徐春一，商陽(yáng)，高連玉

（1.沈陽(yáng)建筑大學(xué) 土木工程學(xué)院，遼寧 沈陽(yáng)　110168；2.清華大學(xué) 土木水利學(xué)院，北京　100084；3.中國(guó)建筑東北設(shè)計(jì)研究院，遼寧 沈陽(yáng)　110003）

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蒸壓硅酸鹽企口小型空心砌塊抗剪性能研究

徐春一1，2，商陽(yáng)1，高連玉3

（1.沈陽(yáng)建筑大學(xué) 土木工程學(xué)院，遼寧 沈陽(yáng)110168；2.清華大學(xué) 土木水利學(xué)院，北京100084；3.中國(guó)建筑東北設(shè)計(jì)研究院，遼寧 沈陽(yáng)110003）

摘要：將由6塊蒸壓硅酸鹽企口小型砌塊組成的雙剪試件，按照GB/T 50129—2011《砌體基本力學(xué)性能試驗(yàn)方法》進(jìn)行沿通縫抗剪試驗(yàn)，并與燒結(jié)黏土磚砌體、蒸壓粉煤灰磚砌體及混凝土砌塊砌體的抗剪性能進(jìn)行對(duì)比。結(jié)果表明，由于砌塊孔洞的存在使得粘漿面積相對(duì)實(shí)心磚較小，所以抗剪強(qiáng)度實(shí)測(cè)平均值低于燒結(jié)黏土磚和蒸壓粉煤灰磚砌體的實(shí)測(cè)平均值。但蒸壓硅酸鹽企口小型砌塊砌體的抗剪強(qiáng)度實(shí)測(cè)計(jì)算標(biāo)準(zhǔn)值和設(shè)計(jì)值高于混凝土砌塊砌體和蒸壓粉煤灰磚砌體規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)值和設(shè)計(jì)值取值。將試驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行了回歸，提出蒸壓硅酸鹽企口小型砌塊抗剪強(qiáng)度平均值計(jì)算公式。

關(guān)鍵詞：蒸壓硅酸鹽企口小型砌塊；砌體結(jié)構(gòu)；通縫抗剪；抗剪強(qiáng)度；標(biāo)準(zhǔn)值

近年來(lái)，隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)快速發(fā)展，建材產(chǎn)業(yè)呈快速發(fā)展勢(shì)頭，建筑產(chǎn)業(yè)逐漸向綠色建筑，節(jié)能建筑方向發(fā)展，建筑材料注重工業(yè)廢渣再利用，能源再利用技術(shù)。建筑空心砌塊作為節(jié)能環(huán)保建材工業(yè)發(fā)展的重要部分，它具有良好的結(jié)構(gòu)性能、節(jié)能特征，同時(shí)建筑砌塊具有多樣性，可應(yīng)用于各種建筑體系之中。

蒸壓硅酸鹽小型砌塊以硅質(zhì)材料（建筑垃圾、尾礦、粉煤灰和砂等）和鈣質(zhì)材料（水泥、石灰等）為主要原料，摻加外加劑和含硅集料，經(jīng)加水?dāng)嚢?、坯料制備、加壓排氣、壓制成型、高壓飽和蒸汽養(yǎng)護(hù)而成，具有榫、槽企口結(jié)構(gòu)，本文通過(guò)6個(gè)蒸壓硅酸鹽企口小型砌塊砌筑的抗剪試件，提出了蒸壓硅酸鹽企口小型砌塊抗剪強(qiáng)度的建議公式，為指導(dǎo)其工程應(yīng)用具有現(xiàn)實(shí)意義。

1　試　驗(yàn)

