轻质灌孔复合砌块抗压强度模型推导及试验研究

卢郁健

广州现代信息工程职业技术学院，广东 广州 510663

随着我国墙改工作的推进，结构保温性砌块不断改进，发展至今主要分为三大类[1]：空腔式、填充式及组合式。1）空腔式砌块是由带空腔的承重基体与空气间层组成，承重基体除赋予砌块必要的力学性能和耐久性，还与空气间层共同决定砌块的热工性能；2）填充式砌块是通过优化空腔结构并在其中充填保温材料，突破通过优化空气间层宽度只能有限提升砌块热工性能的技术瓶颈[2]；3）组合式砌块由基层、保温层和面层组成，基层选用普通混凝土砌块，面层材料则选用普通或装饰混凝土，面层与基层之间组合有一定机械强度的保温材料[3]。综合承重、保温、生产成本及施工工艺等因素，填充类砌块综合性能较优，填充类砌块即在承重混凝土层预留孔洞，再将保温材料灌入其中，因此复合灌孔砌块[3]即为填充类砌块。

新农村建设过程中，开发集承重保温于一体的结构体系[4-7]对建设可持续发展的社会主义村镇居住要求具有重要意义。本文根据以上需要，提出一种保温承重砌块，其构造是在轻质混凝土空心砌块孔内灌注泡沫混凝土等保温材料，研究在满足冬季保温隔热条件下，复合灌孔砌块抗压强度与灌孔率及灌孔材料之间的关系，建立“灌孔率-抗压强度”模型。本研究有利于轻质灌孔符合砌块生产过程中结构形式的控制，以便在满足保温性能前提下，力学强度达到指标。

1 原材料与砌块

1.1 原材料

水泥：试验用水泥为P·O 42.5 水泥；粉煤灰：试验选用Ⅱ级粉煤灰；陶粒：试验为400 级页岩陶粒粒径13.2～16 mm，筒压强度1.8±0.2 MPa；砂：试验用砂为中等普通河砂；减水剂：试验采用聚羧酸型高效减水剂，固含量为40%；灌孔材料泡沫混凝土材料性能参数见表1。试验配合比见表2。

表1 泡沫混凝土物理参数Table 1 Physical parameters of foam concrete

表2 陶粒混凝土试验配合比及物理性能Table 2 Test mix proportion and physical properties of ceramsite concrete

1.2 砌块结构形式

图1 轻质灌孔复合砌块示意图Fig.1 Schematic diagram of composite blocks filling light material in holes

2 试验与方法

2.1 砌块尺寸设计

表3 轻质灌孔复合砌块灌孔率Table 3 Hole filling rate of light block

2.2 试验方法

图2 轻质灌孔复合砌块抗压试验Fig.2 Compressive test of composite blocks filling light material

3 结果与分析

折减系数表示砌块构件强度与混凝土材料强度之间的比值，本文用φ表示，即φ=f/fcu，k，轻质灌孔复合砌块的折减系数可根据拟合公式进行预估，见公式（1）：

式中：x表示陶粒混凝土承重基体灌孔率；其中a、b为待定参数，通过公式拟合，a=0.13414，b=-0.71686。该式表示由基体强度折减系数与预留孔洞率之间的关系，且随着孔洞率增加φ逐渐减小，结果如图4（“孔洞率-基体强度折减系数”模型）所示，拟合度R=0.8089。

陶粒混凝土“孔洞率-基体抗压强度”模型表达式如（2）：

式中：f表示陶粒混凝土承重基体抗压强度，Mpa；其中y0、A1、t1为待定参数，通过公式拟合，y0=8.69116，A1=-0.635，t1=-0.22012；该式表示由基体强度与预留孔洞率之间的关系，且随着孔洞率增加f逐渐减小，结果如图5（“孔洞率-基体抗压强度”模型）所示，拟合度R=0.96015。

表4 轻质灌孔复合砌块抗压强度试验结果Table 4 Compressive strength of composite blocks filling light materials

图3 孔洞率-砌块容重Fig.3 Void ratio-block bulk density

图4 孔洞率-基体强度折减系数Fig.4 Void ratio-Reduction factor of compressive strength

陶粒混凝土灌孔率为空腔占混凝土砌块体积的比率，其表达式设为(3)：

据式(1)～(3)建立轻质灌孔复合砌块的“灌孔率-抗压强度”模型，如式(4)：

式中：fm表示轻质灌孔复合砌块抗压强度，MPa；其中y0、A1、A2、t1、t2为待定参数，通过公式拟合，y0=9.44485，A1=-0.6666，t1=-0.31506，A2=-0.54298，t1=-0.3151；该式表示由基体强度及灌孔材料强度决定砌块强度，基体强度影响效果较高，灌孔保温材料影响较小，且随着灌孔率增加fm逐渐减小，，拟合度R=0.92751，该模型较准确(图6)。

图5 孔洞率-基体抗压强度Fig.5 Hole filling rate-matrix compressive strength

图6 孔洞率-轻质灌孔复合砌块抗压强度Fig.6 Compressive strength of composite blocks filling light materials

4 结论

（1）轻质灌孔复合砌块抗压强度主要取决于基体骨架强度，灌孔率越高保温性能越好，但强度越低，通过试验表明陶粒混凝土灌孔率超过40%时不可作为承重构件，仅作为保温自承重构件使用；

（2）用于灌孔的保温材料对于砌块整体强度有一定的促进作用，提高灌孔材料强度可提高复合砌块整体强度，但对于保温效果会有所降低；

（3）轻质灌孔复合砌块的“灌孔率-抗压强度”模型与试验结果拟合度较高，模型较准确，本模型将有利于指导轻质灌孔复合砌块（填充式）的生产，通过设定砌块强度确定灌孔率。