某兩端開(kāi)口式新型保溫承重砌塊砌體抗剪性能試驗(yàn)研究

王劍 ，溫佳斌 ，孫莉 ，章廣明 ，孫偉民 ，何可

（1.江蘇農(nóng)林職業(yè)技術(shù)學(xué)院，江蘇 句容 212400；2.南京工業(yè)大學(xué) 土木工程學(xué)院，江蘇 南京 210009）

砌體的抗剪強(qiáng)度對(duì)于砌體結(jié)構(gòu)來(lái)說(shuō)非常重要[1-4]，通過(guò)對(duì)某兩端開(kāi)口式新型保溫承重砌塊（以下簡(jiǎn)稱新型保溫砌塊）砌體試件的抗剪試驗(yàn)，分析了薄層砂漿和銷鍵以及外墻砌塊的外保溫層對(duì)該新型保溫砌塊砌體抗剪強(qiáng)度的影響，從而為該新型保溫砌塊在實(shí)際工程中的推廣應(yīng)用及相關(guān)規(guī)程的制定提供一定的參考依據(jù)。

1 試驗(yàn)

1.1 原材料

（1）新型保溫砌塊：蘇州世好建材新技術(shù)工程有限公司生產(chǎn)。內(nèi)墻主砌塊尺寸為400 mm×190 mm×200 mm，輔助砌塊尺寸為197 mm×190 mm×200 mm，壁厚a=35 mm；內(nèi)墻主砌塊的抗壓強(qiáng)度平均值為6.74 MPa。該砌塊與普通混凝土小型空心砌塊相比，最大特點(diǎn)是增加了4個(gè)銷鍵。銷鍵的高度為10 mm，內(nèi)徑為20 mm，外徑為40 mm，與砌塊整體制作；砌塊底部對(duì)應(yīng)位置有直徑40 mm的圓孔，砌塊砌筑時(shí)能實(shí)現(xiàn)對(duì)孔砌筑，而且該圓孔上下貫通，提高了砌塊的保溫性能。外墻主砌塊尺寸為400 mm×260 mm×200 mm，輔助砌塊尺寸為197 mm×260 mm×200 mm；外墻主砌塊由190 mm厚承重部分和c=70 mm厚外保溫層2部分組成，承重部分尺寸為400 mm×190 mm×200 mm；抗壓強(qiáng)度平均值為8.28 MPa；槽孔b內(nèi)插入填充保溫材料，起隔聲、隔熱作用。內(nèi)、外墻主砌塊的肋、壁、孔型尺寸見(jiàn)圖1。

（2）薄層砂漿：外購(gòu)，根據(jù)GB/T 50129—2011《砌體基本力學(xué)性能試驗(yàn)方法標(biāo)準(zhǔn)》和JGJ/T70—2009《建筑砂漿基本性能試驗(yàn)方法標(biāo)準(zhǔn)》，測(cè)得薄層砂漿的抗壓強(qiáng)度平均值為16.14 MPa。

圖1 內(nèi)、外墻主砌塊的肋、壁、孔型尺寸

（3）普通砂漿：自配，根據(jù) GB/T 50129—2011和 JGJ/T 70—2009，測(cè)得普通砂漿的抗壓強(qiáng)度平均值為7.73 MPa。

1.2 試件設(shè)計(jì)與試驗(yàn)方法

根據(jù)GB/T 50129—2011規(guī)定，共制作了8組72個(gè)砌體試件，其中薄層砂漿的灰縫厚度為4 mm，普通砂漿的灰縫厚度為8 mm。砌體試件的種類及尺寸見(jiàn)表1。

表1 砌體試件的種類及尺寸

砌體試件由3皮砌塊砌筑而成，每皮由主砌塊和輔助砌塊交錯(cuò)砌筑。試驗(yàn)前對(duì)每個(gè)砌體試件的受剪承壓面用10 mm厚的普通砂漿抹面找平。試驗(yàn)采用雙剪試驗(yàn)方法，水平剪切[5-8]。加載裝置由地錨、鋼板、壓力傳感器和千斤頂組成。砌體試件的結(jié)構(gòu)及加載方式如圖2所示。

