1、粘土空心磚和實(shí)心磚的高溫力學(xué)性能比照試驗(yàn)研究粘土空心磚和實(shí)心磚的高溫力學(xué)性能比照試驗(yàn)研究1緒論1.1粘土磚的應(yīng)用現(xiàn)狀和開展趨勢論文聯(lián)盟 :/目前,粘土磚作為墻體和屋面的主要建筑材料,大量應(yīng)用于住宅、中小型單層工業(yè)廠房、影劇院等建筑物中,是我國建筑工程中量大面廣的最常用的構(gòu)造形式。粘土磚是用粘土制成一定的形狀的坯然后在磚窯中高溫?zé)瞥鰜淼?是最傳統(tǒng)的建筑材料。按孔洞率分為無孔洞或孔洞率小于15%的實(shí)心磚(普通磚),孔洞率等于或大于15%的空心磚。據(jù)不完全統(tǒng)計(jì),目前我國粘土實(shí)心磚年產(chǎn)量多達(dá)4300多億塊,消費(fèi)這么多的粘土磚,光燒制過程中消耗的煤量就占到全年煤能源消耗總量的15%左右。隨著國家禁實(shí)推

2、新工作的不斷推廣深化,承重型粘土空心磚作為一種新型墻體材料在我國得到推廣應(yīng)用。相比實(shí)心磚,粘土空心磚具有保溫、隔熱、抗震性能好、造價(jià)低廉、施工方便、快捷等優(yōu)點(diǎn),對于保護(hù)耕地、節(jié)約能源、保護(hù)環(huán)境等有積極意義,是我國重點(diǎn)推廣使用的新型墻體材料之一。1.2空心磚力學(xué)性能的研究動態(tài)湖南農(nóng)業(yè)大學(xué)的梁建國和中元國際工程設(shè)計(jì)研究院的梁輝等人通過18件p型燒結(jié)頁巖多孔磚、3件燒結(jié)頁巖普通磚砌體抗壓試驗(yàn)研究,得出了這種多孔磚的受壓強(qiáng)度設(shè)計(jì)取值方法,其力學(xué)性能均到達(dá)和超過普通粘土磚,是一種性能優(yōu)越的墻體材料。研究說明,空心磚砌體在常溫下其抗壓強(qiáng)度相當(dāng)或略高于實(shí)心磚砌體,一般認(rèn)為抗壓強(qiáng)度較高的原因是塊體尺寸的影響。

3、從這點(diǎn)看,用具有隔熱、抗震性能好、造價(jià)低廉、施工方便、快捷等優(yōu)點(diǎn),對于保護(hù)耕地、節(jié)約能源、保護(hù)環(huán)境等有積極意義的粘土空心磚替代粘土實(shí)心磚是可行的,甚至是必要的。承重型空心磚在高溫下力學(xué)性能的變化和實(shí)心磚是否一致,能否在高溫下滿足承載要求,保證平安,真正做到替代實(shí)心磚,均沒有可參考的文獻(xiàn)及借鑒的實(shí)例,本文就將進(jìn)展這方面的研究。2試驗(yàn)內(nèi)容和試驗(yàn)結(jié)果2.1試驗(yàn)樣品和試驗(yàn)設(shè)備2.1.1試驗(yàn)樣品。試驗(yàn)用磚為kp1型承重型粘土空心磚和普通粘土實(shí)心磚。兩種材料均從市場選購,空心磚尺寸為24011590,孔洞率為25%;實(shí)心磚尺寸為24011550。兩種樣品磚的外型勻稱、密度均勻,經(jīng)過初步測試,用半磚得到的抗

4、壓強(qiáng)度數(shù)據(jù)和用整磚得到的根本一致,所以用切割機(jī)把一塊磚在長度方向均分為兩塊作為此次試驗(yàn)的直接樣品。最終得到實(shí)心樣品磚尺寸為12022550,空心樣品磚為12022590。2.1.2試驗(yàn)設(shè)備。(1)a-1000高溫微機(jī)萬能試驗(yàn)機(jī)。a-1000高溫微機(jī)萬能試驗(yàn)機(jī)(圖1)是當(dāng)今國內(nèi)具有較高程度的工程測試設(shè)備,它由加載系統(tǒng)、溫控系統(tǒng)以及數(shù)據(jù)量測系統(tǒng)組成。可用于鋼材及其它金屬材料的常溫和高溫拉伸、壓縮、彎曲等強(qiáng)度的力學(xué)試驗(yàn)。也可用于水泥及粘土磚等非金屬材料的常溫和高溫壓縮的力學(xué)試驗(yàn)。(2)加溫及溫控裝置。加溫及溫控裝置(圖2)包括箱式電阻爐和溫控儀。箱式電阻爐是天津市中環(huán)實(shí)驗(yàn)電爐消費(fèi)的,額定電壓為220

