一种高精度砌块构造设计及其性能研究

李南，陈晨，王春山 （.中信建筑设计研究总院有限公司，湖北 武汉 43004；.山东春天建材科技有限公司，山东 聊城 5600）

0 引言

“十三五”以来，我国开始大力发展装配式建筑，装配式墙体作为装配式建筑的重要组成部分，逐渐实现了工厂化的构件生产与现场施工组装[1]。目前我国推广使用的装配式墙体主要有装配式墙板墙体和装配式砌块墙体两大类[2]，在装配式墙板取得较大发展的同时，装配式砌块墙体的种类较少且部分仅停留在理论研究阶段。本文在传统装配式砌块的基础上，设计研发一种高精度砌块，通过自身构造设计特点，使砌块具有高精度、免砌筑、性能好、自重轻的特点，符合高精度拼装式墙体免抹灰的要求，并在墙体组装时可提高组装灵活性、结构稳性，能灵活敷设管线。

1 高精度砌块构造设计

本文设计研发的高精度砌块长度、高度、厚度尺寸允许偏差均小于1mm，明显低于常规砌块尺寸允许偏差，符合高精度拼装式墙体免抹灰的要求。砌块上、下部位均设置有精准定位的企口榫头和企口榫槽，砌块宽度方向的两个侧壁之间设有多个加强肋，加强肋之间形成四个空腔，空腔上部四周设弧腋加强肋，砌块底部设置有水平管线槽，砌块上部企口榫头两侧设置有水平拉结筋槽。砌块构造示意如图1所示。

图1 砌块构造示意图

①大企口

砌块的主要构造特征是企口宽度大于砌块宽度的60%。大企口具有企口榫头宽、力学性能好、不易损坏，组装成为墙体后结构稳定性、抗震性好的优点，避免了企口过小导致生产时易出现的物料不密实、不均匀、收缩变形大等质量问题，使得企口精度更高，有利于生产。企口榫槽宽为水平管线槽的设置提供了充足的尺寸，可便捷地敷设管线，提高施工效率。

②竖向孔洞

砌块由砌块两侧的侧壁、端部加强肋、横向弧腋加强肋、中间加强肋围合构成4 个竖向孔洞。孔洞空腔拐角处设置弧腋加强肋，可以有效提高砌块本身的竖向、侧向强度。孔洞空腔上部四周设置竖向弧腋加强肋，可以有效提高孔洞口部的强度和稳定性，砌块竖向孔洞如图2所示。

竖向孔洞构造主要有砌块内的空腔可以减轻砌块的自重，组装成为墙体后减少结构荷载的优点。砌块组装成墙体后，可通过上下对齐的竖向孔洞内插钢筋并浇筑混凝土，制作钢筋混凝土芯柱来替代墙体构造柱，避免构造柱影响墙体材质统一和高精度。上下连通的竖向孔洞可以与水平管线槽形成墙体内四通八达的网路，用来敷设管线至墙体任何位置。可在工厂中向竖向孔洞内浇筑保温材料，制成保温砌块，提高砌块的热工性能。

③双向水平拉结筋槽

砌块上部企口两侧设有水平拉结筋槽，在每皮砌块组装完成后，先在槽内铺设拉结筋，再以专用粘结胶浆填满拉结筋槽，并与上部砌块形成封闭空间，拉结筋与墙体形成稳定、牢固的整体，大幅度提高了墙体的结构稳定性与抗震安全性。

2 材料性能研究

本文研究的高精度砌块是以水泥、脱硫建筑石膏、粉煤灰为主要原材料，经加水混合搅拌、机械成型、干燥制成的建筑空心砌块。为提高砌块的物理性能，本文通过掺加减水剂、防水剂、激发剂等外加剂，改善基体材料的性能，实现了砌块性能的显著提高。

①减水剂对材料性能的影响

为了提高砌块的力学性能，进行了掺加减水剂试验。目前水泥混凝土减水剂的开发应用较为成熟，而在石膏专用减水剂方面的研究却相对较少。虽然脱硫建筑石膏和水泥混凝土是两个截然不同的体系，但减水剂作用机理方面有许多相似之处，借鉴水泥混凝土减水剂成熟的研究成果，通过掺加减水剂减少了拌合用水量，有效提高脱硫建筑石膏的力学强度，对比试验结果如表1 所示。当采用氨基磺酸系减水剂，且掺量达到脱硫建筑石膏质量0.1%时，试样的抗折强度可以达到3.6MPa，与不掺加减水剂试样相比提高了47%，抗压强度可以达到8.1MPa，与不掺加减水剂试样相比提高了40%。

