浅析ALC 墙板抗压性能分析

麦振良 王炎明 张耘炯

在建筑领域中，墙板不仅是承担结构荷载的重要构件[1]，还在提供隔热隔声功能方面发挥着至关重要的作用。近年来，随着建筑技术的不断创新和发展，新型的建材和施工工艺不断涌现，为墙板的性能提升开辟了广阔的可能性[2]。在这样的背景下，蒸压轻质混凝土（Autoclaved Lightweight Concrete，ALC）墙板作为一种轻质混凝土墙板，逐渐成为建筑领域引人注目的焦点[3]。为确保ALC 墙板建筑结构的安全性以及稳定性，对于ALC 墙板抗压性能的研究具有重要的工程意义[4]。文献[5]针对ALC 墙板在钢框架结构中的裂缝问题，通过建立有限元模型，研究了钩头螺栓节点的工作模式和墙板的破坏机理，发现在墙板节点区设置抗裂钢筋网可以增强其抗裂性能，但是对于抗压性能的研究依然较少。

本文结合中建五局下的潮樾府主体工程项目对ALC 墙板的抗压性能进行深入分析，特别是针对不同板材高度和板材内配筋情况进行系统研究，以全面了解ALC 墙板在承受轴向荷载时的行为。通过仔细分析试验结果，能更准确地评估ALC 墙板在建筑结构中的可靠性[6]。

1 工程概况

中建五局潮樾府主体工程项目位于深圳市宝安区银田路东南侧，西南距离广深沿海高速公路辅道约28 m，地块东南侧为已建华丰前海湾小区，东北侧西乡交警中队。用地性质包括住宅、商业、幼儿园。本工程总建筑面积约为96181.18 m2，建设用地面积约为16824.41 m2。本项目是由2 栋高层住宅+ 1 栋高层租赁住房+ 2 层地下室组成，塔楼标准层所采用的墙板为ALC 轻质隔墙板。

2 试验材料与方案

2.1 ALC墙面板设计

在ALC 墙板抗压强度试验开始前先开展了ALC 立方体抗压强度试验和专用粘接剂立方体抗压强度试验为后续的试验提供研究基础，得到了ALC 立方体试件的抗压强度均值fcum为5.53，粘接剂立方体试件抗压强度均值fum为10.78，轴压稳定系数为0.82。为探究不同设计参数的ALC 板墙的抗压性能，本此试验设计了两种ALC 板墙，在砌筑方式上进行了调整，具体的参数设计如表1 所示。

表1 ALC 墙板设计

本次试验采取了以下措施：第1，统一试验人员：本次试验的2 个试件均由同一名人员进行制作，以确保施工工艺的一致性，避免由于不同人员的施工技巧和习惯对试验结果的潜在影响。第2，精细施工：在粘结板墙的过程中，采用橡皮锤轻轻敲打灰缝处，以确保粘结均匀，避免出现气泡、空隙或不均匀的粘结，保证试验样品的质量和可靠性。第3，在2 个试件制作完成后，便可进行为期3 d的养护。养护过程中，提供适当的养护环境和条件，以确保试件达到最佳的强度和稳定性，最大程度地减少制作过程和养护过程中的变量，确保试验的准确性，在完成养护后即可开始进行抗压试验。

2.2 抗压试验方案设计

本次ALC 板墙抗压试验采用的是500T 自平衡反力架对板墙进行轴向加载，在试验开始前先在试件中安装了应力片以及位移计，分别用来记录试件在进行抗压试验过程中所受到的应变以及变形。位移计在墙板的顶部和侧面均有布置，用来测量轴向和横向变形：应力片采用610 型环氧酚醛树脂粘贴剂粘贴在墙板上，该胶水具有迟滞、蜕变小、延伸容量高和适应温度范围广的优点。具体的测点布置方法如图1 所示。

图1 测点布置图（来源：作者自绘）

3 试验结果分析

3.1 两种ALC板墙的抗压强度试验结果及分析

通过对试验过程中应力片采集得到的数据，结合观测得到的开裂情况和破坏情况，得到了抗压强度的试验结果如表2 所示。

表2 ALC 板墙抗压强度试验结果

通过对表2 的观察可以发现，在灰缝处设计了钢筋网的试件B 的抗压强度略大于没有钢筋网的试件A，表明灰缝处的钢筋网并不能明显地提高ALC 板墙的抗压强度。试件A 和试件B 在试验过程中发生开裂后仍未发生破坏，其开裂荷载分别为破坏荷载的60.49%和29.11%，这表明ALC板墙在发生开裂后依然具有不错的承载力。试件B 发生开裂时的荷载为439.01 kN，远小于试件A 发生开裂时的900.58 kN，但最终发生破坏时所需的荷载略高于试件A，因此相较于试件A，虽然试件B 可能更早出现开裂，但它在破坏前能够承受更大的荷载，这使得试件B 在实际应用中更加安全，并且破坏的发生可以更早地被察觉和预测。