5、v,額定功率為5k,加熱最高溫度為1200,爐膛尺寸為300200120。溫控儀是余 :/姚市東方電工儀器廠消費(fèi)的,輔助箱式電阻爐使用可以使磚加熱到所需加熱的溫度并保持恒溫。2.2試驗(yàn)內(nèi)容和試驗(yàn)步驟2.2.1試驗(yàn)內(nèi)容。本課題研究粘土實(shí)心磚和論文聯(lián)盟 :/空心磚在溫度為500、600、700、800、900、1000的情況下其初裂荷載、極限荷載等力學(xué)參數(shù),并比照研究這兩種建材在高溫下力學(xué)性能的變化規(guī)律。即分析實(shí)心磚和空心磚的力學(xué)性能參數(shù)隨溫度升高的變化趨勢,得出兩種磚隨溫度升高抗壓強(qiáng)度的折減系數(shù),為建筑選擇建材提供參考數(shù)據(jù)。2.2.2試驗(yàn)步驟。(1)利用箱式電阻爐對試件進(jìn)展加熱,使試件的溫度分別

6、到達(dá)500、600、700、800、900、1000,當(dāng)磚的溫度到達(dá)目的溫度后繼續(xù)恒溫40in,讓試件內(nèi)外均得到均勻加熱。記錄試件加熱的時(shí)間。(2)將加熱好的試驗(yàn)試件快速置于試驗(yàn)機(jī)上,調(diào)節(jié)上壓板,使之與試件上外表嚴(yán)密接觸,以1kn/s加載速度進(jìn)展抗壓試驗(yàn),直至試件失去承載才能,試驗(yàn)完畢后保存試驗(yàn)所得數(shù)據(jù)。(3)在試驗(yàn)過程中,觀察和捕捉第一條受力的發(fā)絲裂縫,并記錄初裂荷載值。2.3試驗(yàn)結(jié)果及數(shù)據(jù)分析2.3.1加熱及恒溫時(shí)間。試驗(yàn)過程中記錄各試件的加溫時(shí)間和恒溫時(shí)間以及總時(shí)間如表1。2.3.2試驗(yàn)結(jié)果與數(shù)據(jù)分析。(1)常溫力學(xué)試驗(yàn)數(shù)據(jù)。試驗(yàn)過程中可由系統(tǒng)自動記錄荷載、變形、位移等參數(shù)。為了研究粘土

7、實(shí)心磚和空心磚在高溫下抗壓強(qiáng)度的折減系數(shù),試驗(yàn)前先進(jìn)展粘土實(shí)心磚和空心磚的常溫力學(xué)試驗(yàn),各進(jìn)展兩次。根據(jù)試驗(yàn)中得到的荷載、變形、位移數(shù)據(jù)可得到荷載-變形關(guān)系曲線,將試件初次出現(xiàn)明顯的裂縫時(shí)的荷載定義為初裂荷載,將試件能承受的最大荷載定義為極限荷載,見圖3。從試驗(yàn)數(shù)據(jù)可以得到粘土磚的常溫極限荷載分別為558kn和488kn,平均為523kn?？招拇u的常溫極限荷載分別為527kn和529kn,平均為528kn,見表2。 :/(2)高溫力學(xué)試驗(yàn)數(shù)據(jù)。對于粘土實(shí)心磚和空心磚的高溫試驗(yàn),每個(gè)溫度下進(jìn)展一次試驗(yàn),系統(tǒng)自動記錄試驗(yàn)中的荷載、變形、位移。(3)高溫試驗(yàn)結(jié)果的分析。根據(jù)前面對初裂荷載和極限荷載的

8、定義,根據(jù)得到的試驗(yàn)數(shù)據(jù)可以得出粘土實(shí)心磚和空心磚在各個(gè)溫度下的初裂荷載,極限荷載,并計(jì)算出初裂荷載和極限荷載的比值,見表2。從表2中可知,空心磚論文聯(lián)盟 :/和實(shí)心磚受壓破壞時(shí),初裂荷載均達(dá)極限破壞荷載的0.5倍以上?？招拇u初裂荷載與極限荷載的比值為49%60%,平均為54%,實(shí)心磚初裂荷載和極限荷載的比值為47%60%,平均為52%。相比而言,空心磚的初裂荷載與極限荷載的比值稍大,由此可見,空心磚在受壓時(shí)初裂縫出現(xiàn)稍晚。將各試件的極限荷載換算成強(qiáng)度參數(shù),根據(jù)抗壓強(qiáng)度p計(jì)算公式:p=n/s(1)由受壓面積s=120225=1382,把各個(gè)溫度下的極限荷載值代入公式(1)可以分別計(jì)算出各個(gè)溫度

9、下兩種磚型的抗壓強(qiáng)度,見表3。從表3中可知,實(shí)心磚的抗壓強(qiáng)度隨著溫度的升高整體呈下降趨勢,溫度從500到700時(shí),抗壓強(qiáng)度沒有太大的變化。當(dāng)溫度升高到800時(shí),抗壓強(qiáng)度明顯降低,為23.5pa。溫度繼續(xù)升高,抗壓強(qiáng)度下降幅度減小,900時(shí)為22.5pa,1000時(shí)為20.6pa。空心磚的抗壓強(qiáng)度隨溫度升高也呈下降趨勢,溫度升高到500時(shí),抗壓強(qiáng)度為36.4pa,500到700抗壓強(qiáng)度變化不大,當(dāng)溫度到達(dá)800時(shí),抗壓強(qiáng)度為24.3pa,可以看出有明顯的下降,溫度繼續(xù)升高,抗壓強(qiáng)度下降幅度減緩,900時(shí)為22.5pa,1000時(shí)為20.4pa?？招拇u和實(shí)心磚的各溫度下的抗壓強(qiáng)度的平均比值為1.0

