造紙黑泥燒結(jié)頁巖磚砌體抗剪強度試驗研究

李杰能，黃秉章，侯榮立，黃榜彪，謝偉標，黎喜強

（1.東莞城市學(xué)院，廣東 東莞 523430；2.柳州工學(xué)院，廣西 柳州 545006；3.廣西科技大學(xué)，廣西 柳州 545006）

0 引言

根據(jù)GB 50003—2011《砌體結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范》[1]規(guī)定，當施工質(zhì)量控制等級為B級，對應(yīng)砂漿強度等級為M10、M7.5、M5、M2.5時，燒結(jié)普通磚、燒結(jié)多孔磚的抗剪強度設(shè)計值分別為0.17、0.14、0.11、0.08 MPa。在相同砂漿強度等級下，多孔磚和實心磚的抗剪強度大小相等，這說明多孔磚和實心磚的抗剪強度平均值計算公式相同。但是由于多孔磚存在孔洞，在砌筑時砂漿會流入孔洞形成砂漿鍵，由于砂漿鍵的存在使多孔磚和實心磚砌體的抗剪機理會有所不同。因此，可認為實心磚和多孔磚砌體的抗剪強度理應(yīng)會有所不同，則其抗剪強度平均值計算公式也應(yīng)會有所不同。

1 造紙黑泥頁巖磚砌體通縫抗剪的試驗概況及破壞機理分析

1.1 試驗概況

在通縫抗剪試驗中分別采用了實心磚和多孔磚砌體，實心磚和多孔磚砌體的尺寸分別為：179 mm×240 mm×365 mm和290 mm×240 mm×360 mm。采用4種不同強度等級的建筑砂漿M2.5、M5、M7.5和M10，分別與強度等級為10的多孔磚和強度等強為15的實心磚砌成8組試件，每組6個，總共48個試件。

試件在砌筑過程中，若對砌筑質(zhì)量、灰縫的飽滿度和灰縫的厚度控制不好，會顯著增大試驗結(jié)果的離散性，所以在砌筑時要求砌筑工必須嚴格按照GB/T 50129—2011《砌體基本力學(xué)性能試驗方法標準》[2]和GB 50203—2011《砌體結(jié)構(gòu)工程施工質(zhì)量驗收規(guī)范》[3]的要求來進行施工且灰縫要飽滿。當試件砌筑好以后，先在室內(nèi)自然條件下養(yǎng)護7 d，然后在砌體側(cè)面靠邊的兩個受力面抹上10 mm厚的1∶2水泥砂漿，為了保證受力面上的水泥砂漿厚度為10 mm，在事先準備好的10 mm厚的泡沫板上畫出受力面磚所在的位置，然后用小刀將受力面磚所處位置的泡沫板去掉，抹面時將泡沫板放在磚面上即可，如圖1所示。抹面完后，再養(yǎng)護3 d，同樣在另一側(cè)立面的中間受力磚面上抹砂漿。抹面時不僅要保證砂漿表面平整，而且還要保證兩個側(cè)面的砂漿面要平行，同時要使受剪面的灰縫與受力面垂直，這樣把應(yīng)力集中和偏心的影響降到最低。抹完受力面后，在室內(nèi)常溫下養(yǎng)護一段時間，等砂漿強度達到其設(shè)計強度后即可進行抗剪強度試驗。

圖1 砌體受力面抹面用泡沫板

試驗時先測量試件受剪面的截面尺寸，作好記錄，然后將試件放置于試驗機上，利用吊錘調(diào)整好試件的位置，保證試件的中線與試驗機的軸線重合。打開電腦設(shè)置加載值為0.4 N/mm2勻速連續(xù)對試件加壓，觀察試件破壞形態(tài)，并盡量將試件控制在3 min內(nèi)破壞，記錄試件破壞時所加荷載值。

2 造紙黑泥燒結(jié)頁巖磚砌體通縫抗剪試驗現(xiàn)象及破壞形態(tài)

造紙黑泥燒結(jié)頁巖磚砌體沿通縫抗剪試驗中，當試件達到其極限荷載值時，試件會突然喪失其承載力而破壞，破壞時伴有脆性的響聲，屬于脆性破壞并沒有特別預(yù)兆。試驗中造紙黑泥燒結(jié)頁巖實心磚和多孔磚砌體的破壞形態(tài)基本相同，大致可以分為：單剪面破壞、雙剪面破壞和磚體破壞3種破壞形式，如圖2所示。3種破壞形態(tài)的數(shù)量及所占百分數(shù)如表1所示。

圖2 造紙黑泥燒結(jié)頁巖磚砌體破壞形態(tài)

表1 3種破壞形態(tài)的數(shù)量及所占百分數(shù)

