1 緒論 

1.1  課題的研究背景和意義 
改革開放以來，我國工業(yè)化進(jìn)程不斷加快，城市化建設(shè)和新農(nóng)村建設(shè)不斷發(fā)展，人民生活水平不斷提高，人民對建筑材料的性能要求也不斷提高。我國建材行業(yè)曾經(jīng)一直流行著 3 個(gè) 70%的說法：房屋建筑材料中 70%以上是墻體材料，墻體材料中 70%以上的是粘土磚，建筑行業(yè)節(jié)能中的 70%依賴于墻體材料的革新。 自古以來，磚塊一直都是房屋建筑的主要材料之一，時(shí)至今日，特別是在小城鎮(zhèn)和農(nóng)村建設(shè)的房屋里，磚砌體結(jié)構(gòu)依然占據(jù)著主導(dǎo)地位[1]。眾所周知，粘土磚生產(chǎn)的時(shí)候消耗大量的能源、毀壞大量的耕地，而且由于粘土磚的保溫性差，所以在使用過程中還造成大量的能源浪費(fèi)，已經(jīng)不能滿足人們對建筑材料的要求，也不符合我國環(huán)境保護(hù)的基本國策，更不利于人與自然的和諧相處。據(jù)計(jì)算，每生產(chǎn)一萬塊磚，要取土毀田 0.007～0.01 畝，建國以來因燒制實(shí)心粘土磚而毀壞的農(nóng)田已達(dá) 14 萬公頃。人類的生存和社會的發(fā)展都離不開土地，耕地更是土地的精華，人類應(yīng)該珍惜和保護(hù)耕地，這對用占世界 7%的耕地養(yǎng)活占世界人口 22%的中國顯得尤為重要[2]。 為保護(hù)耕地，保護(hù)環(huán)境，節(jié)約能源，必須對墻體材料進(jìn)行革新，我國政府對墻改工作十分重視，國務(wù)院在 1992 年就頒布了《關(guān)于加快墻體材料革新和推廣節(jié)能建筑的意見》。墻體材料革新是實(shí)施可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略的一項(xiàng)重要措施，，發(fā)展利廢、節(jié)能的新型環(huán)保墻體材料來代替粘土磚，對利用廢渣、保護(hù)耕地、節(jié)約能源等方面都有著積極的促進(jìn)作用，此外，隨著我國建筑業(yè)的持續(xù)發(fā)展，建筑物不斷向著輕、美、優(yōu)方向發(fā)展，這就要求建材業(yè)提供更多與之相適應(yīng)的新型材料，這不僅僅是一般性的產(chǎn)品更新，更具有可持續(xù)發(fā)展的戰(zhàn)略意義。我國已以立法的形式在全國范圍內(nèi)分時(shí)間、分地區(qū)的實(shí)行并落實(shí)“限實(shí)”政策，存在于我國 2000 多年的粘土磚最終要退出建材市場。
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1.2  泡沫微晶玻璃的應(yīng)用和研究

泡沫玻璃質(zhì)量輕，保溫性能好，機(jī)械強(qiáng)度較低，適用于保溫材料，微晶玻璃容重較大，造價(jià)較高，適用于高檔次的非建筑行業(yè)，一般用作裝飾材料。泡沫微晶玻璃是由晶體、氣孔、玻璃相三部分組成，相比微晶玻璃，更多均一氣孔分布在玻晶交織基體結(jié)構(gòu)中，不僅大大降低了材料的容重，也同樣提高了材料的保溫隔熱性能；相比泡沫玻璃，均勻分布著更多的微小晶體在玻璃相基體中，形成玻晶交織結(jié)構(gòu)，材料的強(qiáng)度得到了顯著提高。所以說泡沫微晶玻璃是一種性能卓越的新型多功能材料，可以用來制作承重墻體材料和保溫材料[12]。表 1.1 是泡沫微晶玻璃主要理化性能參數(shù)。 泡沫微晶玻璃的材料特性和結(jié)構(gòu)特性使其具有諸多優(yōu)良的性能：泡沫微晶玻璃吸水率低，導(dǎo)熱系數(shù)小，有良好的隔熱保溫性能和吸聲性能；不風(fēng)化，不老化，無放射性，機(jī)械強(qiáng)度高，易于切割；具有良好的化學(xué)穩(wěn)定性，不易發(fā)生物理化學(xué)反應(yīng)，能在-270°C～500°C 的溫度范圍內(nèi)使用[13]。如表 1.2 所示：利用泡沫微晶玻璃制作而成的磚在凍融循環(huán)后的質(zhì)量損失和強(qiáng)度損失均符合《墻體材料應(yīng)用統(tǒng)一技術(shù)規(guī)范》（GB 50574—2010）[14]的要求，且為耐水性材料。 

