馬廣生，楊濤，曹明國，范傳祺，趙曄

（中建八局第一建設有限公司，山東 濟南 250100）

1 對比試驗背景

從中國的傳統(tǒng)認知方面來講，“秦磚漢瓦”構筑了華夏文明，所以人們對砌筑墻體有所依賴，尤其是內(nèi)隔墻，總認為砌筑的墻體質(zhì)量可靠。而隨著我國建材業(yè)和施工技術的進步，裝配式建筑工程質(zhì)量有了重大突破，是今后建筑設計的首選。為了證明這一點，中建八局第一建設有限公司就裝配式內(nèi)隔墻與砌筑式內(nèi)隔墻整體性做了對比試驗，并進行了安全性分析。

2 對比試驗

2.1 試驗依據(jù)

主要技術指標依據(jù)《建筑用輕質(zhì)隔墻條板》（GB/T23451-2009）和《裝配式建筑用輕質(zhì)隔墻板》（T/CBMF86-2020）、《抽樣標準》（GB/T2828-2016）。

2.2 試驗原理

為研究隔墻條板本體的性能，將隔墻條板組裝成墻體，根據(jù)結構力學原理和原位實驗片墻試件的特點，采用對比、單推加載實驗，以獲取傳統(tǒng)增壓加氣混凝土墻體和隔墻條板組裝成墻體的應變、位移和裂縫寬度等數(shù)據(jù)，經(jīng)對比分析后，進一步證明隔墻條板組裝成墻體的可靠性（蒸壓加氣混凝土砌塊墻是傳統(tǒng)做法，無需再證明其性能，通過對條板片墻的實驗所獲得數(shù)據(jù)與蒸壓加氣混凝土砌塊墻實驗所獲得數(shù)據(jù)進行對比、分析，即可得出結論）。

2.3 實驗方法

實驗方法采用原位單推加載實驗。

2.4 實驗片墻設計

實驗片墻有兩種，一種為MU5.0蒸壓加氣混凝土砌塊、M5砌筑砂漿、復合網(wǎng)格布滿貼、20厚混合預拌砂漿抹灰片墻（簡稱：“MSW”，英文表述：“Masonry Sheet Wall”，中 文 表 述 ：“ 砌 筑 片墻”），如MSW片墻正面示意圖見圖1所示。另一種是條板片墻（簡稱：“SW”，英文表述：“Strip Wall”），外刮內(nèi)墻膩子兩道，如SW片墻正面示意圖見圖2所示。

圖1 砌筑片墻正面示意圖

圖2 條板片墻正面示意圖

原位對比實驗所用片墻分別為蒸壓加氣混凝土砌塊片墻、條板片墻，共計6面。3面做蒸壓加氣混凝土砌塊片墻，編 號 分 別 為 ：MSW-1、MSW-2、MSW-3 和 SW-1、SW-2、SW-3。逐一實驗采集實驗數(shù)據(jù)，進行對比分析。

2.5 實驗設備及裝置

實驗設備詳見實驗設備、儀器一覽表（表1）。

實驗設備、儀器一覽表 表1

圖3 加載位置示意圖

2.6 加載制度

加載初始以0.1kN為一等級進行預加載，預加載至0.5kN后，應檢查位移計、應變片、壓力傳感器與靜態(tài)應變采集儀的連接是否正常，并查看計算機顯示初始數(shù)據(jù)是否合理，確認無誤后，繼續(xù)加載。

繼續(xù)加載采用分步加載，每次施加0.5kN，并持荷3min，當每次加載后，計算機顯示加載數(shù)值穩(wěn)定時，靜態(tài)應變采集儀對各類數(shù)據(jù)自動記錄，同時實驗人員進行裂縫位置標注，并用裂縫測量儀進行測量、記錄。

當加載至墻體完全斷裂，靜態(tài)應變采集儀所顯示數(shù)據(jù)不再增大，反而減小時，即停止加載。

2.7 實驗設計

2.7.1 測量內(nèi)容

平面位移。平面位移主要測量加載時墻體的位移量。

2.7.2 裂縫檢測

實驗片墻制作時，在墻體表面繪制100mm×100mm的方格網(wǎng)，以直觀顯示裂縫所處相對位置。當每次加載發(fā)現(xiàn)墻體出現(xiàn)裂縫后，應用彩筆將裂縫走向在一側(cè)進行標記，并測量裂縫寬度，同時記錄加載數(shù)值和裂縫寬度。

