張澤男，王玉英

(長春工程學院土木工程學院，長春 130012)

0 引言

作為一種混凝土骨料，火山渣是火山爆發(fā)時的拋出物，它屬于天然輕骨料，這種天然輕骨料質(zhì)量非常小，而且成本很低，因此，價格比普通混凝土集料要便宜很多。在我國，北起黑龍江，南到海南島，火山渣在10多個省份都有著豐富的儲藏，它具有方便開采、節(jié)省資源、廉價成本、不需破碎的優(yōu)點。僅在我國吉林省輝南區(qū)域，就有3 000萬m3的火山渣輕骨料，一共儲藏著接近8億m3的火山渣材料，居全國首位。近些年，我國已經(jīng)使用火山渣集料制作出了新型的火山渣混凝土墻體。由于火山渣集料導熱系數(shù)小并且多孔，所以這種新型混凝土墻體材料，不僅擁有節(jié)約土壤、節(jié)約能源、導熱系數(shù)好以及廢物利用等優(yōu)點，而且因為火山渣混凝土本身輕質(zhì)、高強的特性，使用這種材料來建造建筑結(jié)構(gòu)，結(jié)構(gòu)的重量將會大大減輕，能夠加快現(xiàn)場施工的工作速度。對這種建筑材料的推廣利用，能夠有效地加快我國的建設(shè)發(fā)展[1]。

國內(nèi)已經(jīng)有許多研究者進行了一系列的火山渣混凝土試驗的研究工作，全面了解了其基本性能。大量試驗研究結(jié)果表明了火山渣混凝土具有自重輕、保溫好、耐久性等都較好的特點，對鋼筋也無腐蝕作用。而且，火山渣混凝土在某些方面的性能要比普通混凝土更有優(yōu)勢。為了解火山渣混凝土剪力墻受力性能，本文進行了火山渣混凝土剪力墻軸心受壓試驗研究。

1 試驗概況

本次試驗共設(shè)計了2個試件模型，火山渣混凝土剪力墻編號為HSZ，普通混凝土剪力墻編號為PT，墻體高度為1 500 mm，試件的截面尺寸相同，均為1 000 mm×130 mm，采用的混凝土強度等級為C25，試驗鋼筋均采用HRB400。為了使試驗?zāi)Ｐ透臃蠈嶋H工程，在剪力墻兩端設(shè)置邊緣約束暗柱，對暗柱內(nèi)的縱筋進行加密，邊緣縱筋配筋率為4.5%，橫豎向分布鋼筋以及箍筋根據(jù)規(guī)范按照構(gòu)造進行配筋[2]。試驗試件具體配筋表見表1，試件模型立面圖以及配筋圖如圖1和圖2所示。

2 試驗方案

試驗試件利用液壓方法加載，選用 10 000 kN長柱式壓力試驗機施加軸心壓力。運用單調(diào)加載，采用力控制對荷載進行分級加載，每1/10極限承載力為一級，當試件接近預計破壞荷載前，根據(jù)實測應(yīng)力大小，適當加密荷載級別，按每級1/20極限承載力加載。

3 試驗結(jié)果及分析

3.1 試件破壞特征

加載初期，線彈性階段，試件的外觀沒有出現(xiàn)明顯變化。

當外荷載加至破壞荷載的70%左右時，混凝土部分表面出現(xiàn)若干細小的豎向裂縫。隨著荷載增加，豎向裂縫不斷發(fā)展并變寬，有些向斜向發(fā)展，最后縱筋屈服，混凝土被壓碎，試件承載力達到極限值。兩組試件破壞趨勢基本相同。兩個試件的破壞特征詳如圖3～4所示。

表1 配筋表

圖1 試件立面圖

圖2 試件截面尺寸及配筋

圖3 試件PT破壞形態(tài)圖

圖4 試件HSZ破壞形態(tài)圖

3.2 試件荷載應(yīng)變曲線分析

圖5為HSZ與PT試件破壞時的荷載—應(yīng)變對比曲線，圖中橫坐標代表縱向壓應(yīng)變，縱坐標代表荷載值，PTG表示普通混凝土試件鋼筋應(yīng)變，PTH表示普通混凝土試件混凝土應(yīng)變，HSZG表示火山渣試件鋼筋縱向應(yīng)變，HSZH表示火山渣混凝土試件外包混凝土縱向應(yīng)變。

圖5 荷載—應(yīng)變對比曲線

如圖5，在加載前期，荷載—應(yīng)變曲線處于線彈性階段，試件PT縱向應(yīng)變與試件HSZ縱向應(yīng)變基本重合，表明在線彈性范圍內(nèi)，普通混凝土以及火山渣混凝土性質(zhì)基本一樣。直至荷載達到80%左右時，明顯可見試件HSZ應(yīng)變發(fā)展速度變慢，承載力提升加快，總應(yīng)變小于試件PT。由圖3～5可知：普通混凝土剪力墻在接近破壞狀態(tài)時，荷載變化加快，容易發(fā)生脆性破壞。當加載到試件墻體即將破壞時，與試件PT模型相比，從火山渣混凝土剪力墻即試件HSZ的破壞形態(tài)分析可得，承載力變化變緩，墻體不會出現(xiàn)瞬間破壞，火山渣混凝土剪力墻延性優(yōu)于普通混凝土剪力墻。

