玻璃砖砌体基本力学性能研究

玻璃砖砌体基本力学性能研究玻璃砖是一种以玻璃为基材、透明中空的小型砌块,是一种高雅的新型建筑装饰与承重材料,常用于非承重外墙、内隔墙、采光屋顶以及建筑隔断等部位的装饰,在世界各地广泛应用于宾馆、车站、体育场馆、博物馆、商场等大型公共建筑与民用建筑.近年来,玻璃砖开始用作承重墙、小柱网屋面板和楼板、阳台板等.按结构构造,玻璃砖可分为空心玻璃砖和实心玻璃砖两种,空心玻璃砖应用较广.本文研究工作即针对空心玻璃砖.玻璃砖的基本尺寸有115mm×115mm×80mm,145mm×145mm×80mm,190mm×190mm×80mm,145mm×145mm×95mm,190mm×190mm×95mm等几种.早在20世纪30年代,欧美国家就开始研制和试生产玻璃砖,到了80年代,已有数十条生产线投产,而90年代我国开始引进玻璃砖生产线,目前年生产能力超过了1000万块.玻璃砖以其优越的使用性能和较高的性能价格比,在21世纪将会得到更广泛的应用.但从国内玻璃砖的工程应用与研究现状来看,我国还处于起步阶段,玻璃砖绝大部分用于建筑装饰材料,少量用于建筑承重材料,而且有关玻璃砖用作承重结构的研究工作也未见报道,国内也没有相应的设计规程.这对于具有较高承载能力的玻璃砖来说,无疑是很大的浪费,也限制了玻璃砖的应用以及玻璃砖产业的规模发展.玻璃砖的使用特性玻璃砖具有以下特性:①美观性.玻璃砖一般用无色或有色玻璃液配置,带有各种花纹和图案.将不同体形的玻璃砖恰当地用于整体墙的砌筑或用于局部装饰或点缀,一方面使墙体表面具有浮雕感并有美观的造型,另一方面通过玻璃砖表面花纹使光线发生漫射,从而使室内具有柔和的照度.②透光性.玻璃砖具有良好的透光性能,透明无花纹玻璃砖在75%左右与普通双层玻璃相近,茶色玻璃砖也有50%～60%.另外,玻璃砖使光线发生漫射,使室内光线柔和,无直射光,解决了因太阳光直射或常用的镀膜玻璃导致变色而引起的视觉不适,改善了室内环境.③隔热性.玻璃砖的封闭空腔为准真空,热阻值较大,其导热性能与普通双层中空玻璃相似,导热系数为2.9～3.2WmK.当用隔热砂浆砌筑玻璃砖外墙时,可满足规范对室内隔热节能的规定要求.只有当室内相对湿度为55%、室外温度为-19℃时,室内才结露.④隔音性.玻璃砖的隔音效果超过了普通玻璃,隔音值约为50dB.在实际工程中,由于需用配有拉结钢丝或钢筋的砂浆砌筑,其综合隔音指标稍有降低,为45dB左右.⑤防火性能.玻璃砖属于不燃烧体,耐火等级为GB级,耐火极限为2h.⑥抗冲击性能.玻璃砖的抗冲击安全性表现在两个方面,一是玻璃砖自身的抗冲击性能,二是玻璃砖抗枪弹穿透性能.有关资料表明,玻璃砖具有较好的抗冲击性能.2力学性能试验中采用了工程最常用的190mm×190mm×95mm空心玻璃砖,其力学性能如表1所示.砌筑砂浆有白浆和灰浆两种,主要成分有水泥、中砂、水、石英砂、建筑胶水等.这两种砂浆的28d抗压强度分别为32.0MPa和29.8MPa.抗压强度/MPa9.1抗折强度/MPa6.0热膨胀系数/K8.415×10导热系数/WmK0.43330℃,0.47640℃,0.51950℃玻璃砖墙体应变曲线均呈明显的弹脆性,即在试件破坏前大致为线弹性,然后发生脆性破坏.与砖砌体不同,玻璃砖砌体抗压应力-应变曲线几乎为一直线,没有缓和段,破坏也较为突然.3.3主要试验结果各类玻璃砖砌体的抗压强度汇总见表3.从表中可见:①玻璃砖砌体的抗压强度存在着尺寸效应,相比600mm×600mm标准试件,400mm×400mm试件的抗压强度要高5%～20%,其中无筋砌体约提高10%～20%,配筋砌体约提高5%～10%;②与无筋砌体相比,配筋砌体的抗压强度提高明显,约为20%～30%,弹性模量约提高30%～40%;③无论是否配构造筋,灰浆砌体的抗压强度与白浆砌体相似,但弹性模量较高.验值与按规范计算的值的对比见表4.从表4可见:①玻璃砖砌体抗压强度的试验值与按现行《砌体结构设计规范》的计算值吻合良好;②玻璃砖砌体的抗压弹性模量按现行规范的计算值与试验结果有较大的误差.试件设计参照国家标准《砌体基本力学性能试验方法标准》GBJ129-90,试件尺寸为1200mm×400mm×95mm,试件参数为砂浆类型以及砂浆中是否配构造筋隔皮25@40mm.试件数量及分类见表6结论与设计建议(1)玻璃砖具有优越的使用性能,在国内外发展前景广阔;(2)玻璃砖砌体在平面内的弯曲抗拉破坏源于跨中灰缝的脱裂,而玻璃砖完好;玻璃砖砌体在平面外的弯曲抗拉破坏则从跨中灰浆脱裂开始,以玻璃砖破碎而结束;(3)在砌筑砂浆中配适量的构造筋形成复合砂浆,对提高玻璃砖砌体的弯曲抗拉强度有重要的影响,但由于配筋量不满足配筋砌体的最低配筋要求,破坏现象也不符合配筋砌体,故玻璃砖砌体应按无筋砌体设计计算;(4)玻璃砖砌体抗压强度的试验值与按现行《砌体结构设计规范》GB50003-2001的计算值吻合良好,可按现行规范设计计算;(5)玻璃砖砌体的平面内弯曲抗拉强度较高(6)玻璃砖砌体平面外弯曲抗拉强度较高(7)由于玻璃砖砌体的受压与受拉弹性模量值较为离散,其受压与受弯变形的计算有待进一步深入的研究.