2.7.3 應力應變

主要采集墻體每次加載的應變數(shù)值。

2.7.4 測點布置

應變片布置。墻體應變片雙面布置，每個實驗片墻粘貼18個墻體應變片。墻體應變片粘貼于填充墻表面，用于采集墻體垂直和水平兩個方向的應變。如應變片布置圖（圖4）和墻體應變片編號圖（圖5、圖6）所示。

圖4 應變片布置圖

圖5 墻體中部應變片編號圖

圖6 墻體兩邊應變片編號圖

2.7.5 位移計布置

位移計主要測量墻體的位移。豎直方向中間部分設三個位移計，第一個置于墻面頂端以下0.5m，第二個置于墻面中間，第三個置于墻面底端以上0.5m。墻體兩邊設6個位移計，每三個為一組，分別設置在豎直方向中間部位與框架柱之間的墻體中心，并將每組的三個位移計位置與上面所設位移計位置平行。見位移計布置圖、位移計編號圖如圖7、圖8所示。

圖7 位移計布置圖

圖8 位移計編號圖

2.8 實驗過程

2.8.1 實驗初始

以0.1kN為一個等級進行預加載，預加載至0.5kN后，經(jīng)檢查確定位移計、應變片、壓力傳感器與靜態(tài)應變采集儀的連接正常，計算機顯示初始數(shù)據(jù)合理，按照加載制度繼續(xù)加載，并記錄原始數(shù)據(jù)。

2.8.2 實驗描述

當加載至1.5kN時墻體受力較小，未出現(xiàn)墻體裂縫現(xiàn)象；墻體的位移量和應變較小；當加載至4.5kN～7.5kN時，非加載面墻體出現(xiàn)裂縫。

所有片墻的裂縫一般在加載至4.5kN時，出現(xiàn)水平方向裂縫，裂縫一般延伸至框架柱，裂縫最大寬度0.24mm。

墻面第一條豎向裂縫通常在荷載到達6.5kN時出現(xiàn)，由單側(cè)填充墻中部產(chǎn)生，裂縫寬度也隨荷載的增加而增大。隨著荷載等級提高，墻體裂縫逐漸增加，出現(xiàn)斜裂縫，豎向裂縫逐漸發(fā)展為主裂縫。

裂縫一般有三種走向，一是水平裂縫，二是豎向裂縫，三是斜向裂縫。水平裂縫一般出現(xiàn)兩條，分別置于非加載面墻體高度的三分之一處。豎向裂縫一般出現(xiàn)一條，置于加載荷載區(qū)域的非加載面的兩側(cè)約200mm～300mm范圍內(nèi)。斜向裂縫一般自非加載面荷載墻體高度的三分之一處，向墻體上下角呈45°延伸。

砌筑片墻位移。砌筑片墻自加載至1.5kN出現(xiàn)位移，最大位移量0.05mm，荷載加載6.5kN～9.5kN時，墻體完全破壞，加載終止，最大位移量26.5mm。

條板片墻位移。條板片墻自加載至2.5kN出現(xiàn)位移，最大位移量0.35mm，荷載加載 14.5kN～17.5kN時，加載終止，最大位移量9mm。

2.9 實驗分析：荷載-位移平均曲線

2.9.1 砌筑片墻荷載-位移平均曲線

在加載過程中荷載在2.5kN以下時，墻體位移量發(fā)展平緩，墻體無裂縫出現(xiàn)，變形在彈性范圍內(nèi)。荷載從2.5kN加載至5.5kN，墻體未產(chǎn)生裂縫，墻體中部位移量發(fā)展較快，底部位移量發(fā)展依舊較為平緩。荷載由5.5kN加載至8.5kN，砌塊片墻中部位移量增速及墻體頂部位移量增速提高，分析原因，由于填充墻頂部與梁底連接區(qū)薄弱，受力后墻頂砂漿受剪破壞，因而墻頂位移量發(fā)展增速。荷載由8.5kN加載至9.5kN，砌筑片墻完全破壞，墻體位移量出現(xiàn)跳躍增長，分析原因，由于墻體達到承載能力極限狀態(tài)，墻體破壞，繼續(xù)加載墻體位移量增加，荷載驟降，實驗結束。砌筑片墻荷載—位移平均曲線，砌筑片墻荷載-位移平均值統(tǒng)計表（表2）和砌筑片墻荷載-位移平均曲線圖（圖9）所示。