10、1,可見空心磚的抗壓強(qiáng)度和實(shí)心磚根本一致。將實(shí)心磚和空心磚在用各溫度下的抗壓強(qiáng)度除以常溫下的抗壓強(qiáng)度即得到兩種磚在各溫度下抗壓強(qiáng)度的折減系數(shù),見表4。從表4中可以看出兩種材料的高溫強(qiáng)度折減系數(shù)隨著溫度的升高均有不同的下降,空心磚和實(shí)心磚在各溫度下抗壓強(qiáng)度折減系數(shù)幾乎相當(dāng),空心磚的抗壓強(qiáng)度折減系數(shù)600、900時(shí)與實(shí)心磚一致,700、1000時(shí)比實(shí)心磚稍小,500、800時(shí)比實(shí)心磚稍大,說明空心磚在高溫下隨溫度的升高抗壓強(qiáng)度下降強(qiáng)度和實(shí)心磚根本一致。假設(shè)把加熱時(shí)間考慮成火災(zāi)開展時(shí)間,可以得出加熱時(shí)間和抗壓強(qiáng)度折減系數(shù)的關(guān)系,見表5。由此可以看出,從開場到時(shí)間為90in時(shí),磚的溫度到達(dá)700左右,

11、實(shí)心磚抗壓強(qiáng)度為常溫下的85%94%,幾乎不會對磚的承載才能產(chǎn)生大的影響;當(dāng)時(shí)間超過90in后,抗壓強(qiáng)度會有比擬大的變化,時(shí)間超過兩個(gè)小時(shí)后,溫度超過800,此時(shí)抗壓強(qiáng)度為常溫下的60%左右,對于建筑物的承載已經(jīng)到達(dá)比擬危險(xiǎn)的程度;加熱時(shí)間再長一些,溫度會升高到1000甚至更高,此時(shí)抗壓強(qiáng)度只有常溫下的一半甚至更低,已不合適承載?？招拇u的情況根本和實(shí)心磚一致,到90in之前,抗壓強(qiáng)度為常溫下的82%95%,不會對承載影響太大;當(dāng)時(shí)間超過90in后,抗壓強(qiáng)度也會有一個(gè)比擬明顯的變化,為常溫的60%左右;當(dāng)時(shí)間超過兩個(gè)小時(shí)后,溫度到達(dá)1000,此時(shí)的抗壓強(qiáng)度僅為常溫的53%,已遠(yuǎn)低于合適承載的值。

12、3結(jié)論和展望本文通過對粘土實(shí)心磚和空心磚在不同高溫下的抗壓比照試驗(yàn)研究,得到以下幾個(gè)結(jié)論。(1)粘土空心磚和實(shí)心磚在高溫下抗壓強(qiáng)度和強(qiáng)度折減系數(shù)隨著溫度的升高而降低,空心磚的抗壓強(qiáng)度及高溫下隨溫度的升高抗壓強(qiáng)度下降強(qiáng)度和實(shí)心磚根本一致。(2)實(shí)心磚和空心磚受壓破壞時(shí),初裂荷載均達(dá)極限破壞荷載的0.5倍以上,但是空心磚的初裂荷載與極限荷載的比值比實(shí)心磚的大,說明空心磚在受壓時(shí)初裂縫出現(xiàn)較晚。(3)當(dāng)火災(zāi)時(shí)間超過90in后,粘土實(shí)心磚和空心磚的抗壓強(qiáng)度均下降至常溫下的60%以下,此時(shí)磚體會發(fā)生開裂,故由粘土實(shí)心磚和空心磚作承重構(gòu)件的建筑物有倒塌的危險(xiǎn)。因此,當(dāng)火災(zāi)時(shí)間超過90in后,滅火救援人員盡量防止進(jìn)入建筑物內(nèi)進(jìn)展滅火救援作業(yè)。承重型粘土空心磚的尺寸一般要比實(shí)心磚大,幾乎是實(shí)心磚的兩倍。當(dāng)把磚砌成砌體時(shí),空心磚所用砂漿量要遠(yuǎn)小于實(shí)心磚,單位高度的砌體,程度灰縫僅為實(shí)心磚的一半左右,所以灰縫對空心磚砌體的影響要遠(yuǎn)小于實(shí)心磚,加上砂漿會在空心磚的孔洞內(nèi)形成銷鍵,會使空心磚砌體的強(qiáng)度大于實(shí)心磚砌體的強(qiáng)度。砌體的耐火性能不僅僅與磚的耐火性能有關(guān),還與砌體的整體構(gòu)造、完