本次試驗中實心磚砌體在抗剪強度試驗中也有磚體破壞現(xiàn)象，這是因為，磚的表面粗糙度不一樣，表面越粗糙砂漿與磚體的粘結(jié)性就越好，粘結(jié)強度也就越高，在砌體抗剪時，側(cè)面磚塊傳遞剪力的不均勻性，導(dǎo)致上下兩部位傳遞剪力的大小不一樣，這樣就會使側(cè)面磚不僅受到剪力而且還受到因剪力不均而引起的平面外的彎矩，此時在兩個力的共同作用下，中間磚就有可能折斷。

從造紙黑泥燒結(jié)頁巖磚砌體沿通縫抗剪試驗結(jié)果可知，無論試件是以哪種形態(tài)破壞，從多孔磚砌體試件破壞的斷裂面可以看到，大多數(shù)孔洞都是充滿砂漿銷鍵，而且在試件的抗剪過程中，砂漿銷鍵被剪斷，這說明在砌體抗剪過程中砂漿銷鍵的存在對砌體抗剪存在重要影響。

3 造紙黑泥燒結(jié)頁巖磚砌體試驗數(shù)據(jù)分析

根據(jù)GB/T 50129—2011的規(guī)定，砌體沿通縫截面的抗剪強度計算公式為[2]：

式中：fv，i——試件通縫截面的抗剪強度，MPa。

Nv——試件的抗剪破壞荷載，N；

A——試件的一個受剪面面積，mm2。

通過試驗測出每組6個試件的破壞荷載以及計算出造紙黑泥燒結(jié)頁巖實心磚、多孔磚砌體的平均抗剪強度分別如表2、表3所示。

表2 造紙黑泥燒結(jié)頁巖實心磚砌體的抗剪強度

表3 造紙黑泥燒結(jié)頁巖多孔磚砌體的抗剪強度

試驗時由于人工因素或施工質(zhì)量的變化，表2、表3所得的試件抗剪強度數(shù)據(jù)有可能存在離群值，根據(jù)GB/T 4883—2008《數(shù)據(jù)的統(tǒng)計處理和解釋正態(tài)樣本離群值的判斷和處理》[4]對每組的單個試件的抗剪強度試驗值進行分析處理。根據(jù)經(jīng)驗表明試件的抗剪強度服從正態(tài)分布，且每組的試驗數(shù)據(jù)的標準差未知，故根據(jù)標準可選用格拉布斯檢驗法和狄克遜檢驗法。

4 造紙黑泥燒結(jié)頁巖磚砌體抗剪強度對比分析

GB 50003—2011[1]中規(guī)定，磚砌體的抗剪強度平均值公式為，但是在本次試驗中所得到的造紙黑泥燒結(jié)頁巖實心磚和多孔磚砌體的抗剪強度平均值公式分別為fv，。從前3個公式中可以看出，本次試驗所得出的造紙黑泥燒結(jié)頁巖磚砌體的抗剪強度要大于規(guī)范規(guī)定的燒結(jié)磚砌體抗剪強度，這是因為磚砌體的抗剪過程中，對其抗剪強度有較大影響的是：磚表面的摩擦力和磚與砂漿之間的粘結(jié)力。而摩擦力和粘結(jié)的大小與磚表面粗糙程度有關(guān)，本次試驗所用的磚是古靈二磚廠生產(chǎn)的，從其表面以及磚的斷裂面可以看到磚表面非常粗糙，這就導(dǎo)致了磚表面與砂漿之間有著良好的粘結(jié)性，從而大大提高了造紙黑泥燒結(jié)頁巖磚的抗剪強度；與造紙黑泥燒結(jié)頁巖多孔磚砌體相比，實心磚砌體的回歸系數(shù)k值有所下降，這是因為，實心磚砌體的抗剪全部都是由砂漿與磚表面的粘結(jié)強度所承擔，即可認為其粘結(jié)抗剪強度與抗剪強度相等。同時，多孔磚砌體的抗剪不僅有砂漿的粘結(jié)抗剪，而且還有因孔洞形成的砂漿銷鍵抗剪。砂漿與磚粘接面強度是砂漿與多孔磚凈截面粘結(jié)強度，銷鍵抗剪強度fvo，k與多孔磚孔洞截面或銷鍵截面面積有關(guān)，本試驗所用多孔磚的孔洞率為30.3%，從而有等式，根據(jù)實心磚砌體的抗剪強度 公 式，則 有，從而可以得；即可知，砂漿銷鍵的抗剪強度是粘結(jié)抗剪強度的0.162/0.145=1.117倍，又通過造紙黑泥燒結(jié)頁巖多孔磚砌體的破壞情況來看銷鍵全部斷裂，這說明銷鍵在多孔磚砌體抗剪的過程中基本全部發(fā)揮了作用，故可根據(jù)上面等式分別算出砂漿銷鍵的抗剪強度和粘結(jié)抗剪強度占多孔磚通縫抗剪強度的比重為0.049A和0.108A，可見在多孔磚砌體中，雖然銷鍵的截面面積只占整個磚面積的30.3%，但是銷鍵的抗剪強度卻占整個砌體抗剪強度33%，綜上所述，銷鍵對多孔磚砌體的抗剪有著非常重要的影響，這也是造紙黑泥燒結(jié)頁巖多孔磚砌體較實心磚砌體的抗剪強度略有提高的原因。