砌筑片墻荷載-位移平均值統(tǒng)計表 表2

圖9 砌筑片墻荷載-位移平均曲線圖

2.9.2 條板片墻荷載-位移平均曲線

條板片墻位移計布置位置與砌筑片墻相同，在加載過程中荷載在7.5kN以下時，墻體的位移量發(fā)展平緩，墻體無裂縫出現(xiàn)，變形在彈性范圍內(nèi)。荷載從7.5kN加載至10.5kN，墻體產(chǎn)生裂縫，墻體中部位移量發(fā)展較快，分析原因，由于加載區(qū)域在墻體中部，其頂端位移量出現(xiàn)跳躍性增長，墻體兩邊頂部位移量發(fā)展依舊較為平緩。荷載由10.5kN加載至15.5kN，墻體位移量迅速發(fā)展，豎向主裂縫出現(xiàn)，墻體中部位移量明顯增大，增速不變。荷載由15.5kN加載至17.5kN，墻體位移發(fā)展迅速，檢查后發(fā)現(xiàn)條板未破壞，實驗結束。見條板片墻荷載-位移平均值統(tǒng)計表（表3）和條板片墻荷載-位移平均值曲線圖（圖10）所示。

條板片墻荷載-位移平均值統(tǒng)計表 表3

圖10 條板片墻荷載-位移平均值曲線圖

2.9.3 荷載-位移平均曲線對比

荷載-位移平均曲線反映在相同荷載作用下，片墻位移量的大小，通過分析砌筑片墻及條板片墻的位移量，對比得到砌筑片墻與條板片墻的極限承載力以及剛度特征。實驗所得墻體全部位移計位置的平均曲線見墻體最大位移平均值統(tǒng)計表（表4），墻體最大位移平均值曲線圖（圖11）所示。

墻體最大位移平均值統(tǒng)計表 表4

圖11 墻體最大位移平均值曲線圖

圖11可以看出砌筑片墻與條板片墻在同等荷載作用下，墻體位移量隨著荷載的增大，砌筑片墻的位移量大于條板片墻。且在荷載為9.5kN時，砌筑片墻的位移量突然增大，墻體破壞。

2.9.4 荷載-應力平均曲線

①墻體應力分析

墻體選取具有代表性的第二層應變片墻體數(shù)據(jù)進行分析。每個片墻第二層依照水平方向位置不同，非加載面記為“墻體A面”；加載面記為“墻體B面”，具體位置見墻體AB面示意圖（圖12）所示。

圖12 墻體AB面示意圖

砌筑片墻應力統(tǒng)計見砌筑片墻“墻體A面”應力數(shù)據(jù)統(tǒng)計表（表5）、砌筑片墻“墻體A面”的荷載-應力曲線圖（圖13）、砌筑片墻“墻體B面”應力數(shù)據(jù)統(tǒng)計表（表6）、砌筑片墻“墻體B面”的荷載-應力曲線圖（圖14）所示。

砌筑片墻“墻體A面”應力數(shù)據(jù)統(tǒng)計表 表5

砌筑片墻“墻體B面”應力數(shù)據(jù)統(tǒng)計表 表6

圖13 砌筑片墻“墻體A面”的荷載-應力曲線圖

圖14 砌筑片墻“墻體B面”的荷載-應力曲線圖

條板片墻應力統(tǒng)計見條板片墻“墻體A面”應力數(shù)據(jù)統(tǒng)計表（表7）、條板片墻“墻體A面”的荷載-應力曲線圖（圖15）、條板片墻“墻體B面”應力數(shù)據(jù)統(tǒng)計表（表8）、條板片墻“墻體B面”的荷載-應力曲線圖（圖16）：

