自保温暗骨架承重墙体保温性能和抗压强度试验研究

范军，刘福胜，胡玉秋，张玉稳，崔兆彦

（山东农业大学 水利土木工程学院，山东 泰安 271018）

0 引言

黄淮海5省市农作物秸秆资源理论数量达到2.4×108t，可收集量达到2.1×108t，数量巨大[1]。山东农业大学建筑砌块项目组开展了秸秆夹心自保温混凝土砌块的研究[2-6]，将农作物秸秆作为砌块的填充保温材料，实现了农作物秸秆的资源化利用。项目组又提出并开展了自保温暗骨架承重墙的研究，研究了自保温暗骨架承重墙结构的抗震、抗剪性能[7-8]。研究表明，自保温暗骨架承重墙大大改善了砌块墙体的抗震抗剪性能。但是砌块墙中引入芯柱后，对墙体的保温性能和抗压强度影响是一个值得研究的问题。

1 H型和半角型秸秆混凝土复合砌块的研制

1.1 原材料

水泥：P·C32.5水泥，中联水泥有限公司生产，SO3≤3.5%、MgO≤5.0%、烧失量≤5.0%、细度（45 μm 筛筛余）≤10%、初凝≥45 min、终凝≤600 min；砂：细度模数3.0，泰安汶河粗砂；细石：5～10 mm，泰安道朗石料厂；石膏：β型半水石膏，山东省泰安市宏利石膏加工有限公司；秸秆：小麦秸秆，粉碎后长度小于10 mm。

1.2 试验配比

制作混凝土空心砌块的混凝土配合比为：m（水泥）∶m（砂）∶m（细石）∶m（水）=1∶2.17∶3.85∶0.60。秸秆压缩块的配合比为：m（石膏）∶m（水∶）m（小麦秸秆）=2∶1∶1.4。

1.3 试件制作

先制作H型混凝土空心砌块，其长×宽×高=390 mm×240 mm×190 mm。再制作半角型混凝土空心砌块，其长×宽×高为190 mm×240 mm×190 mm。将拆模后的空心混凝土砌块放入养护室养护，养护条件为：温度（20±3）℃、相对湿度90%以上，养护龄期28 d。

然后再制作秸秆压缩块，其长×宽×高=340mm×30mm×190 mm和160mm×80mm×190mm两种规格，在模具中冷压制成，在24～30℃，相对湿度40%～65%的通风处自然干燥24～30 d。

将秸秆压缩块填入混凝土空心砌块孔中制成秸秆混凝土复合砌块。制成的秸秆混凝土复合砌块如图1所示。

图1 H型和半角型秸秆混凝土复合砌块实物

2 试验墙体的砌筑

2.1 砌筑砂浆和抹面砂浆及灌芯混凝土的设计强度和配合比

砌筑砂浆强度等级为M7.5，配合比为：m（水泥）∶m（砂）∶m（水）=1∶3.77∶1.08。抹面砂浆强度等级为 M10，配合比为：m（水泥）∶m（砂）∶m（水）=1∶2∶0.4。灌芯混凝土强度等级为 C25，配合比为：m（水泥）∶m（细石）∶m（砂）∶m（水）=1∶1.59∶2.48∶0.44。

2.2 无芯柱试件墙的砌筑

将H型和半角型秸秆混凝土复合砌块组合，按照一顺一丁的方法砌筑试件墙，砌块所有空心处全部填充秸秆压缩块。试件墙表面用5mm水泥砂浆抹平，待墙体干燥后（养护7d）再进行测试。H型和半角型秸秆混凝土复合砌块组合砌筑图见图2。

图2 无芯柱试件墙的H型和半角型砌块组合

2.3 有芯柱试件墙的砌筑

将H型和半角型秸秆混凝土复合砌块组合，按照一顺一丁的方法砌筑试件墙，试件墙表面用5 mm水泥砂浆抹平，待墙体干燥后（养护7 d）再进行测试。有芯柱的试件墙的砌筑图如图3所示，这里的芯柱是用混凝土在砌块中间的空心处灌注得到。

图3 有芯柱的试件墙

砌块中间的空心处灌注芯柱，可改善墙体的受力特性，有利于提高墙体的抗压强度。但中间空心处由混凝土芯柱替代了秸秆压缩块，将导致墙体的保温性能有所降低，具体数值将通过试验确定。

