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胶州蒸压粉煤灰砂加气混凝土应力应变全曲线及其砌块砌体力学性能试验研究




中还可以看出,当应力比较小(0.5max)时,应力应变关系接近直线变化;应力加大,应变增长略快;当应力接近破坏荷载时(0.9max),试件的塑性变

形出现显著变化,应力应变曲线的斜率减小较快且出现顶点值(最大值),而在

此时,试件并没有出现立即破坏,只稍微出现裂纹,而随着裂纹的扩展和增多,

曲线下降比较明显并最终出现破坏,对于蒸压粉煤灰砂加气混凝土应力应变曲

线的特征,需要在建筑工程设计中予以重视。

蒸压粉煤灰砂加气混凝土的应力应变全曲线的特征,尤其是其下降段部分

与加气混凝土的特性及结构内部受力过程产生的裂缝有非常密切的关系。由于加气混凝土为非密实性结构,在试件的内部其气孔、微裂纹及试件内部不均等一些实际随机因素都在一定程度上影响到裂缝的产生、形成和发展,因此其受力等也

会有所不同[38]。在试验过程中不同试件下降段曲线可能有所不同,因而出现一定

的离散性。试件一般在进入下降段后,会形成一条或多条主斜裂缝,相互贯通直

28

39

至破坏,而有些试件在下降段产生主斜裂缝之前,会发生几次局部劈裂,表现出

下降段曲线上的台阶变化(如图3.8、3.6、3.7、3.9),但曲线的总体变化趋势无

大变化。

3.5小结

本章主要对单轴受力应力应变全曲线试验进行了研究,主要内容如下:(1)对单轴受力应力应变全曲线的测定方法进行设计,说明其试验原理及

方案设计的可行性;

(2)对试验方案进行介绍,包括试验的前期准备、试件制作及试验步骤等;(3)对试验测试结果进行分析研究,对其破坏过程的上升段和下降段分别进

行描述,下降段主要有台阶式和后平段形式,分析得到试件破坏的形式主要是:劈裂破坏、偏心破坏及斜裂缝破坏形式;给出相关全曲线试验曲线图;

(4)对单轴受力应力应变全曲线的几何特征进行分析,分析其与混凝土全

曲线的异同,说明需要重视的问题。

29

40

第四章单轴受压应力应变全曲线本构模型的研究

4.1相关参数的试验研究

4.1.1弹性模量

在构件的结构工程中,关于内力计算、构件变形、抗裂性等等的分析都离不开弹性模量,它表现为应力与应变的线性关系中一个不变的材料系数。弹性模量的计算公式为[31]:

E





(41)

在实际的试验中,我们发现蒸压粉煤灰砂加气混凝土的单轴受压应力应变全曲线表现为非线性特征。随着测试荷载的增加,蒸压粉煤灰砂加气混凝土的弹性模量会随着应力应变的持续变化而出现连续变化,此时的弹性模量称之为变形模量。一般为了便于分析,在确定了应力应变曲线后,计算所需的割线模量或切

