砌体结构的研究及新材料的应用

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1、砌体结构的研究及新材料的应用 一、我国砌体结构的发展过程 解 放 后 我 国 砖 的 产 量 逐 年 增 长 ， 据 统 计1980年 的 全 国 年 产 量 为1600 块 ，1996年 增 至6400亿块，为世界其它各国砖每年产量的总和。全 国基建中采用砌体作墙体材料约占90%左右，在办公、住宅等民用建筑中大量采用砖墙承重。二 十世纪 50年代这类房屋一般为 34层，现在已为 56层，不少城市一般建到 78层。个别的还达到 10层以上。现在每年兴建的城市住宅建筑面积多达一亿平方米以上。中小型单层工业厂房和多 层轻工业厂房及影剧院、食堂、仓库等建筑也广泛采用墙、柱承重结构，砖石结构还用于建造

2、 各种构筑物。我国还 积累了在地震区建造砌体结构房屋的宝贵经验。我国绝大多数大中城市在6度或6度以上地震设 防区，在地震烈度 6度地区的砌体结构经受了地震的考验；经过设计和构造上的改进和处理， 还在7度区和 8度区建造了大量的砌体结构房屋。据不完全统计，从二十世纪80年代初至今， 10 多年间我国主要大中城市建造的多层砌体结构房屋建筑面积达80多亿。 二、新材料、新技术、新结构的研究与应用 20世纪60年代以来，我国粘土空心砖（多孔砖）的生产和应用有较大的发展，在南京建造了68 层空心砖承重的建筑。当时空心砖孔洞率为22%，与实心砖强度等效，但可减轻自重7%，减小 墙厚20%，节省砂浆 20%

3、30%，砌筑工时 20%25%， 墙体造价降低 19%23%。根据进一步节能要求，近年来我国在消化吸收国外先进技术的基础 上，制造出规格为 380mm240mm 190mm 、孔洞率为 40%的烧结保温空心砖 (块)，这种保温砖的 密度为 1012kg/，抗压 强 度10.5MPa,，热 绝 缘 系 数1.649? K/w。主要力学和热工性能 的指标接近或达到国际同类产品的水平。 近10余年来，采用砼、轻骨料砼或加气砼，以及利用河砂、各种工业废料、粉煤灰、煤干石等 制成无热料水泥煤渣砼砌块或蒸压灰砂砖、粉煤灰硅酸盐砖、砌块等在我国有较大的发展。经 过四十多年的实践，砌块墙体已成为我国墙体革新的

4、有效途径之一。砌块种类、规格较多，其 中以中、小型砌块较 为普遍，在小型砌块中又开发出多种强度等级的承重砌块和装饰砌块。据不完全统计，1996年 全国砌块总产量约为 2500万m3，各类砌块建筑约 5000万m3， 近 十 年 砼 砌 块 与 砌 块 建 筑 的 年 递 增 都 在20%左 右 ，尤 其 以 大 中 城 市 推 广 迅 速 ，以 上 海 推 广砌 块 建 筑 为 例 ，1994年 约50万/1995年 约100万/，1996年约150万/，到 1999年一季度 累计完成的砌块建筑 450万/!。这些砌块建筑大多是多层的，至于中高层、高层砌块建筑我国 于20世纪80 年代就着手进

5、行试点工作，为我国中高层砌块建筑的发展做了开放性的工作。20世纪90年代初 期，在总结国内外配筋砼砌块试验研究经验的基础上，我国在配筋砌块结构的配套材料、配套 应用技术的研究上获得了突破，在此基础上开展了更具代表性和针对性的试点工程。试点工程 实践表明，中高层配筋砌块建筑具有明显的社会效益，15层试点工程节省钢材 45%，土建造价降 低18%;18层试点工程节 约钢材 25%，土建造价降低 7.4%。因此，将中高层配筋砌块结构体系纳入到我国砌体结构设计规 范中是理所当然的。砌块作为粘土砖的主要替代材 料，在某些功能上强于粘土砖，发展前景是非常好的。我国在 20世纪5070年代，采用预制大型墙板