3 砌体的传热系数和抗压强度试验

3.1 测试方法及仪器设备

3.1.1 砌体传热系数测试仪器设备和方法

（1）测试仪器设备

HTW-1型建筑围护结构保温性能测试装置：环境温度0～50℃之间设定，冷箱温度在-10℃～环境温度之间设定，精度±5%；数据采集仪：安捷伦34972A，美国Agilent公司；T型热电偶：自制并校准，测温精度为±0.1℃；板式热流计：精度±5%。

（2）测试方法

将试件墙砌筑于HTW-1型建筑围护结构保温性能测试装置里面试件架钢梁上，墙体与钢垫梁周边空隙用聚苯板及发泡剂填充。墙体砌筑完成后，待墙体充分干燥后再进行相关试验。试验墙体构造见图4。

图4 试验墙体

将板式热流计贴在热箱侧中间位置，并在热流计旁布置T型热电偶，热箱内和冷箱内墙体对应的位置也按照同样的方法布置T型热电偶。

3.1.2 砌体抗压强度测试仪器设备和方法

（1）主要仪器设备

静力加载设备：YAW-3000 F结构试验机。

（2）测试方法

按照GB/T 50129—2011《砌体基本力学性能试验方法标准》试验。压力试验机加载梁直接作用于加压钢板上，通过钢板直接将荷载传递到砌体试件上。砌体墙采用3层结构，最下面1层是2块H型砌块，中间层是半角砌块加H型砌块加半角砌块，最上层是2块H型砌块。砌块层间粘结砂浆厚度为10 mm，底部有砂浆找平层，上面放置加压钢板。

3.2 测试结果

3.2.1 砌体传热系数

将热箱温度设置为35℃，冷箱温度设置为10℃，满足了试验的温度条件后开始测试。试验过程中，当传热达到基本稳定时，即墙体的传热系数按照某一值上下波动幅度不大时，采用此时的数据来得到墙体传热系数-时间曲线，如图5所示。

图5 墙体传热系数-时间曲线

由图5可见，砌体墙的传热系数随时间沿着某一数值小幅震荡，经过计算得到，无芯柱和有芯柱砌体墙的平均传热系数分别为0.54、0.65 W/（m2·K）。有芯柱砌体墙的传热系数比无芯柱的增大了20.4%，前者的保温性能比后者的要差。

3.2.2 砌体抗压强度

砌体墙共有6面，3面为有芯柱的，3面为无芯柱的。采用尺寸固定的局压钢板作为荷载均匀分布作用装置，尺寸为150 mm×150 mm×50 mm，压力试验机加载梁直接作用于局压钢板上，通过钢板直接将荷载传递到砌体试件上；砌体试件砌筑在承压钢板上，承压钢板尺寸为500 mm×350 mm×20 mm、1000 mm×350 mm×20 mm。有芯柱和无芯柱砌体墙受压破坏后如图6所示，砌体墙的抗压强度测试结果见表1。

图6 砌体墙受压破坏

从图6中砌体的破坏形态上看，有芯砌体破坏更为彻底，表现出的破坏特征更为明显。而无芯砌体破坏时脆性更为明显，因无芯柱约束承载力较低，在加载后期，更容易发生崩溃。

表1 砌体墙抗压强度测试结果

从表1可以看出，有芯柱砌体抗压强度明显高于无芯柱砌体，芯柱的设置提高了砌体墙的抗压强度，无芯柱砌体墙和有芯柱砌体墙的平均抗压强度分别为6.26和10.59 MPa，有芯柱的比无芯柱的砌体墙平均抗压强度提高了69.2%。说明芯柱对砌体具有较强的约束作用，可以延缓砌体开裂。

4结论

（1）有芯柱的自保温暗骨架承重墙传热系数为0.65 W/（m2·K），无芯柱对照墙体的传热系数为0.54W/（m2·K），有芯柱的墙体传热系数比无芯柱的增大20.4%，保温性能降低。

（2）有芯柱的自保温暗骨架承重墙抗压强度为10.59 MPa，比无芯柱的试件墙抗压强度（6.26 MPa）提高了69.2%。