條板片墻“墻體A面”應力數(shù)據(jù)統(tǒng)計表 表7

圖15 條板片墻“墻體A面”的荷載-應力曲線圖

圖16 條板片墻“墻體B面”的荷載-應力曲線圖

砌筑“墻體A面”和條板“墻體A面”各有3組原始數(shù)據(jù)，分別對各自3組數(shù)據(jù)求取平均值，得到兩種片墻第二層的非加載面墻體等效應力值，并將兩組數(shù)據(jù)繪制曲線圖，砌筑“墻體A面”與條板“墻體A面”應力平均值曲線圖見圖17所示。

圖17 砌筑“墻體A面”與條板“墻體A面”應力平均值曲線圖

砌筑“墻體B面”和條板“墻體B面”各有3組原始數(shù)據(jù)，分別對各自3組數(shù)據(jù)求取平均值，得到兩種片墻第二層的加載面墻體等效應力值，并將兩組數(shù)據(jù)繪制曲線圖，砌筑“墻體B面”與條板“墻體B面”應力平均值曲線圖（圖18）所示。

圖18 砌筑“墻體B面”與條板“墻體B面”應力平均值曲線圖

分析小結：兩種片墻在加載初段應力增加緩慢，在荷載到達4.5kN時，墻體出現(xiàn)第一條裂縫；隨著荷載的進一步增大，應力開始快速增加，墻面裂縫增多，裂縫寬度增大，填充墻失去承受荷載的能力。整個加載過程中，相同荷載對應位置下，條板片墻的墻體應力始終大于砌筑片墻的墻體應力。由于條板片墻抗彎強度大于加氣塊片墻，在加載過程中砌筑墻往往出現(xiàn)斷裂的情況，并隨著荷載增加發(fā)生較大位移。而條板片墻由于抗彎強度高，在加載過程中不會發(fā)生斷裂和較大位移。

條板片墻“墻體B面”應力數(shù)據(jù)統(tǒng)計表表8

②墻體第二層應力分析

墻體應變片自上而下一共三層，此處選取具有代表性的第二層墻體應變片數(shù)據(jù)進行分析。每面墻體第二層應變片可分為非加載面應變片（Z2）和加載面應變片（Z5）。

砌筑片墻應變片Z2和條板片墻應變片Z2各有3組原始數(shù)據(jù)，分別對各自3組數(shù)據(jù)求取平均值，得到兩種片墻Z2的非加載面應變等效應力值，并將兩組數(shù)據(jù)統(tǒng)計、繪制曲線圖。加載面應變等效應力值同理可得，見砌筑片墻“Z2”、條板片墻“Z2”應力數(shù)據(jù)平均值統(tǒng)計表（表9）、砌筑片墻“Z2”、條板片墻“Z2”應力數(shù)據(jù)平均值曲線圖（圖19）、砌筑片墻“Z5”、條板片墻“Z5”應力數(shù)據(jù)平均值統(tǒng)計表（表10）、砌筑片墻“Z5”、條板片墻“Z5”應力數(shù)據(jù)平均值曲線圖（圖20）所示。

圖19 砌筑片墻“Z2”、條板片墻“Z2”應力數(shù)據(jù)平均值曲線圖

圖20 砌筑片墻“Z5”、條板片墻“Z5”應力數(shù)據(jù)平均值曲線圖

砌筑片墻“Z2”、條板片墻“Z2”應力數(shù)據(jù)平均值統(tǒng)計表 表9

砌筑片墻“Z5”、條板片墻“Z5”應力數(shù)據(jù)平均值統(tǒng)計表 表10

分析小結：從圖中可以看出，加氣塊片墻與條板片墻在荷載達到1.5kN后，增幅增加，非加載面主要承受拉力，加載面主要承受壓力成負值，隨荷載增加到4.5kN，混凝土砌塊墻應力發(fā)展有所減慢，后繼續(xù)發(fā)展，荷載加載至9.5kN，加氣混凝土砌塊墻斷裂，應變片失效。條板片墻應力繼續(xù)發(fā)展，至實驗結束，應力未達到強度極限值。