6、建造多层住宅，如采用振动砖墙板、烟灰煤渣、矿 渣砼墙建造了几十万平方米的建筑。近10多年来北京等地采用内浇（砼）外砌的混合结构建造中 高层建筑，取得了较好的经济效益。 我国配筋砌体应用研究起步较晚，20世纪60年代衡阳和株洲一些房屋的部分墙、柱采用网状 配筋砌体承重，节省了钢材和水泥。19581972年在徐 州 采 用 配 筋 砖 柱 建 造 了 1224m、 吊 车 起 重 量50200t的单层厂房 36万，使用情况良好。 20世纪70年代以来，尤 其是1975年海城 营口地震和 1976年唐山大地震之后，对设置构造柱和圈梁的约束砌体进行了一 系列的试验研究，其成果列入我国抗震设计规范。在此

7、基础之上，通过在砖墙中加大加密构造柱 形成强约束砌体的中高层结构的研究取得了可喜的成果，如沈阳、长沙、兰州等地先后建造了 89层上百万平方米的这类建筑，获得了较好的经济效益。这是我国科研工作者在研究粘土砖砌 体低强材料情况下，为中高层建筑作出的贡献。 我国有着用砖砌筑拱和券的丰富经验，解放以来，又向新的结构形式和大跨方向发展。20世纪5060年代修建了一大批砖拱屋盖和楼盖，还建成了10.5m11.3m的扁球形砖壳屋盖、 16m16m的双曲扁球形砖薄壳和 40m直径的圆形球砖壳。 10世纪60年代南京用带勾空心砖建 成14m10m 双 曲扁 壳 屋 盖 仓 库 以 及10m直 径 的 圆 形 壳

8、 屋 盏 油 库 ，在西安建成了24m双曲扁壳屋盖等。 20世纪70年代我国还在闽清梅溪大桥工程中建成88m跨(砼肋)的双曲砖拱桥等。三、加强研究，发展新型的节能材料 砌体是用包括多种材料的块体砌筑而成的，其中砖石是最古老的建筑材料，几千年来由于其良好 的 物 理 力 学 性 能 ，易 于 取 材 、生 产 和 施 工 ，造 价 低廉，至今仍成为我国主导 的建筑材料。但是我国的砌体材料普遍存在着自重大、强度低、生产能耗高、毁田严重、施工机 械化水平较低、耐久性和抗震性 能较差等弊病。因此有必要针对这些问题开展下列方面的工作。 （一）积极开发节能环保的新型建材 1988年第一次国际材料研究会议上

9、首次提出“ 绿色建材 ” 的概念， 1992年6月联大巴西里约热内卢 环境和发展世界各国首脑会议通过了“ 21世纪议程 ” 宣言，确认了 “ 可持续发展 ” 的战略方针，其 目 标 是 ：依 据 环 境 再 生 、协 调 共 生 、持 续 自 然 的 原则，尽量减少自然资源的 消耗，尽可能对废弃物再 利用和净化，保护生态环境，以确保人类社会的可持续发展。近年来发达国家在实施绿色建 材计划上取得了较大的进展，我国以1992年联合国环境与发展首脑会议为契机，遵照江泽民同 志“ 经济的发展，必须与人口、环境、资源统筹考虑，决不能走浪费资源和先污染后治理的老 路，更不能吃祖宗饭、断子孙路” 的指示精神

10、，迅速行动起来，广泛研制“ 绿色建材 ” 产品，取得 了初步成果。 (1)加大限制高能耗、高资源消耗、高污染、低效益的产品的生产力度。如对粘土砖(按1996年生 产6000亿块的代价是毁田 10万多亩、能耗 6000万吨标煤 )国家早就出台了减少和限制政策。近年 的限制力度越来越大，如北京、上海等在建筑上不准采用粘土实心砖，这间接促进了其它新材料 的发展。 (2)大力发展蒸压灰砂废渣制品。这包括钢渣砖、粉煤灰砖、炉渣砖及其空心砌块、粉煤灰加气 砼墙板等。这些制品我国 80年代以前生产量曾达 2.5亿块，吃掉工业废渣几百万吨，但由于种种 原因大多数厂家已停产，致使粘土砖生产回潮。今后应加大科研投