3.2 弹性模量计算与分析

弹性模量计算方法如式（1）：

式中：E 为弹性模量，单位MPa；fm为抗压强度平均值，单位MPa；ε0.4为0.4 倍抗压强度平均值对应的轴向应变，单位%。

经计算得出试件A 和试件B 的弹性模量E 分别为2780 和2940 MPa。试件B 的弹性模量略大于试件A，是试件A 的1.06 倍。这是由于试件B 在灰缝处设计了钢筋网，墙体内部的材料的横向以及平面外方向的变形受到钢筋网的约束，与试件A 相比不易发生形变，因此增大了弹性模量。

此外，立方体砌块的弹性模量可以根据式（2）和式（3）分别进行计算：

式中：E'为立方体砌块弹性模量，单位MPa；α 为计算系数，无量纲；Ra为立方体砌块抗压强度，单位MPa，取Ra=0.6R1；R1为立方体砌块抗压强度，单位MPa；R2为粘接剂立方体砌块抗压强度，单位MPa。

立方体砌块弹性模量计算结果如表3 所示。通过对表3 计算结果的分析可以发现通过砌块试验结果计算得到的弹性模量略小于ALC 墙板实际的弹性模量，其中灰缝处未设置钢筋网的试件A 的弹性模量仅为砌块计算得到弹性模量的1.02 倍，因此可以采用式（2）和式（3）对试件A 设计类型的ALC 板墙进行弹性模量计算。

表3 ALC 板墙实测弹性模量和立方体砌块弹性模量计算

ALC 板墙的峰值压应变由计算机采集设置在ALC 板墙上的应力片得到，具体的结果如表4 所示。从表4中可以发现，试件B 的峰值压应变小于试件A，这是由于试件B 在灰缝处设计了钢筋网，在钢筋网的约束作用下材料的纵向变形受到约束。

表4 ALC 板墙的峰值应变

3.3 两种ALC板墙峰值压应变分析

3.4 泊松比计算与分析

泊松比的计算方法如式（4）所示：

式中：ν 为泊松比，无量纲；ɛtr 为横向应变，单位% ；ɛ 为轴向应变，单位%。

立方体砌块的泊松比按照式（5）和式（6）进行计算，即：

式中：σ 为泊松比对应的应力大小，单位MPa；fm 为试样平均抗压强度，单位MPa。

立方体砌块泊松比计算值如表5所示。从表5 中可以发现试件B 的泊松比小于试件A 的泊松比，这是由于试件B 灰缝处的钢筋网限制了ALC墙板的轴向变形和横向变形，从而导致了泊松比减小。

表5 ALC 板墙实测泊松比平均值和立方体砌块泊松比计算

图1 为从应力为0 MPa 至应力达到平均抗压强度时试件A 和试件B 的泊松比变化情况。从图2 中可以发现，试件的泊松比在应力较小时增长缓慢，当应力接近平均抗压强度时试件的泊松比会发生较快的增长，此时泊松比大于0.5，试件发生了横向突变，泊松比已经不具备实际意义，因此在进行泊松比分析时需要选择试件未发生横向突变的阶段。

图2 试件A 和试件B 的泊松比随应力变化曲线（来源：作者自绘）

3.5 抗压承载力计算与分析

立方体砌块的抗压强度可以按照式（7）进行计算，即：

式中：f 为试件的抗压强度，单位MPa；N 为试件破坏时的极限承载力，单位N；φ 为影响系数，无量纲；A为试件的截面面积，单位mm2。

立方体砌块的抗压承载力按式（8）和式（9）进行计算，即：

式中：Np为轴压承载力，单位N；φ为影响系数，无量纲；f为立方体砌块抗压强度设计值，单位MPa；fcum为立方体试件的抗压强度均值，单位MPa；A为试件的截面面积，单位mm2。

根据式（7）～式（9）可以得到立方体砌块的轴压承载力如表6所示。从表6 中可以发现，试件A 和试件B的轴压承载力试验值和立方体砌块的轴压承载力计算值十分接近，因此在实际应用中可以采用式（7）～式（9）对ALC 板墙的抗压承载力进行计算。

表6 ALC 板墙实测轴压承载力平均值和立方体砌块承载力计算

4 结论

本文根据中建五局潮樾府主体工程项目为研究对象设计并制作了两种不同砌筑方式的ALC 板墙，采用500T 自平衡反力架对两种ALC 板墙进行抗压试验。

通过对试验结果的分析，得出以下4 方面的结论：第1，试件A 和试件B 在试验过程中发生开裂后仍未发生破坏，其开裂荷载分别为破坏荷载的60.49%和29.11%，这表明ALC 板墙在发生开裂后依然具有不错的承载力。因此，虽然试件B 可能更早出现开裂，但它能够承受更大的荷载，这使得试件B 在实际应用中更加安全，并且破坏的发生可以更早地被察觉和预测。第2，试件A 和试件B 的破坏荷载相近，这表明灰缝处的钢筋网并不能明显地提高ALC 板墙的抗压强度。第3，试件B 的弹性模量大于试件A，分别为2940 和2780 MPa，这是由于试件B 在灰缝处设计了钢筋网，墙体内部的材料的横向以及平面外方向的变形受到钢筋网的约束，与试件A 相比不易发生形变，因此增大了弹性模量。第4，通过对试件A 和试件B 峰值压应变的比较，发现试件B 的峰值压应变小于试件A，这是由于试件B 在灰缝处设计了钢筋网，在钢筋网的约束作用下材料的纵向变形受到约束。