圖2 砌體試件的結(jié)構(gòu)及加載方式

2 試驗(yàn)結(jié)果與分析

2.1 破壞現(xiàn)象

2.1.1 內(nèi)墻薄層砂漿試件

加載初期試件無(wú)明顯變化，當(dāng)加載到預(yù)估破壞荷載的80%左右時(shí)，砂漿層開(kāi)始出現(xiàn)微小的裂縫。當(dāng)加載到預(yù)估破壞荷載的90%左右時(shí)，初始裂縫延伸變寬，砂漿開(kāi)裂。繼續(xù)加載，隨著“砰”的一聲，試件很快被剪斷。內(nèi)墻薄層砂漿試件的破壞形態(tài)見(jiàn)圖3。

圖3（a）為加載過(guò)程中出現(xiàn)的比較常見(jiàn)的單剪現(xiàn)象，該破壞形態(tài)在本試驗(yàn)中出現(xiàn)次數(shù)較多。圖3（b）為加載過(guò)程中出現(xiàn)的雙剪現(xiàn)象，雙剪破環(huán)的抗剪強(qiáng)度大于單剪破壞的抗剪強(qiáng)度。圖3（c）為加載過(guò)程中出現(xiàn)中部砌塊受壓破壞、導(dǎo)致試件失去承載能力的現(xiàn)象。這種現(xiàn)象出現(xiàn)的原因是本試驗(yàn)采用特配的薄層砂漿，該砂漿的強(qiáng)度較高，在受到荷載作用時(shí)，圓孔內(nèi)形成的砂漿鍵會(huì)對(duì)孔壁形成應(yīng)力集中，最終導(dǎo)致砌塊破壞。圖3（d）為加載完后發(fā)現(xiàn)砌塊銷鍵被全部剪斷的現(xiàn)象。

圖3 內(nèi)墻薄層砂漿試件的破壞形態(tài)

2.1.2 外墻薄層砂漿試件

當(dāng)加載到預(yù)估破壞荷載的80%左右時(shí)，砂漿層開(kāi)始出現(xiàn)微小的裂縫，試件側(cè)面外保溫層與承重部分交界處出現(xiàn)細(xì)微裂縫；當(dāng)加載到預(yù)估破壞荷載的90%左右時(shí)，砂漿層的裂縫延伸變寬，試件側(cè)面的初始裂縫繼續(xù)向上發(fā)展。繼續(xù)加載，隨著“砰”的一聲，砂漿層很快完全裂開(kāi)，銷鍵和砌體試件被剪斷。外墻薄層砂漿試件的破壞形態(tài)見(jiàn)圖4。

圖4（a）為加載過(guò)程中比較常見(jiàn)的單剪現(xiàn)象，試件的上層銷鍵被剪斷。圖4（b）為試件的下層銷鍵被剪斷現(xiàn)象。圖4（c）為加載完后發(fā)現(xiàn)外墻試件的銷鍵被全部剪斷的現(xiàn)象。圖4（d）為加載結(jié)束后，試件被剪斷，同時(shí)外墻砌塊的外保溫層部分發(fā)生脫落的現(xiàn)象，發(fā)生這種現(xiàn)象的原因可能是在試驗(yàn)中外保溫層的橫肋部分被擠壓，局部應(yīng)力過(guò)大，最終導(dǎo)致破壞，但這種情況只出現(xiàn)了1次。

圖4 外墻薄層砂漿試件的破壞形態(tài)

2.1.3 內(nèi)墻普通砂漿試件

內(nèi)墻普通砂漿試件的破壞形態(tài)與內(nèi)墻薄層砂漿試件的破壞形態(tài)基本相同，但內(nèi)墻普通砂漿試件的破壞明顯比內(nèi)墻薄層砂漿試件要早。內(nèi)墻普通砂漿試件的破壞形態(tài)見(jiàn)圖5。

圖5（a）為加載過(guò)程中出現(xiàn)的雙剪破壞現(xiàn)象。圖5（b）為試驗(yàn)結(jié)束后，雙剪破壞試件的上下2層銷鍵部分被剪斷。圖5（c）為內(nèi)墻無(wú)銷鍵普通砂漿試件被剪斷后的截面，可以看出砂漿已經(jīng)填入銷鍵的孔洞中，破壞截面很平滑。圖5（d）為試件被剪斷后4個(gè)銷鍵均未被剪斷的現(xiàn)象，這種情況下試件的抗剪強(qiáng)度很低。

圖5 內(nèi)墻普通砂漿試件的破壞形態(tài)