线模量即为构件的弹性模量[34]。根据已有理论结合图3.23.10蒸压粉煤灰砂加气

混凝土的应力应变全曲线,取0.5fcp的割线模量作为蒸压粉煤灰加气混凝土的

弹性模量,得到的试验结果如下表所示。

表4.1砌块弹性模量试验结果

试件编号含水率σε弹性模量弹性模量平

均值

QB711.5270.00081814.20

QB72

9.50%

1.7740.00072495.10

2183.97

QB
QB73
1.6500.00072242.60



QB811.9700.00082553.80

QB82QB83

9.50%

1.6480.00072215.501.9630.00082401.42

2390.24

QG



QG11.3560.00052897.80QG29.50%1.3150.00043054.40QG3

1.3050.00043480.60

3144.27

QHQH7111.4420.00081701.60

组QH71219.10%1.6440.00082000.801980.80

30

41

(续)表4.1砌块弹性模量试验结果

QH71319.10%1.5690.00072240.001980.80QH7211.3090.00081603.60

QH72227.60%1.3220.00071905.301754.45

QH7311.4160.00072165.40

QH732

36.40%

1.3300.00071911.60

1754.60

QH
QH733
1.1250.00091186.80



QH7411.1560.00111095.70

QH742QH743

40.90%

1.2060.00081531.801.3150.00052641.20

1756.23

QH7511.1690.00081546.80

QH752QH753

48.50%

1.0550.00091212.401.1710.00081427.00

1395.40

4.1.1.1弹性模量与轴心抗压强度的关系

加气混凝土的静压弹性模量试件QB组和QH组试件尺寸大小都为100mm×100mm×300mm,取两组试件平均轴心抗压强度和平均模量如下表所示。

表4.2弹性模量与轴心抗压强度关系

试件编号抗压强度平均值平均模量

QB
QB73.3012183.97

组QB83.7212390.24

QH713.1041980.80

QH



QH722.6311754.45QH732.5801754.60

QH742.4511756.23QH752.2631395.40

由上表可以看出,蒸压粉煤灰砂加气混凝土的弹性模量随着轴心抗压强度的增长和表观密度的增加有增大的趋势,弹性模量约为14002400,总体来说弹性模

量不大。有试验证明,单次加载条件下测试得到的弹性模型比重复加载条件下得

到的弹性模量要低约7%[39]。

对测试数据和资料进行分析,得知蒸压粉煤灰砂加气混凝土的弹性模量其表观密度和抗压强度及轴心抗压强度有很大的相关性。对表4.2的数据拟合,得到它

与轴心抗压强度的关系式如下:

31

42

E659fcp

其计算结果与试验结果的比值见表4.3所示。表4.3弹性模量试验值与计算值结果的对比

(42)

试件编号轴心抗压强度

(MPa)弹性模量

式(42)计算值/

计算值试验值

QB



QH



QB73.3012183.972175.341.00QB83.7212390.242451.851.03QH713.1041980.802045.211.03QH722.6311754.451734.030.99QH732.5801754.601700.300.97QH742.4511756.231615.420.92

QH752.2631395.401491.521.07

由上表可以看出蒸压粉煤灰砂加气混凝土的弹性模量拟合结果比较接近试验值,从弹性模量的数值来看,相比矿渣砂加气混凝土的弹性模量17002200,粉煤灰加气混凝土的弹性模量15002000,蒸压粉煤灰砂加气混凝土的弹性模量要

略大于这两种材料的弹性模量。

4.1.1.2弹性模量与试件尺寸的关系

从图中可以看出高度为400mm的蒸压粉煤灰砂加气混凝土弹性模量反而要比高度为300mm的高一些,而轴心抗压强度则比QB7系列低20%左右。从全曲线图得知到在达到最大应力前,QG系列的曲线斜率要比QB系列的大,这说明在破坏之前,QG系列的试件应变要比QB系列的试件小,从而弹性模量较高。

图4.1弹性模量与试件尺寸的关系

32

43

4.1.1.3弹性模量与含水率的关系

影响加气混凝土抗压强度的因素也随之影响其弹性模量。我们所知加气混凝土材料是一种多孔轻质材料,吸水快,因此加气混凝土的含水状态必然对其强度

变化有非常显著的影响[40],因此含水率对受压弹性模量也应有一定的影响。

表4.3弹性模量与含水率关系

试件编号含水率平均模量

QB组QB79.5%1496.19

QH7119.1%1402.94QH7227.6%1225.73

QH组

QH7336.4%1259.25

QH7440.9%1237.18QH7548.5%1030.25

根据上表可以看出蒸压粉煤灰砂的弹性模量在一定范围内随着试件含水率

的增加而减小。其实含水率对弹性模量的影响,实际上是含水率对加气混凝土抗

压强度的影响。随着含水率的增加,蒸压粉煤灰砂的抗压强度不断降低,从其曲

线趋势看出,含水率较低,抗压强度减小速率更快。这主要是因为水分的侵入减弱了材料内部毛细孔之间的联结使其抗压强度降低,材料的弹性模量也随之降低。

图4.2弹性模量与含水率的关系

从图4.2中可以看出,曲线为向上凸的指数曲线,当含水率为零时,材料处

于绝干状态,其抗压强度最大;当含水率增加时,材料的弹性模量逐渐减小,抗压强度也随着减小;当含水率处于较低状态时,抗压强度的减小速率更快。含水

33

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率从10%增加到40%时,弹性模量随着含水率的增大而降低,整体下降趋势比较平缓。这是说明在这段含水率间(10%40%),加气混凝土的弹性模量比较稳定。总的来说,蒸压粉煤灰砂加气混凝土的含水率对其抗压强度的影响要比矿渣砂和

灰砂加气混凝土对抗压强度的影响要小些。