CN102912893B - 一种高延性纤维混凝土组合砌块砌体墙及其施工方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种高延性纤维混凝土组合砌块砌体墙及其施工方法，以解决现有普通砌块砌体墙存在的易脆性、抗震性能及整体性差的问题。本发明的高延性纤维混凝土组合砌块砌体墙由砌块砌体墙、短钢筋、高延性纤维混凝土芯柱和高延性纤维混凝土面层组成；施工时，首先砌筑普通砌块砌体墙，并在墙体的竖向灰缝中埋入短钢筋，然后在砌筑好的砌块砌体墙内部灌注高延性纤维混凝土芯柱；最后在墙体表面涂抹高延性纤维混凝土。本发明的砌块砌体墙受压承载力、抗剪性能及抗震性能优于传统砌块砌体墙，且不易发生脆性破坏；同时该砌块砌体墙的施工简单，工程造价较低。

Description

一种高延性纤维混凝土组合砌块砌体墙及其施工方法

技术领域

本发明属于土木工程技术领域，具体涉及一种高延性纤维混凝土组合砌块砌体墙及其施工方法。

背景技术

砌块砌体结构主要是由砌块和砂浆砌筑而成，施工质量差异较大，强度相对较低，离散性大，其抗拉、抗剪和抗弯承载力都较低。在地震中砌块砌体墙开裂后其承载力迅速下降，极易发生倒塌，引起震区巨大的人员伤亡和严重的经济损失。在我国砌块砌体结构应用比较广泛，因此对砌块砌体结构的研究工作显得尤为重要。从宏观震害和试验研究中发现，地震作用下砌块砌体墙体的开裂和倒塌，主要由于墙体的抗剪强度和变形能力不足。综上，现有的砌块砌体墙具有易脆性、抗裂和抗震性能差的缺点。

发明内容

本发明的目的之一在于提供一种不易发生脆性破坏且抗裂和抗震性能好的高延性纤维混凝土组合砌块砌体墙。

为此，本发明提供的高延性纤维混凝土组合砌块砌体墙包括砌块砌体墙，所述砌块砌体墙的竖向灰缝中埋有若干根短钢筋；所述砌块砌体墙内部灌注有高延性纤维混凝土芯柱；所述砌块砌体墙表面涂覆有高延性纤维混凝土面层。

优选的，上述若干根短钢筋中相邻短钢筋的水平间距和纵向间距均为300mm，每根短钢筋的直径为10～12mm，每根短钢筋埋入砌块砌体墙竖向灰缝的深度为100～150mm，每根短钢筋突出砌块砌体墙表面的长度为20mm。

优选的，所述高延性纤维混凝土芯柱沿墙长度方向布置的间距为1.5～2m。

优选的，上述高延性纤维混凝土面层的厚度为10～30mm。

优选的，上述高延性纤维混凝土的组分为水泥、粉煤灰、硅灰、砂、PVA纤维和水，其中，按质量百分比计，水泥：粉煤灰：硅灰：砂：水＝1：0.9：0.1：0.76：0.58；以水泥、粉煤灰、硅灰、砂和水混合均匀后的总体积为基数，PVA纤维的体积掺量为1.5％。

优选的，上述水泥为P.O.52.5R硅酸盐水泥；上述粉煤灰为Ⅰ级粉煤灰；上述硅灰的烧失量小于6％、二氧化硅含量大于85％、比表面积大于15000m²/kg；上述砂的最大粒径为1.26mm；上述PVA纤维的长度为6～12mm、直径为26μm以上、抗拉强度为1200MPa以上、弹性模量为30GPa以上。

优选的，上述高延性纤维混凝土中添加有减水率为30％以上的聚羧酸减水剂，且减水剂的添加量为粉煤灰和水泥总质量的0.8％。

优选的，上述高延性纤维混凝土的制备方法为：将水泥、硅灰、粉煤灰和砂干拌均匀后加入减水剂和80％的水搅拌均匀；之后再加入PVA纤维搅拌均匀后加入剩余20％的水搅拌均匀即得高延性纤维混凝土。

本发明的另一目的在于提供一种上述高延性纤维混凝土组合砌块砌体墙的施工方法，具体施工过程如下：

步骤一，砌筑砌块砌体墙，并在砌块砌体墙的竖向灰缝中埋入若干根短钢筋；

步骤二，在砌好的砌块砌体墙内部灌注高延性纤维混凝土芯柱；

步骤三，在砌块砌体墙表面抹涂高延性纤维混凝土面层，该高延性纤维混凝土面层将砌块砌体墙、芯柱和短钢筋包覆。

本发明采用高延性纤维混凝土组合砌块砌体墙，利用较高强度和韧性的高延性纤维混凝土对砌块砌体墙形成包裹，同时在砌块砌体墙内部灌注高延性纤维混凝土芯柱，防止砌块砌体墙局部压碎，提高砌块砌体墙的整体性和抗震性能以及抗变形能力。

