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        秸稈粉煤灰復(fù)合條板抗彎承載性能試驗(yàn)研究

        2020-11-16 08:09:18曾理文尹華堯
        四川建筑 2020年5期
        關(guān)鍵詞:承載力混凝土

        曾理文,尹華堯

        (1.北京城建長城建筑裝飾有限公司 北京 100089; 2.中國電建集團(tuán)成都勘測設(shè)計(jì)研究院有限公司,四川成都 610000)

        農(nóng)作物秸稈是一種韌性材料,粉煤灰是一種剛性材料,將這兩種材料結(jié)合起來能廢物再利用,開發(fā)出低成本高性能的建筑復(fù)合墻板。原材料中大量采用工農(nóng)業(yè)廢棄物,降低了農(nóng)作物秸稈焚燒及粉煤灰處置帶來的環(huán)境污染[1-2];柔性纖維的加入能夠抗混凝土干縮裂縫[2],絲狀秸稈(2~4 cm)同樣具有此種作用;墻板可采用工廠化生產(chǎn),質(zhì)量易于得到保證,且經(jīng)過材料抗壓性能試驗(yàn),其抗壓強(qiáng)度易于滿足相關(guān)規(guī)范要求[3];現(xiàn)場安裝工藝簡單,對工人技術(shù)要求低,安裝精度高速度快;干法施工濕作業(yè)少,對環(huán)境污染?。粔Π遄灾剌p易于人工搬運(yùn)及安裝;符合國家大力推廣的建筑工業(yè)化要求,適合在房屋建筑中大量推廣應(yīng)用。

        為滿足墻體輕質(zhì)性要求,在滿足抗壓強(qiáng)度的條件下,墻板自重越輕越好,故考慮采用兩種方式達(dá)到此目的。

        (1)優(yōu)化骨料級(jí)配,采用秸稈纖維與粉煤灰共同加入水泥基膠凝材料中,降低自重并提高其抗局部開裂的能力;將影響板自重大的骨料用陶粒替換;墻板中不放骨料,直接采用秸稈砂漿。

        (2)將墻板內(nèi)部設(shè)置為空心夾層,便于安放管線的同時(shí)減少材料用量,達(dá)到進(jìn)一步降低墻板自重的目的??招膴A層采用泡沫板進(jìn)行填充,固定墻板上下層鋼筋網(wǎng)片,同時(shí)提高保溫隔熱及隔聲性能,如圖1所示,墻板一次澆筑成型整體性好,詳細(xì)構(gòu)造見發(fā)明專利[4]。為保證墻體輕質(zhì)性且強(qiáng)度滿足相關(guān)規(guī)范要求[5-6],墻板需配置抗拉材料,選用帶肋鋼筋或鋼絲網(wǎng)片來實(shí)現(xiàn)(圖2),其對墻板的抗彎性能增強(qiáng)作用非常明顯。

        圖1 墻體條板

        對墻板進(jìn)行抗彎承載力計(jì)算,并測的墻板在加載過程中的撓度及應(yīng)變,分析墻板破壞形態(tài),得到荷載-撓度及荷載-應(yīng)變關(guān)系,所得相關(guān)數(shù)據(jù)為墻板的推廣應(yīng)用提供參考。

        圖2 鋼絲網(wǎng)片

        1 試驗(yàn)概況

        1.1 試件設(shè)計(jì)

        共制作了8塊墻板試件,墻板尺寸長×寬×厚為2 850 mm×600 mm×150 mm,骨架分為鋼筋骨架和鋼絲網(wǎng)片兩種。墻板配筋見圖3,內(nèi)置泡沫板見圖4填充區(qū)域。鋼筋骨架為在墻板縱向布置鋼筋HPB335,縱向分布鋼筋φ8 mm,橫向分布鋼筋φ6 mm,為提高上下雙側(cè)鋼筋網(wǎng)片工作性能,在網(wǎng)片間采用穿墻鋼筋連接上下兩排鋼筋,為φ10 mm。根據(jù)所需試驗(yàn)中的8塊墻板構(gòu)件見表1,將墻板的制作所需要的混凝土材料配合比的不同分為了4組,配合比詳見表3。

        圖3 鋼筋網(wǎng)片平面布置(單位:mm)

        1.2 墻板配筋計(jì)算

        墻板平面示意見圖4(陰影部分空白),單獨(dú)計(jì)算部分1,

        表1 試件編號(hào)及組成

        圖4 墻板計(jì)算簡圖

        其中部分1與部分3相同,將其視為板進(jìn)行計(jì)算,依據(jù)規(guī)范[7]的相關(guān)規(guī)定,依據(jù)混凝土極限受壓區(qū)高度限值見式(1)。

        (1)

        求解得:x=11mm

        fcbx=fyAs

        (2)