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2 泡沫微晶玻璃磚及砂漿的力學(xué)性能試驗(yàn) 

泡沫微晶玻璃磚作為一種擬用來代替粘土磚的新型環(huán)保墻體材料，具有輕質(zhì)高強(qiáng)、保溫隔熱、環(huán)�？苫厥盏葍�(yōu)點(diǎn)，因?yàn)榕菽⒕РＡТu砌體是由泡沫微晶玻璃磚和砌筑砂漿兩種材料組砌而成的，泡沫微晶玻璃磚和砌筑砂漿的力學(xué)性能的優(yōu)劣，在很大程度上決定著泡沫微晶玻璃磚砌體抗壓、抗剪及抗震的性能，作為承重墻材料，泡沫微晶玻璃磚自身的力學(xué)性能對砌體建筑質(zhì)量有著舉足輕重的作用，為此，本章主要是對泡沫微晶玻璃磚和砌筑砂漿的力學(xué)性能進(jìn)行試驗(yàn)，內(nèi)容包括泡沫微晶玻璃磚的抗壓強(qiáng)度和抗折強(qiáng)度的試驗(yàn)，同條件養(yǎng)護(hù)情況下砌筑砂漿試塊強(qiáng)度的測定。這些試驗(yàn)是為更好地了解泡沫微晶玻璃磚的材料性能，并為后續(xù)泡沫微晶玻璃磚砌體抗壓試驗(yàn)、抗剪試驗(yàn)的試驗(yàn)研究做準(zhǔn)備。

2.1  泡沫微晶玻璃磚的抗壓強(qiáng)度試驗(yàn) 
泡沫微晶玻璃磚的抗壓強(qiáng)度是其主要力學(xué)性能指標(biāo)之一，決定著磚的強(qiáng)度等級，進(jìn)而影響其磚砌體的抗壓強(qiáng)度設(shè)計(jì)值，從而在一定程度上影響著它們的適用范圍。本次試驗(yàn)所用的泡沫微晶玻璃磚均由內(nèi)蒙古科技大學(xué)工程中心提供，磚的尺寸為240mm×115mm×53mm，磚的形狀如圖 2.1 所示。 本次試驗(yàn)采用內(nèi)蒙古科技大學(xué)工程中心提供的標(biāo)準(zhǔn)磚，按照《砌墻磚試驗(yàn)方法》（GB/T 2542—2012）的具體規(guī)定，在內(nèi)蒙古科技大學(xué)建筑與土木工程學(xué)院實(shí)驗(yàn)室對泡沫微晶玻璃磚進(jìn)行抗壓強(qiáng)度試驗(yàn)，由于泡沫微晶玻璃磚表面平整，因此采用非定型制樣。隨機(jī)抽取十個(gè)泡沫微晶玻璃磚進(jìn)行抗壓強(qiáng)度試驗(yàn)，用切割機(jī)沿著中間軸線將磚平均分成兩份，再把兩個(gè)半磚按斷口相反方向疊放在一起，疊和部分不小于 100mm（如圖 2.2 所示）。 
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2.2  泡沫微晶玻璃磚的抗折強(qiáng)度試驗(yàn)
我國現(xiàn)行燒結(jié)普通磚規(guī)范在確定磚的強(qiáng)度等級時(shí)，只用燒結(jié)普通磚的抗壓強(qiáng)度平均值來判定其強(qiáng)度等級，由于不同生產(chǎn)廠家生產(chǎn)的磚塊的配合比、生產(chǎn)工藝等有很大差異，即使同一生產(chǎn)廠家生產(chǎn)的同一批次的磚塊，其力學(xué)性能也會存在一些較大的差異，因此，單一的強(qiáng)度等級指標(biāo)并不能科學(xué)合理的評定磚塊的強(qiáng)度等級，所以對泡沫微晶玻璃磚進(jìn)行抗折強(qiáng)度試驗(yàn)，為以后科學(xué)合理的評定磚的強(qiáng)度等級提供依據(jù)。 隨機(jī)選取十塊泡沫微晶玻璃磚，放在（25±5）°C 的水中浸泡 24 小時(shí)后取出，用濕布拭去磚表面水分，進(jìn)行抗折試驗(yàn)，步驟如下： （1）分別在磚的兩個(gè)大面的中間處分別測量高度和寬度，結(jié)果取算數(shù)平均值，精確至 1mm。 （2）調(diào)整抗折夾具下直輥的跨度為磚的規(guī)格長度減去 40mm，即跨度為 200mm。 （3）將試件大面平放在下直輥上，試件兩端距下直輥的距離均為 20mm，以（50～150）N/s 的速度均勻加載，直至試件破壞，記錄最大荷載為破壞荷載 P。 
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3  泡沫微晶玻璃磚砌體抗壓強(qiáng)度試驗(yàn)研究  ...... 15 
3.1  泡沫微晶玻璃磚砌體抗壓試驗(yàn)  ............ 15
3.2  抗壓試驗(yàn)結(jié)果及分析  ........... 19 
3.3  泡沫微晶玻璃磚砌體受壓的應(yīng)力-應(yīng)變關(guān)系  ........ 30
3.4  泡沫微晶玻璃磚砌體的彈性模量  ........ 34
3.5  泡沫微晶玻璃磚砌體的泊松比  ............ 38 
3.6  本章小結(jié)  ..... 39 
4  泡沫微晶玻璃磚砌體抗剪強(qiáng)度試驗(yàn)研究  ...... 40 
4.1  試驗(yàn)概況  ..... 40
4.2  試驗(yàn)結(jié)果及分析  .......... 43
4.3  抗剪承載力影響因素及較燒結(jié)普通磚砌體抗剪強(qiáng)度低的原因  ............ 48 
4.3.1  抗剪承載力的影響因素  ..... 48 
4.3.2  抗剪承載力偏低的原因及改進(jìn)措施  ........... 49 
4.4  本章小結(jié)  ..... 49 
5  結(jié)論與展望  ........... 50 
5.1  結(jié)論  ............. 50 
5.2  建議  ............. 51 
5.3  展望  ............. 51 

