徐春一，商陽，高連玉

（1.沈陽建筑大學(xué) 土木工程學(xué)院，遼寧 沈陽　110168；2.清華大學(xué) 土木水利學(xué)院，北京　100084；3.中國建筑東北設(shè)計研究院，遼寧 沈陽　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1，高連玉3

（1.沈陽建筑大學(xué) 土木工程學(xué)院，遼寧 沈陽110168；2.清華大學(xué) 土木水利學(xué)院，北京100084；3.中國建筑東北設(shè)計研究院，遼寧 沈陽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)性能試驗方法》進行沿通縫抗剪試驗，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行對比。結(jié)果表明，由于砌塊孔洞的存在使得粘漿面積相對實心磚較小，所以抗剪強度實測平均值低于燒結(jié)黏土磚和蒸壓粉煤灰磚砌體的實測平均值。但蒸壓硅酸鹽企口小型砌塊砌體的抗剪強度實測計算標準值和設(shè)計值高于混凝土砌塊砌體和蒸壓粉煤灰磚砌體規(guī)范標準值和設(shè)計值取值。將試驗數(shù)據(jù)進行了回歸，提出蒸壓硅酸鹽企口小型砌塊抗剪強度平均值計算公式。

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；抗剪強度；標準值

近年來，隨著我國經(jīng)濟快速發(fā)展，建材產(chǎn)業(yè)呈快速發(fā)展勢頭，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)嚢琛⑴髁现苽?、加壓排氣、壓制成型、高壓飽和蒸汽養(yǎng)護而成，具有榫、槽企口結(jié)構(gòu)，本文通過6個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度的建議公式，為指導(dǎo)其工程應(yīng)用具有現(xiàn)實意義。

1　試　驗

1.1蒸壓硅酸鹽企口小型砌塊

試驗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可將坯體內(nèi)的空氣排除干凈，確保了磚的質(zhì)地密實，提高了耐久性；由于采用高壓釜進行高溫、高壓養(yǎng)護，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，該砌塊強度高、尺寸精確且耐久性強，可以用作多層砌體結(jié)構(gòu)的承重墻及各類建筑的填充墻，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

砌體的抗剪強度指標是進行砌體抗震驗算的基礎(chǔ)，砌體抗剪試驗一般按受剪面可分為沿齒縫截面和沿通縫截面2大類，本文對于豎向灰縫的粘結(jié)強度可以不予以考慮，只考慮對沿通縫截面的抗剪強度進行試驗研究。

雙剪和單剪是測試砌體沿通縫抗剪試驗的2種方法［1］：當(dāng)試件發(fā)生雙剪時，由于受剪面充分發(fā)揮作用使得試驗結(jié)果的離散性相對較小，但一般2個受剪面不會同時發(fā)生破壞。當(dāng)試件發(fā)生單剪時，試驗結(jié)果離散性較大，會對試驗結(jié)果的研究產(chǎn)生一定的影響，為此應(yīng)盡量減小試驗的離散性。按照GB/T 50129—2011《砌體基本力學(xué)性能試驗方法》進行試驗，試驗采用MU15強度等級的蒸壓硅酸鹽企口小型空心砌塊，用強度等級為Ms10的專用砂漿砌筑6個抗剪試件，并與相同強度等級的6個燒結(jié)黏土磚砌體、6個蒸壓粉煤灰磚砌體試件進行對比。試件的砌筑都由同1名技術(shù)熟練的瓦工進行砌筑，砂漿取自同一盤。砌筑時控制灰縫厚度為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)護期后，將試件立放，以便對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加載示意

1.3試驗過程及試件破壞特征

試驗采用加載架、20 t的千斤頂、傳感器、手動油泵等組成的加載系統(tǒng)。試驗開始時，將試件立放在加載架下面，在試件底部的2個承壓面放600mm×200mm×10mm的鋼板，并且試件上部加荷面也墊1個同樣型號的鋼板，在鋼板上墊1層細砂，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與加載設(shè)備的橫向和豎向中心線重合。一切準備就緒，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［3］。

抗剪試件從加載至破壞沒有明顯的預(yù)兆，破壞呈明顯的脆性特征［4］，在加載初期，試件表觀上沒有出現(xiàn)任何變化，在加載中期會出現(xiàn)很輕微吱吱的響聲，這是砂漿和磚在受力時相互作用產(chǎn)生的，隨著對試件持續(xù)加載，試件突然在受剪面處發(fā)生破壞。少數(shù)試件2個受剪面都發(fā)生破壞，多數(shù)試件只從1個受剪面發(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　試驗結(jié)果與分析

