以專用粘結(jié)膠漿填滿拉結(jié)筋槽，并與上部砌塊形成封閉空間，拉結(jié)筋與墻體形成穩(wěn)定、牢固的整體，大幅度提高了墻體的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性與抗震安全性。

2 材料性能研究

本文研究的高精度砌塊是以水泥、脫硫建筑石膏、粉煤灰為主要原材料，經(jīng)加水混合攪拌、機(jī)械成型、干燥制成的建筑空心砌塊。為提高砌塊的物理性能，本文通過摻加減水劑、防水劑、激發(fā)劑等外加劑，改善基體材料的性能，實(shí)現(xiàn)了砌塊性能的顯著提高。

①減水劑對材料性能的影響

為了提高砌塊的力學(xué)性能，進(jìn)行了摻加減水劑試驗(yàn)。目前水泥混凝土減水劑的開發(fā)應(yīng)用較為成熟，而在石膏專用減水劑方面的研究卻相對較少。雖然脫硫建筑石膏和水泥混凝土是兩個截然不同的體系，但減水劑作用機(jī)理方面有許多相似之處，借鑒水泥混凝土減水劑成熟的研究成果，通過摻加減水劑減少了拌合用水量，有效提高脫硫建筑石膏的力學(xué)強(qiáng)度，對比試驗(yàn)結(jié)果如表1 所示。當(dāng)采用氨基磺酸系減水劑，且摻量達(dá)到脫硫建筑石膏質(zhì)量0.1%時，試樣的抗折強(qiáng)度可以達(dá)到3.6MPa，與不摻加減水劑試樣相比提高了47%，抗壓強(qiáng)度可以達(dá)到8.1MPa，與不摻加減水劑試樣相比提高了40%。

②防水劑對材料性能的影響

普通石膏制品的吸水率普遍較大，軟化系數(shù)較低，一般為0.2～0.3，導(dǎo)致石膏制品吸濕受潮后易發(fā)生變形，從而影響使用性能。經(jīng)實(shí)驗(yàn)研究，在蠟-醇復(fù)合防水劑摻量為脫硫建筑石膏質(zhì)量0.2%的情況下成型試樣，測試其2h 和24h 吸水率、2h 和24h 吸水強(qiáng)度保留率性能，并與未摻加防水劑的脫硫建筑石膏試樣進(jìn)行了比較，試驗(yàn)結(jié)果如表2 所示。

表2 試樣耐水性能測試結(jié)果

由表2 可見，隨著防水劑的摻加，脫硫建筑石膏試樣的耐水性能有了顯著提高，其中2h 吸水率降低了92.86%，24h吸水率降低了90.00%，2h 吸水抗折、抗壓強(qiáng)度保留率分別提高了33.3%、17.5%，24h 吸水抗折、抗壓強(qiáng)度保留率分別提高了50.00%、58.93%，其各項(xiàng)性能指標(biāo)均已達(dá)到或超過國家有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)的規(guī)定。

③激發(fā)劑對材料性能的影響

粉煤灰是燃煤窯爐產(chǎn)生的固體廢棄物，具有潛在的火山灰活性，是作為建筑材料資源的價值所在，適合于制備建筑材料。本研究高精度砌塊摻加粉煤灰的主要目的是減少粉煤灰對環(huán)境的污染，同時可以對其進(jìn)行綜合利用，降低生產(chǎn)成本，產(chǎn)生經(jīng)濟(jì)價值[3]。粉煤灰的水化活性較低，在制品中大量摻加會明顯降低強(qiáng)度，本文通過摻加粉煤灰激發(fā)劑，使粉煤灰的火山灰活性得以發(fā)揮。經(jīng)大量實(shí)驗(yàn)研究，確定了對粉煤灰有效的復(fù)合激發(fā)劑B，其主要成分是硫酸鹽。粉煤灰活性激發(fā)實(shí)驗(yàn)中，在復(fù)合激發(fā)劑B 摻量為粉煤灰質(zhì)量的1.00%、1.25%、1.50%、1.75%和2.00%條件下，成型試樣并測試其強(qiáng)度性能，試驗(yàn)結(jié)果如表3所示。

表3 不同復(fù)合激發(fā)劑B摻量試驗(yàn)結(jié)果

由表3 可見，隨著復(fù)合激發(fā)劑摻量的增加，粉煤灰1d、7d、28d 抗折、抗壓強(qiáng)均呈現(xiàn)不斷升高的趨勢，當(dāng)復(fù)合激發(fā)劑B 摻量達(dá)到1.75%時，粉煤灰1d、7d、28d 抗折、抗壓強(qiáng)度基本達(dá)到最大值，因此確定復(fù)合激發(fā)劑B 摻量1.75%時為最佳摻量。

3 高精度砌塊性能研究

根據(jù)以上材料性能與配比研究結(jié)果，在氨基磺酸系減水劑摻量為脫硫建筑石膏質(zhì)量0.1%，蠟-醇復(fù)合防水劑摻量為脫硫建筑石膏質(zhì)量0.2%，粉煤灰填充量為20%，復(fù)合激發(fā)劑B 摻量為粉煤灰質(zhì)量的1.75%條件下，成型了高精度砌塊，并對其性能進(jìn)行了測試，結(jié)果如表4所示。

表4 高精度砌塊性能測試結(jié)果

由表4 中數(shù)據(jù)可見，本文研究的高精度砌塊的各項(xiàng)性能指標(biāo)均滿足《石膏砌塊》（JC/T 698-2010）的標(biāo)準(zhǔn)要求。

4 結(jié)語

①本文研發(fā)的新型高精度砌塊精度高，在墻體組裝時可實(shí)現(xiàn)免砌筑、免抹灰，砌塊內(nèi)的豎向孔洞與水平管線槽在組裝成墻體后，可形成四通八達(dá)的網(wǎng)路，敷設(shè)管線非常方便。上下對齊的豎向孔洞內(nèi)制備芯柱，方便可替代墻體構(gòu)造柱功能。拉結(jié)筋槽內(nèi)可方便設(shè)置水平雙向拉結(jié)筋，墻體穩(wěn)定性好。

②通過材料實(shí)驗(yàn)研究確定了摻加0.1%的氨基磺酸系減水劑，試樣的抗折強(qiáng)度提高了47.00%，抗壓強(qiáng)度提高了40.00%。摻加0.2%的蠟-醇復(fù)合防水劑，24h吸水率降低了90.00%，24h吸水抗折強(qiáng)度提高了50.00%，吸水抗壓強(qiáng)度提高了58.93%。摻加粉煤灰質(zhì)量1.75%的硫酸鹽復(fù)合激發(fā)劑B，28d 試樣的抗折強(qiáng)度達(dá)到9.58MPa，抗壓強(qiáng)度達(dá)到33.0MPa。

③按照本文材料配比制備的高精度砌塊具有良好的性能，經(jīng)檢測各項(xiàng)性能均滿足《石膏砌塊》（JC/T 698-2010）的要求，有很強(qiáng)的實(shí)用性。