1.1蒸壓硅酸鹽企口小型砌塊

試驗(yàn)用蒸壓硅酸鹽企口小型空心砌塊由北京圣華同安新型建材技術(shù)有限公司生產(chǎn)，尺寸為397mm×197mm×122mm，其塊型合理、自重較輕、便于施工并有利于施工質(zhì)量的保證。這種磚最大的特點(diǎn)是利用傳統(tǒng)的“榫卯”結(jié)構(gòu)方式，使磚體間產(chǎn)生約束力，增強(qiáng)結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性，蒸壓硅酸鹽企口小型空心砌塊摻有一定量的工業(yè)廢渣，有利于墻材革新及節(jié)能減排。該砌塊是嚴(yán)格按照蒸壓硅酸鹽制品的生產(chǎn)方式制作的，采用高噸位且能夠多次排氣的壓磚機(jī)可將坯體內(nèi)的空氣排除干凈，確保了磚的質(zhì)地密實(shí)，提高了耐久性；由于采用高壓釜進(jìn)行高溫、高壓養(yǎng)護(hù)，使得硅鈣水化反應(yīng)比較徹底，水化生成物的膠晶比得到了良好配置，該砌塊強(qiáng)度高、尺寸精確且耐久性強(qiáng)，可以用作多層砌體結(jié)構(gòu)的承重墻及各類(lèi)建筑的填充墻，該砌塊的構(gòu)造如圖1所示。

圖1　蒸壓硅酸鹽企口小型空心砌塊外形構(gòu)造示意

1.2試件制作及加載方法

砌體的抗剪強(qiáng)度指標(biāo)是進(jìn)行砌體抗震驗(yàn)算的基礎(chǔ)，砌體抗剪試驗(yàn)一般按受剪面可分為沿齒縫截面和沿通縫截面2大類(lèi)，本文對(duì)于豎向灰縫的粘結(jié)強(qiáng)度可以不予以考慮，只考慮對(duì)沿通縫截面的抗剪強(qiáng)度進(jìn)行試驗(yàn)研究。

雙剪和單剪是測(cè)試砌體沿通縫抗剪試驗(yàn)的2種方法［1］：當(dāng)試件發(fā)生雙剪時(shí)，由于受剪面充分發(fā)揮作用使得試驗(yàn)結(jié)果的離散性相對(duì)較小，但一般2個(gè)受剪面不會(huì)同時(shí)發(fā)生破壞。當(dāng)試件發(fā)生單剪時(shí)，試驗(yàn)結(jié)果離散性較大，會(huì)對(duì)試驗(yàn)結(jié)果的研究產(chǎn)生一定的影響，為此應(yīng)盡量減小試驗(yàn)的離散性。按照GB/T 50129—2011《砌體基本力學(xué)性能試驗(yàn)方法》進(jìn)行試驗(yàn)，試驗(yàn)采用MU15強(qiáng)度等級(jí)的蒸壓硅酸鹽企口小型空心砌塊，用強(qiáng)度等級(jí)為Ms10的專(zhuān)用砂漿砌筑6個(gè)抗剪試件，并與相同強(qiáng)度等級(jí)的6個(gè)燒結(jié)黏土磚砌體、6個(gè)蒸壓粉煤灰磚砌體試件進(jìn)行對(duì)比。試件的砌筑都由同1名技術(shù)熟練的瓦工進(jìn)行砌筑，砂漿取自同一盤(pán)。砌筑時(shí)控制灰縫厚度為5mm，試件剪切面尺寸為600mm×397mm。試件砌筑完畢后，立即在試件的頂部平壓2塊蒸壓硅酸鹽企口小型空心砌塊。待養(yǎng)護(hù)期后，將試件立放，以便對(duì)試件承壓面和加荷面采用1∶3的水泥砂漿找平，其厚度為10mm，試驗(yàn)加載如圖2所示。

圖2　蒸壓硅酸鹽企口小型砌塊沿通縫抗剪試驗(yàn)加載示意

1.3試驗(yàn)過(guò)程及試件破壞特征

試驗(yàn)采用加載架、20 t的千斤頂、傳感器、手動(dòng)油泵等組成的加載系統(tǒng)。試驗(yàn)開(kāi)始時(shí)，將試件立放在加載架下面，在試件底部的2個(gè)承壓面放600mm×200mm×10mm的鋼板，并且試件上部加荷面也墊1個(gè)同樣型號(hào)的鋼板，在鋼板上墊1層細(xì)砂，以避免出現(xiàn)應(yīng)力集中現(xiàn)象，上下鋼板應(yīng)相互平行并垂直于受剪面的灰縫，試件橫向和豎向中心線(xiàn)與加載設(shè)備的橫向和豎向中心線(xiàn)重合。一切準(zhǔn)備就緒，采用均勻連續(xù)加載，加荷速度控制在使試件在1～3min內(nèi)破壞進(jìn)行，以避免發(fā)生沖擊荷載［2］。一旦試件發(fā)生破壞，立即將試件破壞荷載值和試件破壞特征記錄下來(lái)［3］。