單個砌體試件抗剪強度按式（1）計算：

式中：fv，i——砌體試件沿通縫截面的抗剪強度，MPa；

Nv——砌體試件的破壞荷載，N；

A——砌體試件的1個受剪面的面積，mm2。

并用以下公式進行數(shù)據(jù)處理計算：

圖3　試件破壞特征

式中：f——試件抗剪強度平均值，MPa；

fi——試件抗剪強度實測值，MPa；

fk——試件抗剪強度標準值，MPa；

S——試件抗剪強度標準差；

n——試件個數(shù)；

δ——變異系數(shù)。

蒸壓硅酸鹽企口小型砌體強度設(shè)計值按式（6）計算：

式中：γf——砌體結(jié)構(gòu)材料分項系數(shù)，按照GB 50003—2011《砌體結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范》施工質(zhì)量控制等級為B級時取為1.6。

蒸壓硅酸鹽企口小型砌塊砌體試件沿通縫抗剪試驗結(jié)果和數(shù)理統(tǒng)計結(jié)果分別見表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度數(shù)理統(tǒng)計結(jié)果

注：f2為砂漿抗壓強度平均值；fv，m為試驗實測抗剪強度平均值；fv為試驗實測抗剪強度標準值；fv，k為試驗實測抗剪強度設(shè)計值；fvm，m為GB 50003—2011抗剪強度平均值；fvm為GB 50003—2011抗剪強度標準值；fvm，k為GB 50003—2011抗剪強度設(shè)計值。

從表1、表2可以看出，蒸壓硅酸鹽企口小型砌塊抗剪強度的離散性較燒結(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實心磚小，所以抗剪強度平均值低于蒸壓粉煤灰磚，且試驗實測抗剪強度標準值和設(shè)計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個榫卯結(jié)構(gòu)，在破壞時剪切面上有少部分榫卯結(jié)構(gòu)發(fā)生破壞，這說明榫卯結(jié)構(gòu)在抵抗砌體發(fā)生剪切破壞時發(fā)揮重要的作用。從而使蒸壓硅酸鹽企口小型砌塊對砂漿的約束更大，提高抗剪強度。

3　影響抗剪強度的因素

3.1砌筑質(zhì)量的影響

砌筑時砂漿的飽滿度和塊體在砌筑時含水率都會對抗剪強度產(chǎn)生影響［7］。灰縫的飽滿度直接影響受剪面積大小，進而影響試件的抗剪強度。試件在砌筑時使用的是自然狀態(tài)下的干磚，沒有進行澆水濕潤。對試件經(jīng)過檢查后，得出本試驗豎向灰縫的砂漿飽滿度大于60%，水平灰縫的砂漿飽滿度大于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。在一定程度上阻止了砌塊之間的相互錯動，從而提高了試件的抗剪強度。

4　抗剪強度建議公式

式中：k5——與塊體類別有關(guān)的參數(shù)；

f2——砂漿的抗壓強度平均值，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計算蒸壓硅酸鹽企口小型空心砌塊的抗剪強度，安全儲備較大，造成材料浪費。通過實驗數(shù)據(jù)進行回歸分析，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度平均值公式：

GB 50003—2011規(guī)定砌體抗剪強度平均值公式：

代入試驗砂漿強度，按式（8）計算抗剪強度平均值為0.33 MPa，低于實測抗剪強度平均值0.34MPa。因此可知式（8）更符合實測值且形式簡單，避免浪費材料，并且有一定的安全儲備［9-10］?？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)。

5　結(jié)　論

（1）通過蒸壓硅酸鹽企口小型空心砌塊的抗剪試驗結(jié)果可知，由于砌塊孔洞的存在使得粘漿面積相對實心磚小，所以實測抗剪強度平均值低于蒸壓粉煤灰磚砌體的實測值。但蒸壓硅酸鹽企口小型砌塊砌體實測抗剪強度計算標準值和設(shè)計值高于混凝土砌塊砌體和蒸壓粉煤灰磚砌體規(guī)范標準值和設(shè)計值。

（2）從抗剪試驗現(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)計能夠使砂漿和磚的約束力更強，增強砌體的穩(wěn)定性，進而對提高砌體結(jié)構(gòu)的抗剪強度發(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度平均值公式更符合實測值且形式簡單，可避免浪費材料，并且有一定的安全儲備?？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：

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

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

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遼寧省教育廳科學(xué)研究一般項目（L2013231）

中圖分類號：TU522.3

文章標識碼：A

文章編號：1001-702X（2016）05-0026-04

基金項目：國家自然科學(xué)基金項目（51408373）；

收稿日期：2015-12-02

作者簡介：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