Un'analisi comparativa della capacità portante di compressione in muri di mattoni di cemento riciclato e muri compositi che incorporano blocchi di cenere di carbone
Di fronte al problema dello smaltimento dei rifiuti nella demolizione delle strutture in cemento, è stato proposto un muro composito composto da mattoni di cemento riciclato e blocchi di cenere volante, e sulla base della precedente ricerca sulle prestazioni termiche, le sue prestazioni di compressione assiale sono state ulteriormente studiate. Sono stati progettati e costruiti quattro tipi di muri: (1) muratura in mattoni di argilla (CBM), (2) muratura in mattoni di cemento riciclato (RBM), (3) muratura bilaterale in mattoni di argilla con parete isolante sandwich in blocchi di cenere di carbone (CFCM), e (4) muratura bilaterale in mattoni di cemento riciclato con parete isolante sandwich in blocchi di cenere di carbone (RFRM). I risultati dei test hanno mostrato che la muratura in mattoni di cemento riciclato presentava una capacità portante maggiore rispetto alla muratura in mattoni di argilla. Il carico finale di RBM era 15% superiore a quello del CBM. Inoltre, il carico finale del CFCM era 21% superiore a quello del CBM. A seguito dell'aggiunta di blocchi sandwich di cenere di carbone in RBM, il suo carico ultimo è aumentato di oltre 42% rispetto a quello del CBM. Segue l'aggiunta di sandwich di blocchi di cenere di carbone nelle murature sia in mattoni di argilla che in cemento riciclato, sia la capacità portante che la deformazione hanno mostrato un miglioramento, il loro carico di snervamento e la loro resistenza a compressione aumentarono. Così, si potrebbe concludere che i blocchi di cenere di carbone ne hanno migliorato la capacità portante. Basato sull'analisi delle prove di compressione assiale, è stato sviluppato un modello computazionale teorico e un'espressione computazionale per spiegare la capacità portante di compressione di un mattone a due facce con una parete isolante sandwich con blocchi di cenere di carbone. Confronti tra i carichi ultimi di prova (FT) e i carichi ultimi stimati (FE) ha confermato l'accuratezza del modello di calcolo teorico della capacità portante a compressione. Così, i modelli computazionali teorici sono altamente raccomandati per la progettazione di mattoni a due facce con pareti isolanti costruite con blocchi di cenere di carbone inseriti insieme. Questo studio fornisce una base teorica per l'applicazione ingegneristica di muri di mattoni in cemento riciclato e muri compositi di blocchi di cenere volante.
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Introduzione
Con i continui miglioramenti significativi nelle condizioni di vita delle persone, Anche in Cina l’urbanizzazione e le nuove costruzioni rurali si stanno gradualmente espandendo1. Inoltre, la ricerca sui nuovi materiali da costruzione e sulle forme strutturali è in aumento2,3. Khatib et al.4 hanno studiato le prestazioni di travi in cemento armato contenenti fibre di paglia di plastica di scarto sottoposte a test di flessione su tre punti. Alcuni studiosi hanno discusso la riapplicazione delle ceneri pesanti derivanti dall'incenerimento dei rifiuti solidi urbani nelle travi di cemento armato5. Alcuni studiosi hanno studiato il metodo di utilizzo della sabbia di vetro di scarto per sostituire parzialmente gli aggregati fini per produrre a basso costo, calcestruzzo ad alta resistenza6. È stato dimostrato che la produzione di materiali per pareti tradizionali consuma quantità significative di energia e contamina l’ambiente7. Ciò ha motivato lo sviluppo di nuovi tipi di materiali per pareti utilizzando materiali riciclati o nuove forme di strutture8,9. Le considerevoli quantità di rifiuti da costruzione e demolizione prodotti durante l’urbanizzazione e le nuove costruzioni rurali hanno comportato una notevole pressione sull’ambiente10,11. Mattoni di argilla, che sono considerati materiali da costruzione dannosi per l’ambiente, da allora sono stati regolati in termini di produzione secondo il piano statale in Cina 200512. Mattoni di cemento riciclato, che vengono prodotti principalmente adottando aggregati grossolani provenienti da rifiuti edili, nonché aggregati fini e cemento, che può sostituire i mattoni di argilla, vengono promossi. Questa strategia può ridurre significativamente la quantità di rifiuti nelle discariche13,14. È stato dimostrato che i mattoni di cemento riciclato possono essere utilizzati negli edifici bassi nelle zone rurali della Cina15,16. Inoltre, i blocchi di cenere di carbone possono essere convenientemente utilizzati anche per la costruzione, poiché facilitano un uso efficiente e offrono il vantaggio di prestazioni elevate in condizioni di bassa densità apparente e isolamento17. Di conseguenza, come materiale di riempimento a basso costo, i blocchi di cenere di carbone sono stati ampiamente utilizzati nei muri di riempimento di strutture in muratura a più piani e in cemento armato18. In Cina, la produzione di energia elettrica a carbone produce molte ceneri volanti, che non solo inquina l’ambiente, ma occupa anche terreno quando è ammucchiato. Il blocco di cenere volante realizzato con ceneri volanti di scarto presenta i vantaggi della leggerezza, buona conservazione del calore e così via. È un materiale da parete ideale19,20,21,22.