5 造紙黑泥燒結(jié)頁巖磚砌體通縫抗剪強度標準值和設(shè)計值

5.1 抗剪強度標準值

根據(jù)GB/T 50129—2011[2]規(guī)定，計算得到各組抗剪強度試驗值的標準差s與變異系數(shù)δ如表4所示。

表4 造紙黑泥燒結(jié)頁巖磚砌體試件試驗值統(tǒng)計參數(shù)

從表4可以看出，各組的變異系數(shù)相比規(guī)范值δ=0.2要小，這說明本文試驗所取得的數(shù)據(jù)是可靠、有效的。但偏于安全考慮且與規(guī)范保持相同，本文的抗剪強度試驗值變異系數(shù)δ同樣也取0.2，則具有95%保證率的造紙黑泥燒結(jié)頁巖磚砌體抗剪強度標準值的計算公式為：

計算得到的抗剪強度的平均值fv，m、標準值fv，k以及現(xiàn)行規(guī)范規(guī)定的抗剪強度標準值fcv，k見表5。

表5 造紙黑泥燒結(jié)頁巖磚砌體抗剪強度平均值及標準值

從表5可以看到，（1）造紙黑泥燒結(jié)頁巖實心磚砌體的抗剪強度標準值較規(guī)范值約提高了9%～26%，（2）造紙黑泥燒結(jié)頁巖多孔磚砌體的抗剪強度標準值較規(guī)范值約提高了19%～32%。

5.2 抗剪強度設(shè)計值

根據(jù)GB 50003—2011規(guī)定，磚砌體的抗剪強度設(shè)計公式為：

根據(jù)規(guī)范規(guī)定，在施工質(zhì)量控制等級為B時取γf=1.6，利用式（3）計算得到常用砂漿強度等級砌體的抗剪強度設(shè)計值fv與然后將現(xiàn)行規(guī)范規(guī)定的磚砌體抗剪強度設(shè)計值fcv見表6。

由表6可知，若按照本文提供的建議公式來計算造紙黑泥燒結(jié)頁巖磚砌體的抗剪強度設(shè)計值比規(guī)范規(guī)定的設(shè)計值要高出許多，這說明若按照現(xiàn)行規(guī)范規(guī)定的抗剪強度公式來計算造紙黑泥燒結(jié)頁巖磚砌體會有較大的富裕度且結(jié)果偏于保守。

表6 造紙黑泥燒結(jié)頁巖磚砌體的抗剪強度設(shè)計值

6 小結(jié)

（1）在造紙黑泥燒結(jié)頁巖磚砌體的抗剪破壞形態(tài)中，其單剪破壞和雙剪破壞占整個試件破壞的絕大多數(shù)，但是不管是實心磚砌體還是多孔磚砌體都出現(xiàn)了磚體破壞的現(xiàn)象，這是因為在實心磚砌體中實心磚表面比較粗糙與砂漿的粘接比較好，同時造紙黑泥燒結(jié)頁巖磚的強度沒有純頁巖磚的強度高，所以就有可能導(dǎo)致磚與砂漿的粘接強度大于磚體的強度，從而在抗剪的過程中出現(xiàn)磚體破壞。而在多孔磚砌體中，由于銷鍵的抗剪對孔壁形成的擠壓，致使多孔磚砌體的磚體破壞。

（2）相較于規(guī)范值，造紙黑泥燒結(jié)頁巖磚砌體的抗剪強度要高；隨著建材業(yè)的快速發(fā)展，造紙黑泥燒結(jié)頁巖磚的生產(chǎn)工藝也得到了很大的改進，從而使磚的整體性得到了很大的提高，進行影響著磚砌體的抗剪強度。

對于常用的強度等級砂漿，造紙黑泥燒結(jié)頁巖實心磚和多孔磚砌體的通縫抗剪強度標準值fv，k和設(shè)計值fv可本文取值，不僅可以滿足規(guī)范可靠度要求而且還可以節(jié)省能源。