        將混凝土抗壓強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值fc=14.3N/mm2,板寬度b=1000mm,鋼筋屈服強(qiáng)度fy=300N/mm2,代入式(2),即14.3×1000×11=300As,求解As=524.33mm2,根據(jù)計(jì)算取5根HRB335,φ12 mm的鋼筋,實(shí)際配筋面積為565 mm2。

        單獨(dú)計(jì)算部分2,部分2與部分4相同,將其視為梁。

        14.3×40×55=300As,求解得:As=104.9mm2

        我們通過學(xué)習(xí)新課程理念,進(jìn)一步了解到:初中化學(xué)教師制作教學(xué)設(shè)計(jì)時(shí),要基于學(xué)生已有的認(rèn)知規(guī)律,并創(chuàng)設(shè)學(xué)生熟悉的生活情境,使學(xué)生在此環(huán)境中,充分運(yùn)用教學(xué)知識(shí),加深其對于化學(xué)知識(shí)與生活緊密聯(lián)系的認(rèn)知,并提高其運(yùn)用化學(xué)知識(shí)解決現(xiàn)實(shí)問題的能力。而我們化學(xué)教師在教學(xué)的過程中要將學(xué)生的生活作為教學(xué)的落腳點(diǎn)和出發(fā)點(diǎn),拉近化學(xué)和學(xué)生之間的距離,激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)化學(xué)的熱情。

        取2根HRB335,φ8 mm的鋼筋,實(shí)際配筋面積為101 mm2。

        驗(yàn)算:根據(jù)通用技術(shù)要求[5]的規(guī)定,本條板厚度為200 mm,條板的抗彎破壞荷載應(yīng)當(dāng)是板自重的2倍,即為400 kg。取1 kg的重力約等于10 N,則400 kg的重力為4 kN。

        (3)

        (4)

        (5)

        (6)

        板單元2、板單元4的承載力低于混凝土單元1、混凝土單元2,考慮構(gòu)件安全,取板計(jì)算單元1~計(jì)算單元4承載力均為0.985 kN·m。M1+M2+M3+M4=0.985×4=3.94kN·m>1.25kN·m,故配筋安全。依據(jù)圖6(a)所示,利用結(jié)構(gòu)力學(xué)知識(shí),對簡支板進(jìn)行計(jì)算,得到板可承受的豎向荷載值為11.88 kN。

        表2 抗彎荷載破壞指標(biāo)

        1.3 混凝土材料的配合比選取

        完成了4組混凝土配合比,見表3所示,成型及加載示意如圖5所示。

        圖5 混凝土試塊的制作與試驗(yàn)

        表3 混凝土配合比

        1.4 試件制作

        試驗(yàn)墻板制作過程見圖6所示。

        (1)鋼筋網(wǎng)片采用泡沫波紋板固定,如圖6(a)所示,同時(shí)泡沫波紋板起到內(nèi)部填充的作用,便于形成內(nèi)部空心夾層。

        (2)按照配合比制備膠凝材料干拌摻和料,并加入秸稈后攪拌如圖6(b)所示。

        (3)把鋼筋骨架和鋼絲網(wǎng)片放入模板中固定,澆筑過程中用振搗棒振搗如圖6(c)所示。

        (4)最后將表面抹平如圖6(d)所示,靜止養(yǎng)護(hù)待達(dá)到齡期后拆模。

        圖6 條板成型工藝

        1.5 試驗(yàn)加載裝置

        試驗(yàn)是根據(jù)JG/T169-2005《建筑隔墻用輕質(zhì)墻板》[3]的試驗(yàn)方法進(jìn)行的。試驗(yàn)采用單調(diào)分級(jí)加載,觀察應(yīng)變、裂縫和撓度等情況,加載示意如圖7(a),現(xiàn)場試驗(yàn)裝置如圖7(b)。為實(shí)現(xiàn)墻板兩端等效為固定鉸支座,將圓鋼管放置到分配梁下端,以實(shí)現(xiàn)三點(diǎn)彎加載。

        (a) 抗彎破壞加載示意(單位:mm)

        (b)試驗(yàn)現(xiàn)場布置圖7 試驗(yàn)加載裝置

        1.6 測量內(nèi)容及儀表布置

        試驗(yàn)采用DH3815N靜態(tài)應(yīng)變測試系統(tǒng)。試驗(yàn)中共布置5個(gè)位移計(jì),用于測量板跨中、1/4處及支座處的撓度,布置見圖8。每塊墻板布置8個(gè)應(yīng)變片,跨中截面及距支座1/4處2根縱向鋼筋的應(yīng)變;板底跨中及1/4處混凝土板底的應(yīng)變,布置見圖9所示。

        圖8 位移計(jì)布置(單位:mm)