11、入，改进工艺，提高产品性能 和强度等级， 降低成本，向多功能化发展。 (3)利用页岩生产多孔砖。我国页岩资源丰富，分布地域较广。烧结页岩砖具有能耗低、强度 高、外观规则等优点，其强度等级可达MU15MU30，可砌防水墙和中高层建筑。页岩砖在四 川、湖北和大连等地已初步应用。 （4）大力发展废渣轻型砼墙板。这种轻板利用粉煤灰代替部分水泥，骨料为陶粒、矿渣或炉渣等轻骨料，加入玻璃纤维或其它纤维以及其它轻材料墙板，提高砌体施工技术的工业化水平。 （5） GRC板的改进与提高。这种板自重轻、防火、防水、施工安装方便。GRC空心条板是大 力发展的一种墙体制品，需用先进的生产工艺和装配， 以提高板的产量和

12、质量。 (6)蒸压纤维水泥板。我国是世界上第三大粉煤灰生产国，仅电力工业年排灰量达上亿吨，目前 利用率仅为 40%。粉煤灰经处理后可生产价值更高的墙体材料，如高性能砼砌块、蒸压纤维增强 粉煤灰墙等。它具有体积密度低、导热系数小、可加工性强、颜色白净的特点，目前全国产量已 达800万。 （7）大力推广复合墙板和砌块。目前国内外还没有既满足建筑节能保温隔热，又满足外墙防 水、强度的技术要求的单一材料，因此只能用复合技术来满足墙体的多功能要求，如钢丝网水泥 夹芯板。目前现场湿作业抹灰后难以克服龟裂现象有待改进。复合砌块墙体材料也是今后的发展 方向，如用矿渣空心砖、灰砂砌块、砼空心砌块中的任一种与绝缘

13、材料相复合都可满足外墙的要 求，目前已有 少量生产。我国在复合墙体材料的应用方面已有一定基础，宜进一步改善和完善配套技术，大力 推广，这是墙体材料 “ 绿色化 ” 的主要出路。二）发展高强砌体材料 目前我国的砌体材料和发达国 家 相 比 ， 强 度低、耐久性差。如粘土砖的抗压强度一般为 7.515MPa，承重空心砖的孔隙率 25%。而发达国家的 抗 压 强 度 一 般 均 达 到3060 MPa， 且 能 达 到100 MPa，承重空心砖的孔洞率可达到 40%，体积质量一般为 1.3t/m3,，最轻可达 0.6KN/m3,。根据国外经验和我国的条件，只要在配 料、成型、烧结工艺上进行改进，可显

14、著提高烧结砖的强度和质量。高强度块材具有比低强度材 料高得多的价格优势。根据我国对粘土砖的限制政策，可就地取材、因地制宜，在粘土较多的地 区（如西北高原）发展高强度粘土制品、高空隙率的保温砖和外墙装饰砖、块材等；在少粘土的 地区发展高强砼砌块、承重装饰砌块和利用废材料制成的砌块等。在发展高强块 材的同时，研制高强度等级的砌筑砂浆，与高强度块材匹配时需开发高性能砂浆，砂浆的强度等 级为M5M30，灌孔砼的强度等级为 C20C40，这是砼砌块配套材料方面的重要进展，对推动高 强度砌体材料结构的发展有重要作用。根据发展趋势，为确保质量，发展干拌砂浆和商品砂浆也 具有很好的前景。前者是把所有配料在干燥

15、状态下混合装包供应，现场按要求加水搅拌即可。商 品砂浆的优点同商品砼，这类砂浆的发展一旦取代传统砂浆，将是一个巨大的变化。 （三）继续加强配筋砌体和预应力砌体的研究 我国虽已初步建立了配筋砌体结构体系，但需研制和定型生产砌块建筑施工用的机具，如铺砂浆 器、小直径振捣棒、小型灌孔砼浇注泵、小型钢筋焊机、灌孔砼检测仪等。这些机具对保证配筋 砌块结构的质量至关重要。预应力砌体的原理同预 应 力砼，能明显地改善砌体的受力性能和 抗震能力。国外特别是英国在配筋砌体和预应力砌体方面 的 水平很高，我国 20世纪.80代初期 开始，也有专 家 在研究。 （四）加强砌体结构理论的研究 进一步研究砌体结构的破坏机理和受力性能，通过物理和数学模式，建立精确而完整的砌体结构 理论，是世界各国关心的课题。我国在这方面的研究具有较好的基础，继续加强这方面的工作十 分有益，对促进砌体结构发展也有深远意义。为此还必须加强对砌体结构的试验技术和数据处理 的研究，使测试自动化，以得到更精确的果。