泡沫微晶玻璃砖砌体基本力学性能试验研究

发布时间：2016-04-28 11:34

1 绪论 

1.1  课题的研究背景和意义 
改革开放以来，我国工业化进程不断加快，城市化建设和新农村建设不断发展，人民生活水平不断提高，人民对建筑材料的性能要求也不断提高。我国建材行业曾经一直流行着 3 个 70%的说法：房屋建筑材料中 70%以上是墙体材料，墙体材料中 70%以上的是粘土砖，建筑行业节能中的 70%依赖于墙体材料的革新。 自古以来，砖块一直都是房屋建筑的主要材料之一，时至今日，特别是在小城镇和农村建设的房屋里，砖砌体结构依然占据着主导地位[1]。众所周知，粘土砖生产的时候消耗大量的能源、毁坏大量的耕地，而且由于粘土砖的保温性差，所以在使用过程中还造成大量的能源浪费，已经不能满足人们对建筑材料的要求，也不符合我国环境保护的基本国策，更不利于人与自然的和谐相处。据计算，每生产一万块砖，要取土毁田 0.007～0.01 亩，建国以来因烧制实心粘土砖而毁坏的农田已达 14 万公顷。人类的生存和社会的发展都离不开土地，耕地更是土地的精华，人类应该珍惜和保护耕地，这对用占世界 7%的耕地养活占世界人口 22%的中国显得尤为重要[2]。 为保护耕地，保护环境，节约能源，必须对墙体材料进行革新，我国政府对墙改工作十分重视，国务院在 1992 年就颁布了《关于加快墙体材料革新和推广节能建筑的意见》。墙体材料革新是实施可持续发展战略的一项重要措施，，发展利废、节能的新型环保墙体材料来代替粘土砖，对利用废渣、保护耕地、节约能源等方面都有着积极的促进作用，此外，随着我国建筑业的持续发展，建筑物不断向着轻、美、优方向发展，这就要求建材业提供更多与之相适应的新型材料，这不仅仅是一般性的产品更新，更具有可持续发展的战略意义。我国已以立法的形式在全国范围内分时间、分地区的实行并落实“限实”政策，存在于我国 2000 多年的粘土砖最终要退出建材市场。
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1.2  泡沫微晶玻璃的应用和研究

泡沫玻璃质量轻，保温性能好，机械强度较低，适用于保温材料，微晶玻璃容重较大，造价较高，适用于高档次的非建筑行业，一般用作装饰材料。泡沫微晶玻璃是由晶体、气孔、玻璃相三部分组成，相比微晶玻璃，更多均一气孔分布在玻晶交织基体结构中，不仅大大降低了材料的容重，也同样提高了材料的保温隔热性能；相比泡沫玻璃，均匀分布着更多的微小晶体在玻璃相基体中，形成玻晶交织结构，材料的强度得到了显著提高。所以说泡沫微晶玻璃是一种性能卓越的新型多功能材料，可以用来制作承重墙体材料和保温材料[12]。表 1.1 是泡沫微晶玻璃主要理化性能参数。 泡沫微晶玻璃的材料特性和结构特性使其具有诸多优良的性能：泡沫微晶玻璃吸水率低，导热系数小，有良好的隔热保温性能和吸声性能；不风化，不老化，无放射性，机械强度高，易于切割；具有良好的化学稳定性，不易发生物理化学反应，能在-270°C～500°C 的温度范围内使用[13]。如表 1.2 所示：利用泡沫微晶玻璃制作而成的砖在冻融循环后的质量损失和强度损失均符合《墙体材料应用统一技术规范》（GB 50574—2010）[14]的要求，且为耐水性材料。 

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2 泡沫微晶玻璃砖及砂浆的力学性能试验 

泡沫微晶玻璃砖作为一种拟用来代替粘土砖的新型环保墙体材料，具有轻质高强、保温隔热、环保可回收等优点，因为泡沫微晶玻璃砖砌体是由泡沫微晶玻璃砖和砌筑砂浆两种材料组砌而成的，泡沫微晶玻璃砖和砌筑砂浆的力学性能的优劣，在很大程度上决定着泡沫微晶玻璃砖砌体抗压、抗剪及抗震的性能，作为承重墙材料，泡沫微晶玻璃砖自身的力学性能对砌体建筑质量有着举足轻重的作用，为此，本章主要是对泡沫微晶玻璃砖和砌筑砂浆的力学性能进行试验，内容包括泡沫微晶玻璃砖的抗压强度和抗折强度的试验，同条件养护情况下砌筑砂浆试块强度的测定。这些试验是为更好地了解泡沫微晶玻璃砖的材料性能，并为后续泡沫微晶玻璃砖砌体抗压试验、抗剪试验的试验研究做准备。