        圖9 應(yīng)變片布置

        2 試驗(yàn)結(jié)果

        2.1 試驗(yàn)現(xiàn)象

        B-2、B-4、B-6、B-8四塊墻板內(nèi)部均鋪有鋼絲網(wǎng)片,在加載過程中發(fā)生脆性破壞,破壞前沒有預(yù)先征兆,四塊板均在墻板1/2跨度處出現(xiàn)通縫,直接破壞,明顯抗彎承載力不足,即便是對于混凝土板承載力也很低。采用裂縫比對卡對配有鋼筋的B-1,B-3,B-5及B-7的裂縫寬度進(jìn)行測量,畫出裂縫出現(xiàn)位置和開展情況見圖10所示,可看到:

        (1)大部分裂縫分布在板的跨中,因其為彎矩最大處。

        (2)內(nèi)置的聚苯乙烯板邊緣處應(yīng)力復(fù)雜,隨加載進(jìn)行該區(qū)域裂縫逐漸發(fā)展成主裂縫而破壞,相應(yīng)的墻板破壞圖片見裂縫分布后所對應(yīng)的圖片。

        2.2 主要試驗(yàn)結(jié)果分析

        試件試驗(yàn)測得的荷載和撓度見表4,可看出與普通混凝土相比,秸稈混凝土的開裂荷載降低了41.8 %,極限荷載降低了23.4 %;陶?;炷灵_裂荷載和極限荷載分別降低了47.8 %,40.5 %;秸稈砂漿在四個(gè)試件中荷載最低,比普通混凝土開裂荷載降低59 %,極限荷載降低了43.89 %。

        表4 主要試驗(yàn)結(jié)果

        圖10 裂縫分布及墻板破壞(單位:mm)

        2.3 荷載-撓度分析

        跨中荷載-撓度見圖11所示,試件經(jīng)歷彈性、彈塑性和破壞三個(gè)階段。

        (1)開始加載時(shí)曲線呈彈性關(guān)系,隨加載進(jìn)行跨中出現(xiàn)第一條裂縫曲線發(fā)生轉(zhuǎn)折是由于墻板受拉區(qū)混凝土開裂導(dǎo)致。繼續(xù)加載裂縫不斷出現(xiàn),原有裂縫變寬,當(dāng)縱向鋼筋達(dá)到屈服應(yīng)變時(shí)墻板也進(jìn)入彈塑性變形階段。

        (2)縱向鋼筋屈服后隨荷載增加,板撓度增加明顯,裂縫寬度變寬,直到板出現(xiàn)主裂縫而無法繼續(xù)承載。

        (3)B-1承載力高且剛度退化較緩慢,B-7雖初始剛度大,但砂漿開裂后由于缺少骨料作用,剛度退化迅速,承載力降低明顯且快速失效。

        圖11 荷載-撓度曲線

        2.4 墻板荷載-應(yīng)變曲線

        混凝土荷載-應(yīng)變曲線見圖12,板開裂前鋼筋應(yīng)變很小,在荷載分別達(dá)到8.2 kN、14.1 kN、5.78 kN、7.36 kN時(shí),B-1、B-3、B-5及B-7的曲線出現(xiàn)明顯轉(zhuǎn)折點(diǎn),由于板開裂瞬間受拉區(qū)墻板面積減小,導(dǎo)致裂縫處鋼筋應(yīng)變陡增。從圖13鋼筋荷載-應(yīng)變曲線可看到:墻板進(jìn)入彈塑性階段鋼筋應(yīng)變增加變快;由于鋼筋屈服曲線又出現(xiàn)了第二個(gè)轉(zhuǎn)折點(diǎn),緊接著墻板進(jìn)入了破壞階段,隨荷載稍增鋼筋應(yīng)變急劇增加,板的延性表現(xiàn)良好,繼續(xù)加載到板開裂后應(yīng)變讀數(shù)急劇增大直到板破壞。

        圖12 混凝土荷載-應(yīng)變曲線

        圖13 鋼筋荷載-應(yīng)變曲線

        3 結(jié)論

        秸稈粉煤灰輕質(zhì)復(fù)合墻板采用輕骨料及內(nèi)部加空心層的構(gòu)造處置措施能夠有效降低板重,通過實(shí)驗(yàn)室內(nèi)生產(chǎn)成型,能滿足工程應(yīng)用要求。

        (1)對四類復(fù)合墻板抗彎承載性能試驗(yàn)研究,其余三類墻板承載力及剛度均較鋼筋混凝土板差。且秸稈砂漿墻板一經(jīng)開裂,承載力及剛度退化明顯且會(huì)快速破壞。

        (2)縱向鋼筋屈服后隨繼續(xù)加載,板撓度增加明顯,裂縫寬度增加且擴(kuò)展,新裂縫不斷出現(xiàn),直到板出現(xiàn)主裂縫而無法繼續(xù)承載。

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