通過(guò)試驗(yàn)，8組新型保溫砌塊砌體試件的破壞形態(tài)與普通混凝土小型空心砌塊砌體的破壞形態(tài)基本相同：破壞前砂漿層已經(jīng)出現(xiàn)裂縫，但砌體試件表面并沒(méi)有明顯的裂縫；破壞呈現(xiàn)出明顯的脆性破壞特征，砂漿開(kāi)裂后隨即銷鍵也被剪斷，最終試件被破壞；試件受剪破壞形式有單面破壞和雙面破壞2種形式。

2.2 試驗(yàn)結(jié)果與分析

按照GB/T 50129—2011計(jì)算砌體試件的抗剪強(qiáng)度，精確至0.001 MPa。砌體試件的平均抗剪強(qiáng)度及破壞特征如表2所示。

表2 新型保溫砌塊砌體試件的平均抗剪強(qiáng)度及破壞特征

由表2可以看出：

（1）單剪破壞現(xiàn)象比雙剪破壞現(xiàn)象出現(xiàn)的次數(shù)多，占試驗(yàn)總數(shù)的79.2%。這是由于在剪切試驗(yàn)中，2層砂漿灰縫所受到的正應(yīng)力其實(shí)是不相等的，上層灰縫所受到的正應(yīng)力約等于下層灰縫的1/2，所以上層灰縫的摩擦力小，下層灰縫的摩擦力大，因此試驗(yàn)時(shí)很容易出現(xiàn)單剪現(xiàn)象。

（2）上部銷鍵被剪斷的次數(shù)比下部銷鍵被剪斷的次數(shù)多，在單剪現(xiàn)象中，上部銷鍵被剪斷次數(shù)為40次，下部銷鍵被剪斷次數(shù)僅為2次，上部銷鍵被剪斷現(xiàn)象占單剪破壞現(xiàn)象的95.2%。根據(jù)剪摩理論，在水平剪切作用下，下層灰縫所受到的正壓力約為上層灰縫的2倍；下層灰縫的摩擦力比上層灰縫大，下層灰縫相對(duì)于上層灰縫不容易被破壞。

（3）外墻薄層砂漿砌體試件的抗剪強(qiáng)度是內(nèi)墻薄層砂漿砌體試件的1.54倍,而外墻薄層砂漿砌體試件的受剪實(shí)體面積是內(nèi)墻薄層砂漿砌體試件的1.43倍，說(shuō)明外墻砌塊的外保溫層有利于提高砌體的抗剪強(qiáng)度。

（4）內(nèi)墻薄層砂漿砌體試件的抗剪強(qiáng)度為內(nèi)墻無(wú)銷鍵薄層砂漿砌體試件的1.17倍；內(nèi)墻普通砂漿砌體試件的抗剪強(qiáng)度為內(nèi)墻無(wú)銷鍵普通砂漿砌體試件的1.22倍，說(shuō)明銷鍵有利于提高新型保溫砌塊的抗剪強(qiáng)度。

（5）由于薄層砂漿是特配的厚度僅為4 mm的高強(qiáng)度砂漿，試驗(yàn)測(cè)得其平均強(qiáng)度為16.14 MPa，而對(duì)比試驗(yàn)中的普通砂漿強(qiáng)度實(shí)測(cè)值為7.73 MPa，考慮到砂漿強(qiáng)度對(duì)砌體抗剪強(qiáng)度的影響很大，根據(jù)GB 50003—2011《砌體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范》中抗剪強(qiáng)度計(jì)算公式，將2個(gè)強(qiáng)度換算相等后進(jìn)行比較，即相當(dāng)于把普通砂漿的抗剪強(qiáng)度提高到與薄層砂漿相等的抗剪強(qiáng)度，然后進(jìn)行比較。內(nèi)墻無(wú)銷鍵薄層砂漿砌體試件的實(shí)測(cè)抗剪強(qiáng)度為0.238 MPa，內(nèi)墻無(wú)銷鍵普通砂漿砌體試件換算后的抗剪強(qiáng)度為0.198 MPa，內(nèi)墻無(wú)銷鍵薄層砂漿砌體試件的抗剪強(qiáng)度為內(nèi)墻無(wú)銷鍵普通砂漿砌體試件的1.20倍，說(shuō)明砂漿層的厚度越小，砌體的抗剪強(qiáng)度越高，薄層砂漿使得砌塊砌體的抗剪強(qiáng)度提高了20.2%。