3.3 試件荷載位移曲線分析

圖6為普通混凝土剪力墻與火山渣混凝土剪力墻荷載—位移對比曲線：通過對比分析可知：在荷載前期，兩者結(jié)構(gòu)破壞形式基本相同，火山渣混凝土約束效果較好，加載到2 000 kN時，火山渣混凝土剪力墻達到極限承載力，墻體發(fā)生破壞，而普通混凝土剪力墻極限承載力略大，為2 100 kN。同時，普通混凝土剪力墻在峰值后荷載急劇下降，塑性較差，對比之下火山渣混凝土剪力墻下降階段較為平緩，塑性略好，變形能力較強。

圖6 試件荷載—位移對比曲線

4 火山渣混凝土的優(yōu)缺點

通過火山渣混凝土剪力墻的制作以及進行火山渣混凝土剪力墻軸心受壓試驗研究得到了火山渣混凝土的優(yōu)缺點。

4.1 火山渣混凝土的優(yōu)點

1)質(zhì)量輕、抗震性能好[3]。由于火山渣混凝土的表現(xiàn)密度比普通混凝土低20%～40%，所以使用火山渣混凝土制作的墻體結(jié)構(gòu)質(zhì)量較輕，因此地震的作用對這部分墻體結(jié)構(gòu)的影響較小，抗震性能好。

2)界面強度較高。界面區(qū)的強度是影響混凝土性能的重要因素之一，因為火山渣輕骨料表面多孔且較粗糙，所以火山渣混凝土界面處的強度較高。

3)抗凍性較好。為了提高抗凍性，普通混凝土總是引入一些氣體，由于火山渣集料多孔，內(nèi)部孔隙可以代替引氣的作用，因此，火山渣混凝土的抗凍性能優(yōu)于普通混凝土。

4)延性較好，通過試驗結(jié)果分析得出火山渣混凝土的延性優(yōu)于普通混凝土。

5)抗裂性能好。在相同等級情況下，火山渣混凝土的彈性模量略小于普通混凝土，因此，在受到干縮和冷縮作用時，火山渣混凝土受到的拉應(yīng)力較小，所以抗裂性較好。而且，由于火山渣輕骨料孔隙較多，經(jīng)過養(yǎng)護的火山渣混凝土會儲藏一部分水分，在后期混凝土的硬化過程中，火山渣混凝土內(nèi)部水分會進行蒸發(fā)釋放，能夠起到內(nèi)部養(yǎng)護的作用，減小火山渣混凝土的干燥收縮。

6)耐火性、隔熱保溫性好。由于火山渣骨料多空，所以火山渣混凝土的導熱系數(shù)要遠遠低于普通混凝土，因此在高溫條件下，溫度的傳遞速度很慢，能夠保護內(nèi)部鋼筋。

4.2 火山渣混凝土的缺點

1)強度略低。通過試驗結(jié)果可知，同等級的火山渣混凝土剪力墻的極限承載力略低于普通混凝土

剪力墻的極限承載力。火山渣混凝土試件壓壞是從骨料斷裂的，而普通混凝土試件破壞一般出現(xiàn)在界面處。由于火山渣骨料強度略低于普通碎石骨料強度，火山渣骨料本身的特性限制了火山渣混凝土強度的提高，所以，當火山渣混凝土強度達到一定程度時，繼續(xù)增加水泥用量，其強度也很難繼續(xù)增加，因此很難配置出很高強度的火山渣混凝土。

2)徐變和收縮問題。火山渣混凝土的干縮變化與火山渣的含水率有關(guān)，將火山渣混凝土進行預濕后，其后期干縮變化會較小。較高強度的火山渣混凝土水灰比較低，導致其收縮、徐變效果比普通混凝土高。因此，為了保證火山渣混凝土強度的發(fā)展，減小火山渣混凝土的干縮變形的不良影響，實際施工時，應(yīng)該更加注意對其的養(yǎng)護效果。

5 結(jié)語

本文主要對火山渣混凝土剪力墻進行了軸心受壓試驗研究，觀察試驗過程對試驗結(jié)果進行總結(jié)歸納得出結(jié)論。觀察火山渣混凝土剪力墻在軸心壓力作用下的破壞過程，包括裂縫的開展、鋼筋及混凝土的應(yīng)變化以及最終破壞形態(tài)。根據(jù)試驗結(jié)果，分析火山渣混凝土剪力墻的開裂荷載、極限荷載以及應(yīng)變規(guī)律。荷載—應(yīng)變曲線表明，在線彈性工作階段，鋼筋與混凝土能夠很好地進行協(xié)同工作，變形協(xié)調(diào)。荷載—位移曲線表明，火山渣混凝土的強度略低于普通混凝土。

[1] 敖文秀，姜彥海.火山渣混凝土拌制工藝研究[J].內(nèi)蒙古石油化工，2015，41(20)：71-72.

[2] 李照林.高配筋率邊緣約束構(gòu)件高強混凝土剪力墻抗震性能試驗研究[D].廣州：華南理工大學，2011.

[3] 楊東林，李斌，黎蔚詩，等.火山渣輕骨料混凝土在國內(nèi)外的研究應(yīng)用[J].建材世界，2017，38(2)：26-30.