范軍，劉福勝，胡玉秋，張玉穩(wěn)，崔兆彥

（山東農(nóng)業(yè)大學(xué) 水利土木工程學(xué)院，山東 泰安 271018）

0 引言

黃淮海5省市農(nóng)作物秸稈資源理論數(shù)量達(dá)到2.4×108t，可收集量達(dá)到2.1×108t，數(shù)量巨大[1]。山東農(nóng)業(yè)大學(xué)建筑砌塊項(xiàng)目組開(kāi)展了秸稈夾心自保溫混凝土砌塊的研究[2-6]，將農(nóng)作物秸稈作為砌塊的填充保溫材料，實(shí)現(xiàn)了農(nóng)作物秸稈的資源化利用。項(xiàng)目組又提出并開(kāi)展了自保溫暗骨架承重墻的研究，研究了自保溫暗骨架承重墻結(jié)構(gòu)的抗震、抗剪性能[7-8]。研究表明，自保溫暗骨架承重墻大大改善了砌塊墻體的抗震抗剪性能。但是砌塊墻中引入芯柱后，對(duì)墻體的保溫性能和抗壓強(qiáng)度影響是一個(gè)值得研究的問(wèn)題。

1 H型和半角型秸稈混凝土復(fù)合砌塊的研制

1.1 原材料

水泥：P·C32.5水泥，中聯(lián)水泥有限公司生產(chǎn)，SO3≤3.5%、MgO≤5.0%、燒失量≤5.0%、細(xì)度（45 μm 篩篩余）≤10%、初凝≥45 min、終凝≤600 min；砂：細(xì)度模數(shù)3.0，泰安汶河粗砂；細(xì)石：5～10 mm，泰安道朗石料廠；石膏：β型半水石膏，山東省泰安市宏利石膏加工有限公司；秸稈：小麥秸稈，粉碎后長(zhǎng)度小于10 mm。

1.2 試驗(yàn)配比

制作混凝土空心砌塊的混凝土配合比為：m（水泥）∶m（砂）∶m（細(xì)石）∶m（水）=1∶2.17∶3.85∶0.60。秸稈壓縮塊的配合比為：m（石膏）∶m（水∶）m（小麥秸稈）=2∶1∶1.4。

1.3 試件制作

先制作H型混凝土空心砌塊，其長(zhǎng)×寬×高=390 mm×240 mm×190 mm。再制作半角型混凝土空心砌塊，其長(zhǎng)×寬×高為190 mm×240 mm×190 mm。將拆模后的空心混凝土砌塊放入養(yǎng)護(hù)室養(yǎng)護(hù)，養(yǎng)護(hù)條件為：溫度（20±3）℃、相對(duì)濕度90%以上，養(yǎng)護(hù)齡期28 d。

然后再制作秸稈壓縮塊，其長(zhǎng)×寬×高=340mm×30mm×190 mm和160mm×80mm×190mm兩種規(guī)格，在模具中冷壓制成，在24～30℃，相對(duì)濕度40%～65%的通風(fēng)處自然干燥24～30 d。

將秸稈壓縮塊填入混凝土空心砌塊孔中制成秸稈混凝土復(fù)合砌塊。制成的秸稈混凝土復(fù)合砌塊如圖1所示。

圖1 H型和半角型秸稈混凝土復(fù)合砌塊實(shí)物

2 試驗(yàn)墻體的砌筑

2.1 砌筑砂漿和抹面砂漿及灌芯混凝土的設(shè)計(jì)強(qiáng)度和配合比

砌筑砂漿強(qiáng)度等級(jí)為M7.5，配合比為：m（水泥）∶m（砂）∶m（水）=1∶3.77∶1.08。抹面砂漿強(qiáng)度等級(jí)為 M10，配合比為：m（水泥）∶m（砂）∶m（水）=1∶2∶0.4。灌芯混凝土強(qiáng)度等級(jí)為 C25，配合比為：m（水泥）∶m（細(xì)石）∶m（砂）∶m（水）=1∶1.59∶2.48∶0.44。

2.2 無(wú)芯柱試件墻的砌筑

將H型和半角型秸稈混凝土復(fù)合砌塊組合，按照一順一丁的方法砌筑試件墻，砌塊所有空心處全部填充秸稈壓縮塊。試件墻表面用5mm水泥砂漿抹平，待墻體干燥后（養(yǎng)護(hù)7d）再進(jìn)行測(cè)試。H型和半角型秸稈混凝土復(fù)合砌塊組合砌筑圖見(jiàn)圖2。

圖2 無(wú)芯柱試件墻的H型和半角型砌塊組合

2.3 有芯柱試件墻的砌筑

將H型和半角型秸稈混凝土復(fù)合砌塊組合，按照一順一丁的方法砌筑試件墻，試件墻表面用5 mm水泥砂漿抹平，待墻體干燥后（養(yǎng)護(hù)7 d）再進(jìn)行測(cè)試。有芯柱的試件墻的砌筑圖如圖3所示，這里的芯柱是用混凝土在砌塊中間的空心處灌注得到。

圖3 有芯柱的試件墻

砌塊中間的空心處灌注芯柱，可改善墻體的受力特性，有利于提高墻體的抗壓強(qiáng)度。但中間空心處由混凝土芯柱替代了秸稈壓縮塊，將導(dǎo)致墻體的保溫性能有所降低，具體數(shù)值將通過(guò)試驗(yàn)確定。

3 砌體的傳熱系數(shù)和抗壓強(qiáng)度試驗(yàn)