4 泡沫微晶玻璃磚砌體抗剪強(qiáng)度試驗(yàn)研究 

泡沫微晶玻璃磚作為一種新型環(huán)保墻體材料，目前國內(nèi)還沒有對其砌體的抗剪性能進(jìn)行系統(tǒng)的試驗(yàn)研究，而砌體抗剪強(qiáng)度作為砌體結(jié)構(gòu)的基本強(qiáng)度指標(biāo)之一，直接影響結(jié)構(gòu)的可靠性。由于泡沫微晶玻璃磚與燒結(jié)普通磚的材質(zhì)存在很大差異，所以兩者在力學(xué)性能上也會有很大不同，因此有必要通過試驗(yàn)來對泡沫微晶玻璃磚的相關(guān)強(qiáng)度指標(biāo)進(jìn)行研究，為此本文在泡沫微晶玻璃磚砌體抗壓性能試驗(yàn)的基礎(chǔ)上，又對其抗剪性能進(jìn)行試驗(yàn)研究，并通過與燒結(jié)普通磚砌體和蒸壓粉煤灰磚砌體進(jìn)行對比，對其應(yīng)用的領(lǐng)域提出合理建議。 本章主要通過泡沫微晶玻璃磚砌體抗剪性能的試驗(yàn)和對試驗(yàn)所得數(shù)據(jù)的分析，對其抗剪強(qiáng)度規(guī)律和抗剪破壞特征進(jìn)行探討，提出了泡沫微晶玻璃磚砌體抗剪強(qiáng)度建議計(jì)算公式，并分析了影響泡沫微晶玻璃磚砌體抗剪強(qiáng)度的主要因素。 
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結(jié)論 

本文通過對泡沫微晶玻璃磚及砂漿的力學(xué)性能試驗(yàn)，和對泡沫微晶玻璃磚砌體軸心抗壓強(qiáng)度、沿通縫抗剪強(qiáng)度的試驗(yàn)，探討了泡沫微晶玻璃磚砌體的基本力學(xué)性能。歸納起來，得到以下主要結(jié)論：泡沫微晶玻璃磚砌體軸心受壓破壞形態(tài)與粘土普通磚砌體的相似，但其開裂荷載與破壞荷載的比值介于 0.62～0.89 之間，與粘土普通磚砌體相比，初裂縫出現(xiàn)的較晚，在正常應(yīng)力狀態(tài)下是不會出現(xiàn)裂縫的。泡沫微晶玻璃磚砌體的彈性模量實(shí)測值是同條件下燒結(jié)普通磚砌體彈性模量規(guī)范值的 1.66～2.79 倍，說明其具有很好的抵抗變形的能力，在燒結(jié)普通磚砌體彈性模量規(guī)范公式的基礎(chǔ)上，根據(jù)試驗(yàn)數(shù)據(jù)提出了泡沫微晶玻璃磚砌體彈性模量的建議計(jì)算公式 E = 2 700f，為后續(xù)的研究和產(chǎn)品的應(yīng)用提供參考，泊松比平均值為 0.154，與燒結(jié)普通磚砌體的基本一致。  
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參考文獻(xiàn)(略)

本文編號：37766