一種高精度砌塊構造設計及其性能研究

李南，陳晨，王春山 （.中信建筑設計研究總院有限公司，湖北 武漢 43004；.山東春天建材科技有限公司，山東 聊城 5600）

0 引言

“十三五”以來，我國開始大力發展裝配式建筑，裝配式墻體作為裝配式建筑的重要組成部分，逐漸實現了工廠化的構件生產與現場施工組裝[1]。目前我國推廣使用的裝配式墻體主要有裝配式墻板墻體和裝配式砌塊墻體兩大類[2]，在裝配式墻板取得較大發展的同時，裝配式砌塊墻體的種類較少且部分僅停留在理論研究階段。本文在傳統裝配式砌塊的基礎上，設計研發一種高精度砌塊，通過自身構造設計特點，使砌塊具有高精度、免砌筑、性能好、自重輕的特點，符合高精度拼裝式墻體免抹灰的要求，并在墻體組裝時可提高組裝靈活性、結構穩性，能靈活敷設管線。

1 高精度砌塊構造設計

本文設計研發的高精度砌塊長度、高度、厚度尺寸允許偏差均小于1mm，明顯低于常規砌塊尺寸允許偏差，符合高精度拼裝式墻體免抹灰的要求。砌塊上、下部位均設置有精準定位的企口榫頭和企口榫槽，砌塊寬度方向的兩個側壁之間設有多個加強肋，加強肋之間形成四個空腔，空腔上部四周設弧腋加強肋，砌塊底部設置有水平管線槽，砌塊上部企口榫頭兩側設置有水平拉結筋槽。砌塊構造示意如圖1所示。

圖1 砌塊構造示意圖

①大企口

砌塊的主要構造特征是企口寬度大于砌塊寬度的60%。大企口具有企口榫頭寬、力學性能好、不易損壞，組裝成為墻體后結構穩定性、抗震性好的優點，避免了企口過小導致生產時易出現的物料不密實、不均勻、收縮變形大等質量問題，使得企口精度更高，有利于生產。企口榫槽寬為水平管線槽的設置提供了充足的尺寸，可便捷地敷設管線，提高施工效率。

②豎向孔洞

砌塊由砌塊兩側的側壁、端部加強肋、橫向弧腋加強肋、中間加強肋圍合構成4 個豎向孔洞?？锥纯涨还战翘幵O置弧腋加強肋，可以有效提高砌塊本身的豎向、側向強度?？锥纯涨簧喜克闹茉O置豎向弧腋加強肋，可以有效提高孔洞口部的強度和穩定性，砌塊豎向孔洞如圖2所示。

豎向孔洞構造主要有砌塊內的空腔可以減輕砌塊的自重，組裝成為墻體后減少結構荷載的優點。砌塊組裝成墻體后，可通過上下對齊的豎向孔洞內插鋼筋并澆筑混凝土，制作鋼筋混凝土芯柱來替代墻體構造柱，避免構造柱影響墻體材質統一和高精度。上下連通的豎向孔洞可以與水平管線槽形成墻體內四通八達的網路，用來敷設管線至墻體任何位置?？稍诠S中向豎向孔洞內澆筑保溫材料，制成保溫砌塊，提高砌塊的熱工性能。

③雙向水平拉結筋槽

砌塊上部企口兩側設有水平拉結筋槽，在每皮砌塊組裝完成后，先在槽內鋪設拉結筋，再以專用粘結膠漿填滿拉結筋槽，并與上部砌塊形成封閉空間，拉結筋與墻體形成穩定、牢固的整體，大幅度提高了墻體的結構穩定性與抗震安全性。

2 材料性能研究

本文研究的高精度砌塊是以水泥、脫硫建筑石膏、粉煤灰為主要原材料，經加水混合攪拌、機械成型、干燥制成的建筑空心砌塊。為提高砌塊的物理性能，本文通過摻加減水劑、防水劑、激發劑等外加劑，改善基體材料的性能，實現了砌塊性能的顯著提高。

①減水劑對材料性能的影響

為了提高砌塊的力學性能，進行了摻加減水劑試驗。目前水泥混凝土減水劑的開發應用較為成熟，而在石膏專用減水劑方面的研究卻相對較少。雖然脫硫建筑石膏和水泥混凝土是兩個截然不同的體系，但減水劑作用機理方面有許多相似之處，借鑒水泥混凝土減水劑成熟的研究成果，通過摻加減水劑減少了拌合用水量，有效提高脫硫建筑石膏的力學強度，對比試驗結果如表1 所示。當采用氨基磺酸系減水劑，且摻量達到脫硫建筑石膏質量0.1%時，試樣的抗折強度可以達到3.6MPa，與不摻加減水劑試樣相比提高了47%，抗壓強度可以達到8.1MPa，與不摻加減水劑試樣相比提高了40%。