3.1 測(cè)試方法及儀器設(shè)備

3.1.1 砌體傳熱系數(shù)測(cè)試儀器設(shè)備和方法

（1）測(cè)試儀器設(shè)備

HTW-1型建筑圍護(hù)結(jié)構(gòu)保溫性能測(cè)試裝置：環(huán)境溫度0～50℃之間設(shè)定，冷箱溫度在-10℃～環(huán)境溫度之間設(shè)定，精度±5%；數(shù)據(jù)采集儀：安捷倫34972A，美國(guó)Agilent公司；T型熱電偶：自制并校準(zhǔn)，測(cè)溫精度為±0.1℃；板式熱流計(jì)：精度±5%。

（2）測(cè)試方法

將試件墻砌筑于HTW-1型建筑圍護(hù)結(jié)構(gòu)保溫性能測(cè)試裝置里面試件架鋼梁上，墻體與鋼墊梁周邊空隙用聚苯板及發(fā)泡劑填充。墻體砌筑完成后，待墻體充分干燥后再進(jìn)行相關(guān)試驗(yàn)。試驗(yàn)墻體構(gòu)造見(jiàn)圖4。

圖4 試驗(yàn)墻體

將板式熱流計(jì)貼在熱箱側(cè)中間位置，并在熱流計(jì)旁布置T型熱電偶，熱箱內(nèi)和冷箱內(nèi)墻體對(duì)應(yīng)的位置也按照同樣的方法布置T型熱電偶。

3.1.2 砌體抗壓強(qiáng)度測(cè)試儀器設(shè)備和方法

（1）主要儀器設(shè)備

靜力加載設(shè)備：YAW-3000 F結(jié)構(gòu)試驗(yàn)機(jī)。

（2）測(cè)試方法

按照GB/T 50129—2011《砌體基本力學(xué)性能試驗(yàn)方法標(biāo)準(zhǔn)》試驗(yàn)。壓力試驗(yàn)機(jī)加載梁直接作用于加壓鋼板上，通過(guò)鋼板直接將荷載傳遞到砌體試件上。砌體墻采用3層結(jié)構(gòu)，最下面1層是2塊H型砌塊，中間層是半角砌塊加H型砌塊加半角砌塊，最上層是2塊H型砌塊。砌塊層間粘結(jié)砂漿厚度為10 mm，底部有砂漿找平層，上面放置加壓鋼板。

3.2 測(cè)試結(jié)果

3.2.1 砌體傳熱系數(shù)

將熱箱溫度設(shè)置為35℃，冷箱溫度設(shè)置為10℃，滿足了試驗(yàn)的溫度條件后開(kāi)始測(cè)試。試驗(yàn)過(guò)程中，當(dāng)傳熱達(dá)到基本穩(wěn)定時(shí)，即墻體的傳熱系數(shù)按照某一值上下波動(dòng)幅度不大時(shí)，采用此時(shí)的數(shù)據(jù)來(lái)得到墻體傳熱系數(shù)-時(shí)間曲線，如圖5所示。

圖5 墻體傳熱系數(shù)-時(shí)間曲線

由圖5可見(jiàn)，砌體墻的傳熱系數(shù)隨時(shí)間沿著某一數(shù)值小幅震蕩，經(jīng)過(guò)計(jì)算得到，無(wú)芯柱和有芯柱砌體墻的平均傳熱系數(shù)分別為0.54、0.65 W/（m2·K）。有芯柱砌體墻的傳熱系數(shù)比無(wú)芯柱的增大了20.4%，前者的保溫性能比后者的要差。

3.2.2 砌體抗壓強(qiáng)度

砌體墻共有6面，3面為有芯柱的，3面為無(wú)芯柱的。采用尺寸固定的局壓鋼板作為荷載均勻分布作用裝置，尺寸為150 mm×150 mm×50 mm，壓力試驗(yàn)機(jī)加載梁直接作用于局壓鋼板上，通過(guò)鋼板直接將荷載傳遞到砌體試件上；砌體試件砌筑在承壓鋼板上，承壓鋼板尺寸為500 mm×350 mm×20 mm、1000 mm×350 mm×20 mm。有芯柱和無(wú)芯柱砌體墻受壓破壞后如圖6所示，砌體墻的抗壓強(qiáng)度測(cè)試結(jié)果見(jiàn)表1。

圖6 砌體墻受壓破壞

從圖6中砌體的破壞形態(tài)上看，有芯砌體破壞更為徹底，表現(xiàn)出的破壞特征更為明顯。而無(wú)芯砌體破壞時(shí)脆性更為明顯，因無(wú)芯柱約束承載力較低，在加載后期，更容易發(fā)生崩潰。

表1 砌體墻抗壓強(qiáng)度測(cè)試結(jié)果

從表1可以看出，有芯柱砌體抗壓強(qiáng)度明顯高于無(wú)芯柱砌體，芯柱的設(shè)置提高了砌體墻的抗壓強(qiáng)度，無(wú)芯柱砌體墻和有芯柱砌體墻的平均抗壓強(qiáng)度分別為6.26和10.59 MPa，有芯柱的比無(wú)芯柱的砌體墻平均抗壓強(qiáng)度提高了69.2%。說(shuō)明芯柱對(duì)砌體具有較強(qiáng)的約束作用，可以延緩砌體開(kāi)裂。

4結(jié)論

（1）有芯柱的自保溫暗骨架承重墻傳熱系數(shù)為0.65 W/（m2·K），無(wú)芯柱對(duì)照墻體的傳熱系數(shù)為0.54W/（m2·K），有芯柱的墻體傳熱系數(shù)比無(wú)芯柱的增大20.4%，保溫性能降低。

（2）有芯柱的自保溫暗骨架承重墻抗壓強(qiáng)度為10.59 MPa，比無(wú)芯柱的試件墻抗壓強(qiáng)度（6.26 MPa）提高了69.2%。