③墻體裂縫分析

a.砌筑墻面裂縫分析

墻面出現(xiàn)裂縫時荷載加載情況。實驗加載前，墻面無裂縫，將墻面分為加載面和非加載面，當荷載加載至平均荷載5.2kN時，非加載面開始產(chǎn)生橫向裂縫。當平均荷載加載至6.5kN時，非加載面開始產(chǎn)生豎向荷載。對墻面繼續(xù)加載，當平均荷載加載至8.5kN時，加載面開始產(chǎn)生豎向裂縫。砌筑墻面與條板片墻面非加載面裂縫出現(xiàn)荷載數(shù)值表（表11）、砌筑墻面與條板片墻面加載面裂縫出現(xiàn)荷載數(shù)值表（表12）所示。

砌筑墻面與條板片墻面非加載面裂縫出現(xiàn)荷載數(shù)值表 表11

砌筑墻面與條板片墻面加載面裂縫出現(xiàn)荷載數(shù)值表 表12

墻面裂縫開展情況。實驗加載進程中，非加載面先產(chǎn)生橫向裂縫，橫向裂縫先在加載區(qū)域處開始產(chǎn)生，進而向其兩邊開展；隨著荷載的繼續(xù)加載，非加載面的加載區(qū)將會產(chǎn)生豎向裂縫，由上往下開展；加載進程中，墻面也將會產(chǎn)生斜裂縫，由加載區(qū)斜向墻端開展。由于荷載的持續(xù)增加，在加載區(qū)域旁的各裂縫相互貫通。

實驗加載進程中，加載面的裂縫出現(xiàn)較晚，在墻體中部區(qū)域產(chǎn)生豎向裂縫，由上往下開展，周圍也會有斜裂縫產(chǎn)生，由其向兩邊斜向開展。

墻面裂縫寬度發(fā)展情況。實驗加載進程中，裂縫寬度隨荷載的持續(xù)增加而擴大。例如MSW-3號墻，墻面裂縫寬度記錄MSW-3號墻墻面非加載面裂縫寬度記錄表（表13）、MSW-3號墻墻面加載面裂縫寬度記錄表（表14）所示。

MSW-3號墻非加載面裂縫寬度記錄表 表13

MSW-3號墻加載面裂縫寬度記錄表 表14

b.條板片墻面裂縫分析

墻面出現(xiàn)裂縫時荷載加載情況。實驗加載前，墻面無裂縫，將墻面分為加載面和非加載面，當荷載加載至平均荷載8.9kN時，非加載面開始產(chǎn)生橫向裂縫；當平均荷載加載至10.5kN時，非加載面開始產(chǎn)生豎向裂縫。對墻面繼續(xù)加載荷載，當平均荷載加載至15.2kN時，加載面開始產(chǎn)生豎向裂縫。

墻面裂縫開展情況。實驗加載進程中，非加載面先產(chǎn)生橫向裂縫，橫向裂縫先在加載區(qū)域處開始出現(xiàn)，進而向其兩邊開展；隨著荷載的繼續(xù)加載，非加載面的加載區(qū)將會產(chǎn)生豎向裂縫，由上往下開展；加載進程中，墻面也將會出現(xiàn)斜裂縫，在墻面下端由加載區(qū)斜向墻端開展由于荷載的持續(xù)增加，在加載區(qū)域旁的各裂縫相互貫通。

墻面裂縫寬度發(fā)展情況。實驗加載進程中，裂縫寬度隨荷載的持續(xù)增加而擴大。如SW-3號墻，墻面裂縫寬度記錄見SW-3號墻非加載面裂縫寬度數(shù)據(jù)統(tǒng)計表（表15），SW-3號墻加載面裂縫寬度數(shù)據(jù)統(tǒng)計表（表16）所示。

SW-3號墻非加載面裂縫寬度數(shù)據(jù)統(tǒng)計表 表15

SW-3號墻加載面裂縫寬度數(shù)據(jù)統(tǒng)計表 表16

④兩種墻面裂縫對比分析

荷載加載情況對比分析：由表11可知，荷載加載進程中，在非加載面，墻面屬于受拉區(qū)，砌筑墻面產(chǎn)生第一條橫向裂縫的平均荷載為5.2kN，產(chǎn)生第一條豎向裂縫的平均荷載為6.5kN；而條板片墻墻面產(chǎn)生第一條橫向裂縫的平均荷載為 8.9kN，比砌筑墻要大3.4kN，墻面產(chǎn)生的第一條豎向裂縫的平均荷載為10.5kN，比砌筑墻要大4kN。這表明條板墻面產(chǎn)生裂縫比砌筑墻面要晚，即條板的受拉墻面能承載的荷載比砌筑墻的要大。