与现有的普通砌体砌体墙相比，本发明具有如下的特点：

(1)本发明在砌块砌体墙竖向灰缝内埋入短钢筋，既方便施工，又可增强砌块砌体墙和高延性纤维混凝土面层之间的粘结性能，保证砌块砌体墙与面层共同工作。

(2)本发明采用的高延性纤维混凝土抗压强度可达到60MPa以上，极限拉应变可达普通混凝土的100倍以上，具有类似钢材的塑性变形能力，与砌块砌体之间有良好的粘结性能，是一种具有高强度、高延性、高耐久性和高耐损伤能力的生态建筑材料。

(3)本发明在砌块砌体墙内部灌注高延性纤维混凝土芯柱，能充分发挥高延性纤维混凝土的优良性能，且经济性较好。

(4)本发明具有良好的耐久性，可延长结构的使用寿命，大幅度提高既有砌块砌体墙的承载力和抗震性能，减少甚至免去强震后修复的工作。

附图说明

以下结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细说明。

图1是本发明实施例1的结构示意图；

图2是图1的A向视图；

图3是本发明实施例2的结构示意图；

图4是图3的B向视图；

图中各代码表示：1-圈梁、2-砌块砌体墙、3-构造柱、4-圈梁、5-短钢筋、6-高延性纤维混凝土面层，7-高延性纤维混凝土芯柱。

具体实施方式

实施例1：

参考图1和图2,本实施例中的混凝土砌块尺寸为390mm×190mm×190mm；砌块砌体墙2带有构造柱3和圈梁(1、4)，砌块砌体墙2长度为4.2m，高度为3m，厚度为240mm；构造柱3截面尺寸为120mm×240mm；圈梁1的截面尺寸为340mm×400mm；圈梁4的截面尺寸为180mm×240mm；高延性纤维混凝土芯柱7的截面尺寸为120mm×120mm，沿墙布置间距为2m；该实施例的高延性纤维混凝土组合砌块砌体墙的结构为：在砌块砌体墙2的竖向灰缝中埋有若干根短钢筋5；在砌块砌体墙2的外表面涂覆有高延性纤维混凝土面层6；在砌块砌体墙2内部灌注高延性纤维混凝土芯柱7。其具体施工过程为：

步骤一，砌筑砌块砌体墙2，并在砌块砌体墙2的竖向灰缝中埋入若干根短钢筋5；

步骤二，在砌块砌体墙2内部灌注高延性纤维混凝土芯柱7；

步骤三，在砌块砌体墙2表面抹涂20mm厚的高延性纤维混凝土面层，该高延性纤维混凝土面层将砌块砌体墙、芯柱和短钢筋包覆。

本实施例中圈梁1、4和构造柱3均按构造配筋，为增强高延性纤维混凝土面层6与砌块砌体墙2的整体性，在砌块砌体墙2表面的竖向灰缝中埋入短钢筋5作为抗剪连接件，本实施例短钢筋5采用HRB400级钢筋，直径为12mm，长度为120mm，突出砌块砌体墙表面20mm，相邻短钢筋5间的纵向间距和横向间距均为300mm。

该实施例中的高延性纤维混凝土的组分为水泥、粉煤灰、硅灰、砂、PVA纤维、减水剂和水，其中，按重量百分比计，水泥：粉煤灰：硅灰：砂：水＝1：0.9：0.1：0.76：0.58；以水泥、粉煤灰、硅灰、砂和水混合均匀后的总体积为基数，PVA纤维(聚乙烯醇纤维)的体积掺量为1.5％；减水剂的添加量为水泥、粉煤灰和硅灰总量的0.8％。其中：砂的最大粒径为1.26mm；PVA纤维为上海罗洋科技有限公司生产的PA600型纤维，长度为8mm，直径为26μm，抗拉强度为1200MPa，弹性模量为30GPa；水泥为P.O.52.5R硅酸盐水泥；粉煤灰为Ⅰ级粉煤灰；所用硅灰的烧失量为5％，二氧化硅含量为88％，比表面积为18000m²/kg；减水剂为减水率在30％以上的聚羧酸高效减水剂，聚羧酸减水剂为江苏博特新材料有限公司生产的型聚羧酸高性能减水剂。

上述高延性纤维混凝土的搅拌方法为：首先将水泥、粉煤灰、硅灰和砂倒入强制式搅拌机中干拌2～3分钟；再加入减水剂和80％的水；然后加入PVA纤维再搅拌2分钟后加入剩余20％的水，搅拌1～2分钟。

以下是发明人提供的关于本实施例的高延性纤维混凝土的力学性能试验及其结果。

(1)采用70.7mm×70.7mm×70.7mm的标准试模制作立方体试块，按标准养护方法养护60天，进行立方体抗压强度试验。试验结果表明：高延性纤维混凝土试块抗压强度平均值为65MPa，试块达到峰值荷载后卸载再进行第二次加载，残余抗压强度可达到峰值荷载的80％，试块破坏过程具有明显抗压韧性。

(2)采用40mm×40mm×160mm的标准试模制作棱柱体抗弯试件，按标准养护方法养护60天，进行抗弯性能试验。试验结果表明：高延性纤维混凝土试件的初裂强度为4.8MPa，试件开裂以后承载力继续提高，极限强度为10.1MPa，达到峰值荷载后承载力下降缓慢，按照ASTM C1018法计算所得的弯曲韧性系数其弯曲韧性I₅、I₁₀、I₂₀、I₃₀分别为6.2、14.5、33.0、50.6，表明具有很高的弯曲韧性。