2.1  泡沫微晶玻璃砖的抗压强度试验 
泡沫微晶玻璃砖的抗压强度是其主要力学性能指标之一，决定着砖的强度等级，进而影响其砖砌体的抗压强度设计值，从而在一定程度上影响着它们的适用范围。本次试验所用的泡沫微晶玻璃砖均由内蒙古科技大学工程中心提供，砖的尺寸为240mm×115mm×53mm，砖的形状如图 2.1 所示。 本次试验采用内蒙古科技大学工程中心提供的标准砖，按照《砌墙砖试验方法》（GB/T 2542—2012）的具体规定，在内蒙古科技大学建筑与土木工程学院实验室对泡沫微晶玻璃砖进行抗压强度试验，由于泡沫微晶玻璃砖表面平整，因此采用非定型制样。随机抽取十个泡沫微晶玻璃砖进行抗压强度试验，用切割机沿着中间轴线将砖平均分成两份，再把两个半砖按断口相反方向叠放在一起，叠和部分不小于 100mm（如图 2.2 所示）。 
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2.2  泡沫微晶玻璃砖的抗折强度试验
我国现行烧结普通砖规范在确定砖的强度等级时，只用烧结普通砖的抗压强度平均值来判定其强度等级，由于不同生产厂家生产的砖块的配合比、生产工艺等有很大差异，即使同一生产厂家生产的同一批次的砖块，其力学性能也会存在一些较大的差异，因此，单一的强度等级指标并不能科学合理的评定砖块的强度等级，所以对泡沫微晶玻璃砖进行抗折强度试验，为以后科学合理的评定砖的强度等级提供依据。 随机选取十块泡沫微晶玻璃砖，放在（25±5）°C 的水中浸泡 24 小时后取出，用湿布拭去砖表面水分，进行抗折试验，步骤如下： （1）分别在砖的两个大面的中间处分别测量高度和宽度，结果取算数平均值，精确至 1mm。 （2）调整抗折夹具下直辊的跨度为砖的规格长度减去 40mm，即跨度为 200mm。 （3）将试件大面平放在下直辊上，试件两端距下直辊的距离均为 20mm，以（50～150）N/s 的速度均匀加载，直至试件破坏，记录最大荷载为破坏荷载 P。 
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3  泡沫微晶玻璃砖砌体抗压强度试验研究  ...... 15 
3.1  泡沫微晶玻璃砖砌体抗压试验  ............ 15
3.2  抗压试验结果及分析  ........... 19 
3.3  泡沫微晶玻璃砖砌体受压的应力-应变关系  ........ 30
3.4  泡沫微晶玻璃砖砌体的弹性模量  ........ 34
3.5  泡沫微晶玻璃砖砌体的泊松比  ............ 38 
3.6  本章小结  ..... 39 
4  泡沫微晶玻璃砖砌体抗剪强度试验研究  ...... 40 
4.1  试验概况  ..... 40
4.2  试验结果及分析  .......... 43
4.3  抗剪承载力影响因素及较烧结普通砖砌体抗剪强度低的原因  ............ 48 
4.3.1  抗剪承载力的影响因素  ..... 48 
4.3.2  抗剪承载力偏低的原因及改进措施  ........... 49 
4.4  本章小结  ..... 49 
5  结论与展望  ........... 50 
5.1  结论  ............. 50 
5.2  建议  ............. 51 
5.3  展望  ............. 51 

4 泡沫微晶玻璃砖砌体抗剪强度试验研究 

泡沫微晶玻璃砖作为一种新型环保墙体材料，目前国内还没有对其砌体的抗剪性能进行系统的试验研究，而砌体抗剪强度作为砌体结构的基本强度指标之一，直接影响结构的可靠性。由于泡沫微晶玻璃砖与烧结普通砖的材质存在很大差异，所以两者在力学性能上也会有很大不同，因此有必要通过试验来对泡沫微晶玻璃砖的相关强度指标进行研究，为此本文在泡沫微晶玻璃砖砌体抗压性能试验的基础上，又对其抗剪性能进行试验研究，并通过与烧结普通砖砌体和蒸压粉煤灰砖砌体进行对比，对其应用的领域提出合理建议。 本章主要通过泡沫微晶玻璃砖砌体抗剪性能的试验和对试验所得数据的分析，对其抗剪强度规律和抗剪破坏特征进行探讨，提出了泡沫微晶玻璃砖砌体抗剪强度建议计算公式，并分析了影响泡沫微晶玻璃砖砌体抗剪强度的主要因素。 
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结论 

本文通过对泡沫微晶玻璃砖及砂浆的力学性能试验，和对泡沫微晶玻璃砖砌体轴心抗压强度、沿通缝抗剪强度的试验，探讨了泡沫微晶玻璃砖砌体的基本力学性能。归纳起来，得到以下主要结论：泡沫微晶玻璃砖砌体轴心受压破坏形态与粘土普通砖砌体的相似，但其开裂荷载与破坏荷载的比值介于 0.62～0.89 之间，与粘土普通砖砌体相比，初裂缝出现的较晚，在正常应力状态下是不会出现裂缝的。泡沫微晶玻璃砖砌体的弹性模量实测值是同条件下烧结普通砖砌体弹性模量规范值的 1.66～2.79 倍，说明其具有很好的抵抗变形的能力，在烧结普通砖砌体弹性模量规范公式的基础上，根据试验数据提出了泡沫微晶玻璃砖砌体弹性模量的建议计算公式 E = 2 700f，为后续的研究和产品的应用提供参考，泊松比平均值为 0.154，与烧结普通砖砌体的基本一致。  
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参考文献(略)

本文编号：37766