抗剪試件從加載至破壞沒(méi)有明顯的預(yù)兆，破壞呈明顯的脆性特征［4］，在加載初期，試件表觀(guān)上沒(méi)有出現(xiàn)任何變化，在加載中期會(huì)出現(xiàn)很輕微吱吱的響聲，這是砂漿和磚在受力時(shí)相互作用產(chǎn)生的，隨著對(duì)試件持續(xù)加載，試件突然在受剪面處發(fā)生破壞。少數(shù)試件2個(gè)受剪面都發(fā)生破壞，多數(shù)試件只從1個(gè)受剪面發(fā)生破壞。砌體試件的破壞發(fā)生在砂漿層與塊體的粘結(jié)面，其破壞面多數(shù)較為平整，磚表面部分榫卯結(jié)構(gòu)被剪斷，少數(shù)試件底角處出現(xiàn)小部分破壞［5-6］，試件破壞形態(tài)如圖3所示。

2　試驗(yàn)結(jié)果與分析

單個(gè)砌體試件抗剪強(qiáng)度按式（1）計(jì)算：

式中：fv，i——砌體試件沿通縫截面的抗剪強(qiáng)度，MPa；

Nv——砌體試件的破壞荷載，N；

A——砌體試件的1個(gè)受剪面的面積，mm2。

并用以下公式進(jìn)行數(shù)據(jù)處理計(jì)算：

圖3　試件破壞特征

式中：f——試件抗剪強(qiáng)度平均值，MPa；

fi——試件抗剪強(qiáng)度實(shí)測(cè)值，MPa；

fk——試件抗剪強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值，MPa；

S——試件抗剪強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)差；

n——試件個(gè)數(shù)；

δ——變異系數(shù)。

蒸壓硅酸鹽企口小型砌體強(qiáng)度設(shè)計(jì)值按式（6）計(jì)算：

式中：γf——砌體結(jié)構(gòu)材料分項(xiàng)系數(shù)，按照GB 50003—2011《砌體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范》施工質(zhì)量控制等級(jí)為B級(jí)時(shí)取為1.6。

蒸壓硅酸鹽企口小型砌塊砌體試件沿通縫抗剪試驗(yàn)結(jié)果和數(shù)理統(tǒng)計(jì)結(jié)果分別見(jiàn)表1和表2。

表1　蒸壓硅酸鹽企口小型砌塊砌體試件沿通縫抗剪試驗(yàn)結(jié)果

表2　蒸壓硅酸鹽企口小型砌塊砌體試件沿通縫抗剪強(qiáng)度數(shù)理統(tǒng)計(jì)結(jié)果

注：f2為砂漿抗壓強(qiáng)度平均值；fv，m為試驗(yàn)實(shí)測(cè)抗剪強(qiáng)度平均值；fv為試驗(yàn)實(shí)測(cè)抗剪強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值；fv，k為試驗(yàn)實(shí)測(cè)抗剪強(qiáng)度設(shè)計(jì)值；fvm，m為GB 50003—2011抗剪強(qiáng)度平均值；fvm為GB 50003—2011抗剪強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值；fvm，k為GB 50003—2011抗剪強(qiáng)度設(shè)計(jì)值。

從表1、表2可以看出，蒸壓硅酸鹽企口小型砌塊抗剪強(qiáng)度的離散性較燒結(jié)黏土磚小，較蒸壓粉煤灰磚大；由于空心砌塊孔洞的存在使得粘漿面積相對(duì)實(shí)心磚小，所以抗剪強(qiáng)度平均值低于蒸壓粉煤灰磚，且試驗(yàn)實(shí)測(cè)抗剪強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值和設(shè)計(jì)值高于混凝土砌塊砌體和蒸壓粉煤灰磚砌體的規(guī)范取值，低于燒結(jié)黏土磚的規(guī)范取值。建議蒸壓硅酸鹽企口小型空心砌塊抗剪強(qiáng)度系數(shù)不采用GB 50003—2011中給出的幾種磚型系數(shù)。由于抗剪試件在剪切面一共有18個(gè)榫卯結(jié)構(gòu)，在破壞時(shí)剪切面上有少部分榫卯結(jié)構(gòu)發(fā)生破壞，這說(shuō)明榫卯結(jié)構(gòu)在抵抗砌體發(fā)生剪切破壞時(shí)發(fā)揮重要的作用。從而使蒸壓硅酸鹽企口小型砌塊對(duì)砂漿的約束更大，提高抗剪強(qiáng)度。