(3)采用50mm×15mm×350mm的试模制作拉伸试块，按标准养护方法养护60天，进行直接拉伸试验。结果表明：高延性纤维混凝土试件单轴抗拉强度平均值为3.6MPa，极限拉应变可达到1.2％，试件开裂以后承载力基本保持不变，具有良好的抗拉韧性，破坏过程中出现10余条裂缝。

以上试验表明，高延性纤维混凝土的极限拉应变远高于《混凝土结构设计规范》GB50010中普通混凝土的极限拉应变，高延性纤维混凝土受压、受拉、受弯破坏时均具有较高的韧性，其破坏特征与普通混凝土发生脆性破坏具有明显不同。

实施例2：

参考图3和图4，本实施例中的混凝土砌块尺寸为390mm×190mm×190mm；砌块砌体墙2不带构造柱，砌块砌体墙2长度为4.2m，高度为3m，厚度为240mm；圈梁4的截面尺寸为180mm×240mm；高延性纤维混凝土芯柱7的截面尺寸为150mm×150mm，沿墙布置间距为2m；其他施工工序均与实施例1相同。

本发明利用高延性纤维混凝土的力学性能优势及与砌块砌体墙之间良好的粘性性能，既对砌块砌体墙产生较大的横向主动约束力，提高砌块砌体墙的抗剪强度，在砌块砌体墙内部灌注高延性纤维混凝土芯柱，可以防止砌块砌体墙局部压碎，又可提高砌块砌体墙的整体性，有效抑制砌块砌体墙的开裂，极大地改善砌块砌体墙自身的变形能力，从而显著提高砌块砌体墙的稳定性和抗震性能，有效地减轻地震作用下砌体结构的破坏程度。

同时在砌块砌体墙上涂抹高延性纤维混凝土面层施工简单易行、操作方便，且所采用的高延性纤维混凝土具有良好的耐久性，延长结构的使用寿命，降低经济、社会成本，减少甚至免去砌块砌体墙强震后修复的工作。

Claims (5)

1.一种高延性纤维混凝土组合砌块砌体墙，包括砌块砌体墙，其特征在于，所述砌块砌体墙的竖向灰缝中埋有若干根短钢筋；所述砌块砌体墙内部灌注有高延性纤维混凝土芯柱；所述砌块砌体墙表面涂覆有高延性纤维混凝土面层；

所述若干根短钢筋中相邻短钢筋的水平间距和纵向间距均为300mm，每根短钢筋的直径为10～12mm，每根短钢筋埋入砌块砌体墙竖向灰缝中的深度为100～150mm，每根短钢筋突出砌块砌体墙表面的长度为20mm；

所述高延性纤维混凝土芯柱沿墙长度方向布置的间距为1.5～2m；

所述高延性纤维混凝土面层的厚度为10～30mm；

所述高延性纤维混凝土的组分为水泥、粉煤灰、硅灰、砂、PVA纤维和水，其中，按质量百分比计，水泥：粉煤灰：硅灰：砂：水＝1：0.9：0.1：0.76：0.58；以水泥、粉煤灰、硅灰、砂和水混合均匀后的总体积为基数，PVA纤维的体积掺量为1.5％。

2.如权利要求1所述的高延性纤维混凝土组合砌块砌体墙，其特征在于，所述水泥为P.O.52.5R硅酸盐水泥；所述粉煤灰为Ⅰ级粉煤灰；所述硅灰的烧失量小于6％、二氧化硅含量大于85％、比表面积大于15000m²/kg；所述砂的最大粒径为1.26mm；所述PVA纤维的长度为6～12mm、直径为26μm以上、抗拉强度为1200MPa以上、弹性模量为30GPa以上。

3.如权利要求2所述的高延性纤维混凝土组合砌块砌体墙，其特征在于，所述高延性纤维混凝土中添加有减水率为30％以上的聚羧酸减水剂，且减水剂的添加量为粉煤灰和水泥总质量的0.8％。

4.如权利要求3所述的高延性纤维混凝土组合砌块砌体墙，其特征在于，所述高延性纤维混凝土的制备方法为：将水泥、硅灰、粉煤灰和砂干拌均匀后加入减水剂和80％的水搅拌均匀；之后再加入PVA纤维搅拌均匀后加入剩余20％的水搅拌均匀即得高延性纤维混凝土。

5.一种权利要求1‐4中任一权利要求所述的高延性纤维混凝土组合砌块砌体墙的施工方法，其特征在于，方法的具体过程如下：

步骤一，砌筑砌块砌体墙，并在砌块砌体墙的竖向灰缝中埋入若干根短钢筋；

步骤二，在砌筑好的砌块砌体墙内部灌注高延性纤维混凝土芯柱；

步骤三，在砌块砌体墙表面抹涂高延性纤维混凝土面层，该高延性纤维混凝土面层将砌块砌体墙、芯柱和短钢筋包覆。