（6）同樣方法，將內(nèi)墻普通砂漿試件換算成與薄層砂漿同等強(qiáng)度的砂漿后，內(nèi)墻薄層砂漿砌體試件的實(shí)測(cè)抗剪強(qiáng)度為0.279 MPa，內(nèi)墻普通砂漿砌體試件換算后的抗剪強(qiáng)度為0.241 MPa，內(nèi)墻薄層砂漿砌體試件的抗剪強(qiáng)度為內(nèi)墻普通砂漿砌體試件的1.16倍，所以薄層砂漿使得砌塊砌體的抗剪強(qiáng)度提高了15.8%。

（7）內(nèi)墻薄層砂漿砌體試件的實(shí)測(cè)抗剪強(qiáng)度為0.279 MPa，而內(nèi)墻無(wú)銷鍵普通砂漿砌體試件換算后的抗剪強(qiáng)度為0.198 MPa，內(nèi)墻薄層砂漿砌體試件的抗剪強(qiáng)度為內(nèi)墻無(wú)銷鍵普通砂漿砌體試件的1.41倍，在銷鍵和薄層砂漿的共同作用下，新型保溫砌塊砌體的抗剪強(qiáng)度提高了40.9%。

3 結(jié)論

（1）新型保溫砌塊砌體剪切試驗(yàn)的破壞特征與普通砌塊砌體的破壞特征相似，都是脆性破壞，砂漿開(kāi)裂后隨即銷鍵也被剪斷，最終試件被破壞。

（2）外墻薄層砂漿砌體試件的抗剪強(qiáng)度是內(nèi)墻薄層砂漿砌體試件的1.54倍,說(shuō)明外墻砌塊的外保溫層有利于提高砌體的抗剪強(qiáng)度。

（3）內(nèi)墻薄層砂漿砌體試件的抗剪強(qiáng)度為內(nèi)墻無(wú)銷鍵薄層砂漿砌體試件的1.17倍；內(nèi)墻普通砂漿砌體試件的抗剪強(qiáng)度為內(nèi)墻無(wú)銷鍵普通砂漿砌體試件的1.22倍，說(shuō)明銷鍵有利于提高新型保溫砌塊的抗剪強(qiáng)度。

（4）在換算成薄層砂漿的相同條件下，內(nèi)墻無(wú)銷鍵薄層砂漿砌體試件的抗剪強(qiáng)度比內(nèi)墻無(wú)銷鍵普通砂漿砌體試件換算后的抗剪強(qiáng)度提高了20.2%，內(nèi)墻薄層砂漿砌體試件的抗剪強(qiáng)度比內(nèi)墻普通砂漿砌體試件換算后的抗剪強(qiáng)度提高了15.8%，說(shuō)明砂漿層的厚度越小，砌體的抗剪強(qiáng)度越高。

（5）在換算成薄層砂漿的相同條件下，內(nèi)墻薄層砂漿砌體試件的抗剪強(qiáng)度為內(nèi)墻無(wú)銷鍵普通砂漿砌體試件的1.41倍，在銷鍵和薄層砂漿的共同作用下，新型保溫砌塊砌體的抗剪強(qiáng)度提高了40.9%。

[1] 施楚賢.砌體結(jié)構(gòu)[M].武漢：武漢工業(yè)大學(xué)出版社，1992.

[2] 丁帥，孫偉民，郭樟根，等.再生混凝土小型空心砌塊砌體基本力學(xué)性能研究[J].新型建筑材料，2010（4）：38-40.

[3] 趙曉敏，葉燕華，魏威，等.自保溫混凝土砌塊砌體抗壓及抗剪性能試驗(yàn)研究[J].新型建筑材料，2010（11）：25-28.

[4] 鮑方偉.村鎮(zhèn)住宅低成本保溫承重砌塊砌體抗剪性能及基本材料性能試驗(yàn)研究[D].南京：南京工業(yè)大學(xué)，2014.

[5] 葉燕華，張國(guó)菁.承重節(jié)能復(fù)合混凝土砌塊砌體抗壓及抗剪性能的試驗(yàn)研究[J].四川建筑科學(xué)研究，2008（2）：7-10.

[6] 武義馨，劉福勝，趙井輝，等.新型節(jié)能承重砌塊砌體抗剪強(qiáng)度試驗(yàn)研究[J].混凝土與水泥制品，2016（3）：67-70.

[7] 陳蕓，葉燕華.承重節(jié)能復(fù)合混凝土砌塊砌體力學(xué)性能的試驗(yàn)研究[J].新型建筑材料，2006（12）：65-68.

[8] 郭樟根，王劍，孫偉民，等.再生混凝土多孔磚砌體抗剪性能的試驗(yàn)研究[J].混凝土與水泥制品，2011（2）：49-52.