②防水劑對材料性能的影響

普通石膏制品的吸水率普遍較大，軟化系數較低，一般為0.2～0.3，導致石膏制品吸濕受潮后易發生變形，從而影響使用性能。經實驗研究，在蠟-醇復合防水劑摻量為脫硫建筑石膏質量0.2%的情況下成型試樣，測試其2h 和24h 吸水率、2h 和24h 吸水強度保留率性能，并與未摻加防水劑的脫硫建筑石膏試樣進行了比較，試驗結果如表2 所示。

表2 試樣耐水性能測試結果

由表2 可見，隨著防水劑的摻加，脫硫建筑石膏試樣的耐水性能有了顯著提高，其中2h 吸水率降低了92.86%，24h吸水率降低了90.00%，2h 吸水抗折、抗壓強度保留率分別提高了33.3%、17.5%，24h 吸水抗折、抗壓強度保留率分別提高了50.00%、58.93%，其各項性能指標均已達到或超過國家有關標準的規定。

③激發劑對材料性能的影響

粉煤灰是燃煤窯爐產生的固體廢棄物，具有潛在的火山灰活性，是作為建筑材料資源的價值所在，適合于制備建筑材料。本研究高精度砌塊摻加粉煤灰的主要目的是減少粉煤灰對環境的污染，同時可以對其進行綜合利用，降低生產成本，產生經濟價值[3]。粉煤灰的水化活性較低，在制品中大量摻加會明顯降低強度，本文通過摻加粉煤灰激發劑，使粉煤灰的火山灰活性得以發揮。經大量實驗研究，確定了對粉煤灰有效的復合激發劑B，其主要成分是硫酸鹽。粉煤灰活性激發實驗中，在復合激發劑B 摻量為粉煤灰質量的1.00%、1.25%、1.50%、1.75%和2.00%條件下，成型試樣并測試其強度性能，試驗結果如表3所示。

表3 不同復合激發劑B摻量試驗結果

由表3 可見，隨著復合激發劑摻量的增加，粉煤灰1d、7d、28d 抗折、抗壓強均呈現不斷升高的趨勢，當復合激發劑B 摻量達到1.75%時，粉煤灰1d、7d、28d 抗折、抗壓強度基本達到最大值，因此確定復合激發劑B 摻量1.75%時為最佳摻量。

3 高精度砌塊性能研究

根據以上材料性能與配比研究結果，在氨基磺酸系減水劑摻量為脫硫建筑石膏質量0.1%，蠟-醇復合防水劑摻量為脫硫建筑石膏質量0.2%，粉煤灰填充量為20%，復合激發劑B 摻量為粉煤灰質量的1.75%條件下，成型了高精度砌塊，并對其性能進行了測試，結果如表4所示。

表4 高精度砌塊性能測試結果

由表4 中數據可見，本文研究的高精度砌塊的各項性能指標均滿足《石膏砌塊》（JC/T 698-2010）的標準要求。

4 結語

①本文研發的新型高精度砌塊精度高，在墻體組裝時可實現免砌筑、免抹灰，砌塊內的豎向孔洞與水平管線槽在組裝成墻體后，可形成四通八達的網路，敷設管線非常方便。上下對齊的豎向孔洞內制備芯柱，方便可替代墻體構造柱功能。拉結筋槽內可方便設置水平雙向拉結筋，墻體穩定性好。

②通過材料實驗研究確定了摻加0.1%的氨基磺酸系減水劑，試樣的抗折強度提高了47.00%，抗壓強度提高了40.00%。摻加0.2%的蠟-醇復合防水劑，24h吸水率降低了90.00%，24h吸水抗折強度提高了50.00%，吸水抗壓強度提高了58.93%。摻加粉煤灰質量1.75%的硫酸鹽復合激發劑B，28d 試樣的抗折強度達到9.58MPa，抗壓強度達到33.0MPa。

③按照本文材料配比制備的高精度砌塊具有良好的性能，經檢測各項性能均滿足《石膏砌塊》（JC/T 698-2010）的要求，有很強的實用性。