È la misura fondamentale per ridurre il consumo energetico degli edifici residenziali per migliorare l'efficienza energetica del riscaldamento e del condizionamento dell'aria migliorando le prestazioni termiche dell'involucro edilizio. Anche il riutilizzo dei materiali riciclabili è un mezzo importante per raggiungere l’obiettivo del risparmio energetico. Nelle zone rurali della Cina, In passato la ricerca sismica e la ricerca sul risparmio energetico degli edifici venivano per lo più condotte separatamente, e molte case sono state ristrutturate per il risparmio energetico dopo il completamento, con conseguente spreco di risorse e scarsa integrità. Con il rapido sviluppo dell'edilizia rurale, è urgente sviluppare nuovi low-cost, struttura residenziale integrata antisismica, ecologica e a risparmio energetico23,24.
Per risolvere questi problemi, l'autore propone i mattoni bilaterali con forma strutturale di isolamento sandwich realizzati con blocchi di cenere di carbone. Le prestazioni termiche della nuova struttura sono state studiate e analizzate25. Tuttavia, la prestazione di compressione dei mattoni bilaterali con una parete isolante sandwich costruita utilizzando blocchi di cenere di carbone richiede un'ulteriore convalida. Perciò, in questo articolo vengono studiate le prestazioni della forza assiale della nuova struttura.
Prove di proprietà a compressione assiale
Progettazione e realizzazione di esemplari
Sia la progettazione che la costruzione dei provini si sono basate sui metodi standard per le prove meccaniche di base della muratura (Standard nazionale di GB/T 50129-2011)26. Perciò, quattro tipi di provini della stessa dimensione sono stati adattati per le prove con larghezza e lunghezza di 370 e 720 mm, rispettivamente. Lo strato di rete metallica di acciaio concreto con uno spessore di 30 mm è stato impostato sia nella parte superiore che inferiore di ciascun provino per evitare danni da compressione locale. Generalmente, lo spessore e le forme strutturali dei quattro tipi erano: (1) muratura in mattoni di argilla (CBM) con uno spessore di 240 mm; (2) muratura in mattoni di cemento riciclato (RBM) con uno spessore di 240 mm; (3) Sandwich in blocchi di cenere di carbone dello spessore di mm 120 mm con ciascun mattone in argilla bilaterale (CFCM) misurazione 115 mm di spessore; e (4) Sandwich in blocchi di cenere di carbone dello spessore di mm 120 mm con ciascun mattone bilaterale di cemento riciclato (RFRM) misurazione 115 mm di spessore (Fico. 1). Ulteriore, malta per muratura dello spessore di mm 10 mm è stato stabilito sia per CFCM che per RFRM. Inoltre, a ogni 240 mm lungo la direzione dell'altezza. Inoltre, quattro esemplari di ciascuna tipologia sono stati costruiti su terreno pianeggiante utilizzando malta da muratura, blocchi di cenere di carbone, e strato di rete metallica di acciaio per calcestruzzo con resistenze a compressione progettate di 7.5 MPa (M7.5), 2.5 MPa (MU2.5), e 40 MPa (C40), rispettivamente. Il processo di costruzione dei campioni è stato (Fico. 2) come segue. Primo, 30 Sono stati posizionati strati di rete metallica di spessore mm di acciaio cementizio e lasciati indurire. Successivamente, tutti i provini murari sono stati realizzati utilizzando lo stesso muratore e 30 Nella parte superiore di ciascun provino sono stati posizionati strati di rete metallica di acciaio per calcestruzzo spessi mm. Finalmente, le prove di compressione sono state condotte successivamente 28 giorni.