3　影響抗剪強(qiáng)度的因素

3.1砌筑質(zhì)量的影響

砌筑時(shí)砂漿的飽滿(mǎn)度和塊體在砌筑時(shí)含水率都會(huì)對(duì)抗剪強(qiáng)度產(chǎn)生影響［7］。灰縫的飽滿(mǎn)度直接影響受剪面積大小，進(jìn)而影響試件的抗剪強(qiáng)度。試件在砌筑時(shí)使用的是自然狀態(tài)下的干磚，沒(méi)有進(jìn)行澆水濕潤(rùn)。對(duì)試件經(jīng)過(guò)檢查后，得出本試驗(yàn)豎向灰縫的砂漿飽滿(mǎn)度大于60%，水平灰縫的砂漿飽滿(mǎn)度大于90%，砌筑質(zhì)量符合要求［8］。

3.2榫卯結(jié)構(gòu)的影響

對(duì)于蒸壓硅酸鹽企口小型空心砌塊，由于砌塊上的榫卯結(jié)構(gòu)的作用，使得砌塊與砌塊之間接觸更加緊密，提高砌體的穩(wěn)定性，砌體之間的約束更強(qiáng)。在一定程度上阻止了砌塊之間的相互錯(cuò)動(dòng)，從而提高了試件的抗剪強(qiáng)度。

4　抗剪強(qiáng)度建議公式

式中：k5——與塊體類(lèi)別有關(guān)的參數(shù)；

f2——砂漿的抗壓強(qiáng)度平均值，MPa。

GB 50003—2011給出燒結(jié)黏土磚、蒸壓粉煤灰普通磚、混凝土砌塊的k5值分別為0.125、0.09、0.069。但沒(méi)有給出蒸壓硅酸鹽企口小型空心砌塊的k5值。如果按混凝土砌塊和蒸壓粉煤灰普通磚來(lái)計(jì)算蒸壓硅酸鹽企口小型空心砌塊的抗剪強(qiáng)度，安全儲(chǔ)備較大，造成材料浪費(fèi)。通過(guò)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行回歸分析，得到其建議值取k5=0.103，將其帶回公式就得到蒸壓硅酸鹽企口小型空心砌塊砌體的抗剪強(qiáng)度平均值公式：

GB 50003—2011規(guī)定砌體抗剪強(qiáng)度平均值公式：

代入試驗(yàn)砂漿強(qiáng)度，按式（8）計(jì)算抗剪強(qiáng)度平均值為0.33 MPa，低于實(shí)測(cè)抗剪強(qiáng)度平均值0.34MPa。因此可知式（8）更符合實(shí)測(cè)值且形式簡(jiǎn)單，避免浪費(fèi)材料，并且有一定的安全儲(chǔ)備［9-10］。可為編制CECS《蒸壓硅酸鹽企口小型空心砌塊應(yīng)用技術(shù)規(guī)程》提供參考依據(jù)。

5　結(jié)　論

（1）通過(guò)蒸壓硅酸鹽企口小型空心砌塊的抗剪試驗(yàn)結(jié)果可知，由于砌塊孔洞的存在使得粘漿面積相對(duì)實(shí)心磚小，所以實(shí)測(cè)抗剪強(qiáng)度平均值低于蒸壓粉煤灰磚砌體的實(shí)測(cè)值。但蒸壓硅酸鹽企口小型砌塊砌體實(shí)測(cè)抗剪強(qiáng)度計(jì)算標(biāo)準(zhǔn)值和設(shè)計(jì)值高于混凝土砌塊砌體和蒸壓粉煤灰磚砌體規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)值和設(shè)計(jì)值。

（2）從抗剪試驗(yàn)現(xiàn)象中可以看出，蒸壓硅酸鹽企口小型空心砌塊上的榫卯結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)能夠使砂漿和磚的約束力更強(qiáng)，增強(qiáng)砌體的穩(wěn)定性，進(jìn)而對(duì)提高砌體結(jié)構(gòu)的抗剪強(qiáng)度發(fā)揮重要的作用。

（3）本文提出的蒸壓硅酸鹽企口小型空心砌塊抗剪強(qiáng)度平均值公式更符合實(shí)測(cè)值且形式簡(jiǎn)單，可避免浪費(fèi)材料，并且有一定的安全儲(chǔ)備?？蔀榫幹艭ECS《蒸壓硅酸鹽企口小型空心砌塊應(yīng)用技術(shù)規(guī)程》提供參考依據(jù)。

參考文獻(xiàn)：

［1］GB 50003—2011，砌體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范［S］.

