高钛渣混凝土空心砌块墙体抗压强度试验研究

李 奎， 孙金坤， 王森平， 王 超， 潘宏清

(1. 西华大学土木建筑与环境学院， 四川成都 610000; 2. 攀枝花学院土木与建筑工程学院， 四川攀枝花 617000; 3. 荥经县住房和城乡建设局, 四川雅安 625200)

全高钛重矿渣混凝土是在以往单一的利用高钛重矿渣作粗骨料或磨细掺合料配制混凝土的基础上，将两者结合一并使用所配制的混凝土[1]。

混凝土空心砌块是一种应用普遍的新型建筑材料，它具有节能、环保、轻质、制备高效等诸多优点。高钛渣代替粗骨料制备混凝土空心砌块具有易施工、生产过程免烧结、节能环保等多项优点， 经过减重后的砌块更轻，保温效果更好且非常节能，十分利于建筑墙体施工作业。

本文针对高钛重矿渣混凝土砌块墙体进行抗压强度分析，为高钛渣混凝土空心砌块在实际工程中的应用提供依据[2-5]。

1 试验概况

1.1 材料选择

图1 高钛渣碎石

(2)细骨料：砂子采用山砂，细度模数为3.3，其颗粒级

表1 粗骨料参数

配筛余量如表2所示。

表2 砂子颗粒级配筛分

水泥：四川江油马角坝水泥厂生产的32.5R级早强型水泥。

粉煤灰：巩义市恒诺滤料有限公司生产的一级粉煤灰。主要成分化学材料见表3。

表3 粉煤灰化学成分 %

外加剂：混凝土中仅掺入早强剂，早强剂使用陕西秦奋建材有限公司生产的聚羧酸系高性能减水剂，产品型号为PCA，产品规格为Q8081均衡型。

水：实验室自来水，符合JGJ63-2006《混凝土用水标准》的要求。

1.2 配合比优化设计

用高钛渣作为混凝土粗骨料，先用4.75～26.5mm方孔筛筛选出连续级配的高钛渣，然后用电子秤称出需要的干燥的山砂，将两者在搅拌机中搅拌均匀待混合料搅拌均匀后，将早强剂混合到水中并倒入搅拌均匀的混合料中。制成混凝土标准试块。脱模后置于养护池中进行养护。测试每组试块的抗压强度，通过以上试验，得出高钛渣混凝土最佳配合比为1∶2.05∶3.35∶0.58∶0.22。

2 高钛渣混凝土空心砌块的制备

由于采用新型的墙体材料，其孔型、孔洞大小和排列方式以及壁厚、肋厚同普通试块的差异必然会对砌块的物理性能和墙体的力学性能有一定的影响[7]。

美国认知语言学家莱考夫（Lakof George）指出：“隐喻的实质是通过甲事物来理解和体验乙事物。”译者在进行隐喻翻译时不仅要充分传达隐喻的真实意义，而且要重塑喻体意象。喻体意象承载了丰厚的文化积淀，是最难准确传递的，也最容易经翻译出现文化亏损。为了提供相对完整的语境，以便于判断，下例摘录一段较长的文字：

本研究利用ABAQUS有限元分析软件，采用DC3D8对模拟砌块进行单元划分，通过对其力学性模拟分析，得出力学性能优异的砌块(图2)。

图2 高钛渣混凝土空心砌块(单位:mm)

3 力学性能分析

3.1 试验准备

将制备出的砌块养护28d后砌筑成高长厚为1 000mm×600mm×190mm的墙体，砌筑完成后墙体置于自然通风的室内自然条件下养护28d，然后再进行墙体抗压强度试验。砌体抗压试件如图3所示。

图3 砌体尺寸及传感器布置(单位:mm)

砌筑采用强度等级为M7.5的普通水泥砂浆，其配合比水泥∶砂子∶水为1∶4.55∶1.01，墙体砌筑前在混凝土底板上铺一层10mm左右厚的找平砂浆。

3.2 砌体抗压承载力计算

砌体抗压承载力依据我国无筋砌体的相关规范[2]，承载力计算公式如下：

N=φFA

(1)

式中：N为轴向承载力设计值；F为砌体的抗压强度；A为砌体的受压面积；φ为受压构件承载力的影响系数。

β>3时，φ值的计算公式如下：

(2)

式中：e为轴向力的偏心距；h为轴向力偏心方向的边长；a为砂浆强度等级影响系数；

(3)

β为构件的高厚比；H0为受压构件的计算高度，查表确定。

将砌块的抗压强度和砂浆的抗压强度代入式(1)～式(3)计算砌体的承载力为83.61kN。

3.3 试验加载及试验结果分析

加载过程参照GB/T50129-2011《砌体基本力学性能试验方法标准》规范的中关于普通混凝土小型空心砌块砌体的抗压强度试验的相关标准进行。加载试验结果如图4～图6。

图4 砌体裂缝开展情况

在对砌体施加荷载的过程中，裂缝首先砌块薄壁处出现(图4)，随着荷载的进一步增加，裂缝逐渐延伸并加宽，同时在其他砌块薄壁处逐渐会有新的裂缝出现。当最先开展的裂缝形成通缝后，砌体逐渐被分割成几条独立的柱体，当砌体中有一小部分发生失稳破坏时即判定砌体抗压破坏停止试验(图5)。

荷载位移曲线如图6所示。

图5 砌体破坏形态

由墙体荷载与位移曲线(图6)可以看出，当荷载增加到130kN时，砌体两侧的2号和3号位移计测得其纵向变形均值为1.1mm，两测点缩短了1.1mm，砌体两侧的1号和4号位移计测得其的横向变形的均值为1.5mm。可得：在此范围内砌体处于受压弹性变形阶段。随着荷载的进一步加大，砌体变形呈现线性增加的趋势。结合此阶段的砌体抗压的实验现象，可以发现砌体表面没有裂缝出现，砌体处于弹性变形阶段。

随着荷载的不断增加，墙体表面逐渐有裂缝出现并不断延伸加宽(图4)，墙体的裂缝逐步开展，墙体进入明显的非线性受压阶段。

当荷载加载到160kN时，墙体出现异响，一侧墙体开裂形成独立柱体，随着裂缝的开展和延伸，独立柱体发生失稳破坏脱离墙体(图5)。

4 结束语

(1)高钛渣混凝土空心砌块墙体的受压破坏过程与普通混凝土空心砌块墙体的受压破坏类似，大概可以分为：弹性阶段、裂缝出现阶段和裂缝延长加宽的破坏阶段。

(2)普通混凝土空心砌块墙体的轴心受压承载力计算公式计算的结果与高钛渣混凝土空心砌块的墙体抗压强度试验开裂荷载很接近，因此该砌体的轴心抗压承载力的设计可以借鉴GB50003-2011《砌体结构设计规范》的中轴心受压承载力的计算公式。

图6 荷载—位移曲线

(3)通过ABAQUS建模分析，验证了该孔型空心砌块相较于市场上其他孔型的空心砌块具有良好的力学性能和热工性能。