②防水剂对材料性能的影响

普通石膏制品的吸水率普遍较大，软化系数较低，一般为0.2～0.3，导致石膏制品吸湿受潮后易发生变形，从而影响使用性能。经实验研究，在蜡-醇复合防水剂掺量为脱硫建筑石膏质量0.2%的情况下成型试样，测试其2h 和24h 吸水率、2h 和24h 吸水强度保留率性能，并与未掺加防水剂的脱硫建筑石膏试样进行了比较，试验结果如表2 所示。

表2 试样耐水性能测试结果

由表2 可见，随着防水剂的掺加，脱硫建筑石膏试样的耐水性能有了显著提高，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、抗压强度保留率分别提高了33.3%、17.5%，24h 吸水抗折、抗压强度保留率分别提高了50.00%、58.93%，其各项性能指标均已达到或超过国家有关标准的规定。

③激发剂对材料性能的影响

粉煤灰是燃煤窑炉产生的固体废弃物，具有潜在的火山灰活性，是作为建筑材料资源的价值所在，适合于制备建筑材料。本研究高精度砌块掺加粉煤灰的主要目的是减少粉煤灰对环境的污染，同时可以对其进行综合利用，降低生产成本，产生经济价值[3]。粉煤灰的水化活性较低，在制品中大量掺加会明显降低强度，本文通过掺加粉煤灰激发剂，使粉煤灰的火山灰活性得以发挥。经大量实验研究，确定了对粉煤灰有效的复合激发剂B，其主要成分是硫酸盐。粉煤灰活性激发实验中，在复合激发剂B 掺量为粉煤灰质量的1.00%、1.25%、1.50%、1.75%和2.00%条件下，成型试样并测试其强度性能，试验结果如表3所示。

表3 不同复合激发剂B掺量试验结果

由表3 可见，随着复合激发剂掺量的增加，粉煤灰1d、7d、28d 抗折、抗压强均呈现不断升高的趋势，当复合激发剂B 掺量达到1.75%时，粉煤灰1d、7d、28d 抗折、抗压强度基本达到最大值，因此确定复合激发剂B 掺量1.75%时为最佳掺量。

3 高精度砌块性能研究

根据以上材料性能与配比研究结果，在氨基磺酸系减水剂掺量为脱硫建筑石膏质量0.1%，蜡-醇复合防水剂掺量为脱硫建筑石膏质量0.2%，粉煤灰填充量为20%，复合激发剂B 掺量为粉煤灰质量的1.75%条件下，成型了高精度砌块，并对其性能进行了测试，结果如表4所示。

表4 高精度砌块性能测试结果

由表4 中数据可见，本文研究的高精度砌块的各项性能指标均满足《石膏砌块》（JC/T 698-2010）的标准要求。

4 结语

①本文研发的新型高精度砌块精度高，在墙体组装时可实现免砌筑、免抹灰，砌块内的竖向孔洞与水平管线槽在组装成墙体后，可形成四通八达的网路，敷设管线非常方便。上下对齐的竖向孔洞内制备芯柱，方便可替代墙体构造柱功能。拉结筋槽内可方便设置水平双向拉结筋，墙体稳定性好。

②通过材料实验研究确定了掺加0.1%的氨基磺酸系减水剂，试样的抗折强度提高了47.00%，抗压强度提高了40.00%。掺加0.2%的蜡-醇复合防水剂，24h吸水率降低了90.00%，24h吸水抗折强度提高了50.00%，吸水抗压强度提高了58.93%。掺加粉煤灰质量1.75%的硫酸盐复合激发剂B，28d 试样的抗折强度达到9.58MPa，抗压强度达到33.0MPa。

③按照本文材料配比制备的高精度砌块具有良好的性能，经检测各项性能均满足《石膏砌块》（JC/T 698-2010）的要求，有很强的实用性。