［2］GB/T 50129—2011，砌體基本力學(xué)性能試驗(yàn)方法標(biāo)準(zhǔn)［S］.

［3］劉明.土木工程結(jié)構(gòu)試驗(yàn)與檢測(cè)［M］.北京：高等教育出版社，2008.

［4］楊偉軍，禹慧，田俊杰，等.混凝土空心磚砌體抗剪強(qiáng)度試驗(yàn)研究［J］.長(zhǎng)沙交通學(xué)院學(xué)報(bào)，2004（3）：43-47.

［5］趙成文，代俊杰，高連玉，等.工業(yè)廢渣混凝土多孔磚砌體抗震性能試驗(yàn)研究［J］.沈陽(yáng)建筑大學(xué)學(xué)報(bào)：自然科學(xué)版，2008，24（4）：553-556.

［6］Bryan D E，Mervyn J K.Compressive behavior of unconfined and confined clay brick masonry［J］.Journal of Structural Engineering，2004，130：650-661.

［7］郝彤，劉立新，王仁義.再生混凝土多孔磚砌體抗剪試驗(yàn)研究［J］.新型建筑材料，2006（7）：51-53.

［8］劉明，楊明煒，劉艷艷，等.礦渣混凝土實(shí)心磚砌體抗剪強(qiáng)度計(jì)算指標(biāo)的試驗(yàn)研究［J］.沈陽(yáng)建筑大學(xué)學(xué)報(bào)：自然科學(xué)版，2008（3）：385-388.

［9］徐春一，劉明，李強(qiáng).專(zhuān)用砂漿對(duì)磚砌體抗剪強(qiáng)度的影響［J］.沈陽(yáng)工業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào)，2012，35（2）：236-240.

［10］胡尚，黃榜彪，朱基珍，等.混凝土多排孔磚砌體抗剪性能試驗(yàn)研究［J］.新型建筑材料，2011（6）：28-30.

遼寧省教育廳科學(xué)研究一般項(xiàng)目（L2013231）

中圖分類(lèi)號(hào)：TU522.3

文章標(biāo)識(shí)碼：A

文章編號(hào)：1001-702X（2016）05-0026-04

基金項(xiàng)目：國(guó)家自然科學(xué)基金項(xiàng)目（51408373）；

收稿日期：2015-12-02

作者簡(jiǎn)介：徐春一，女，1983年生，遼寧鐵嶺人，博士，副教授，主要從事新型混凝土結(jié)構(gòu)研究。

Experimen tal study on the shear resistance of the sm all b lock of steam pressure silicate

XU Chunyi1，2，SHANG Yang1，GAO Lianyu3
（1.School of Civil Engineering，Shenyang Jianzhu University，Shenyang 110168，China；2.Department of Civil Engineering，Tsinghua University，Beijing 100084，China；3.Chinese Northeast Architectural Design Institute Co.Ltd.，Shenyang 110003，China）

Abstract：A double shear test was carried out with 6 bricks in accordance with the Requirements of the Basic Mechanical Properties of Masonry（GB/T 50129—2011）for the shear test along the seam，then compared with the shear properties of sintered clay brick masonry，steam pressure fly ash brick masonry and concrete block masonry.Result：because of the existence of the block，the clay brick is relatively small，so the average value of shear strength is lower than that of sintered clay brick and steam pressure fly ash brick masonry.The actual measured standard value and design value of the shear strength of the small block are higher than that of the concrete block masonry and steam pressure fly ash brick masonry.The test data were carried out，and put forward the formula for calculating the average value of shear strength on the small block of steam pressure silicate.

Key words：the small block of steam pressure silicate，the masonry structure，shear test along the seam，the shear strength，the standard value