由表12可知，荷載加載過程中，在加載面，墻面屬于受壓區(qū)，砌筑墻面產(chǎn)生的第一條豎向裂縫時的平均荷載為8.5kN，而條板片墻的墻面產(chǎn)生第一條豎向裂縫時的平均荷載為15.2kN；兩種墻的加載面均無橫向裂縫產(chǎn)生。這表明條板片墻的受壓墻面能承受的荷載比砌筑片墻要大。

墻面裂縫開展情況對比分析：由墻面裂縫示意圖可知，兩種墻的墻面裂縫開展有相同點和不相同點。相同點為在非加載面，實驗加載過程中，加載區(qū)域之間只產(chǎn)生橫向裂縫，均從荷載區(qū)域向兩邊開展；主要的豎向裂縫均產(chǎn)生在荷載加載區(qū)位置上，均從上往下開展；墻面的斜裂縫均產(chǎn)生在加載區(qū)與墻兩端的區(qū)域。在加載面，墻面只產(chǎn)生豎向裂縫和斜裂縫，無橫向裂縫。不同點為在非加載面，砌筑墻面產(chǎn)生的橫向裂縫與斜裂縫比條板片墻多。在加載面，砌筑墻面在荷載的作用下，墻面斜裂縫從上往下都有出現(xiàn)，而條板片墻的墻面斜裂縫只出現(xiàn)在下端區(qū)域。

墻面豎向裂縫對比分析：通過實驗可知，在同等的荷載加載情況下，條板墻面產(chǎn)生的豎向裂縫寬度比砌筑墻的慢。例如：選取砌筑的MSW-3號墻和條板片墻的SW-3號墻進行對比，對比見非加載面砌筑MSW-3號片墻和條板SW-3號片墻進行對比表（表17），加載面砌筑MSW-3號片墻和條板SW-3號片墻進行對比表（表18）所示。

非加載面砌筑MSW-3號片墻和條板SW-3號片墻進行對比表 表17

加載面砌筑MSW-3號片墻和條板SW-3號片墻進行對比表 表18

3 對比試驗結論

①在加載數(shù)值相等情況下，條板片墻與砌筑片墻的位移量差異較為明顯，條板片墻的位移量小于砌筑片墻的位移量，說明條板片墻整體性較好，有效防止墻體傾覆。

②條板片墻能夠承受的最大加載值明顯高于砌筑片墻的最大加載值9.5kN。這說明條板片墻的極限承載力比砌筑片墻大。

③在同等荷載下，條板片墻的墻體應力略大于砌筑片墻應力，且發(fā)展緩慢，遠小于屈服強度，即使在地震作用下墻體出現(xiàn)開裂，但不會傾覆。故條板片墻比砌筑片墻在地震時更穩(wěn)定。

④通過實驗片墻裂縫分布和位移數(shù)據(jù)可以看出，在9.5kN時加氣塊墻體中部位移達到最大（墻體斷裂時），而條板片墻還未達到最大位移值，說明條板片墻作為填充墻時比砌筑片墻的物理性能更優(yōu)越。

⑤條板片墻可以實現(xiàn)工廠化生產(chǎn)，在工程現(xiàn)場與框架梁進行裝配式拼接，免去傳統(tǒng)砌筑、砂漿等復雜工序，從而優(yōu)化施工、節(jié)約工期、降低施工成本。

4 結語

通過試驗和對比實驗表明，條板片墻的破壞荷載與砌筑片墻的破壞荷載基本相同，裂縫分布和發(fā)展與等荷加載所致差異甚微。從墻面的位移量對比看來，條板片墻的位移量小于砌筑片墻的位移量。從墻體本身的破壞程度來看，砌筑片墻墻體過早斷裂，而條板片墻仍可承載，故條板片墻優(yōu)于砌筑片墻，符合《建筑用輕質(zhì)隔墻條板》（GB/T23451-2009）和《裝配式建筑用輕質(zhì)隔墻板》（T/CBMF86-2020）標準的規(guī)定，并適用于工業(yè)民用建筑層高4.5m以下和替代傳統(tǒng)砌體墻厚度100㎜～250㎜的非承重墻體。