李杰能，黃秉章，侯榮立，黃榜彪，謝偉標(biāo)，黎喜強(qiáng)

（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(jì)規(guī)范》[1]規(guī)定，當(dāng)施工質(zhì)量控制等級(jí)為B級(jí)，對(duì)應(yīng)砂漿強(qiáng)度等級(jí)為M10、M7.5、M5、M2.5時(shí)，燒結(jié)普通磚、燒結(jié)多孔磚的抗剪強(qiáng)度設(shè)計(jì)值分別為0.17、0.14、0.11、0.08 MPa。在相同砂漿強(qiáng)度等級(jí)下，多孔磚和實(shí)心磚的抗剪強(qiáng)度大小相等，這說明多孔磚和實(shí)心磚的抗剪強(qiáng)度平均值計(jì)算公式相同。但是由于多孔磚存在孔洞，在砌筑時(shí)砂漿會(huì)流入孔洞形成砂漿鍵，由于砂漿鍵的存在使多孔磚和實(shí)心磚砌體的抗剪機(jī)理會(huì)有所不同。因此，可認(rèn)為實(shí)心磚和多孔磚砌體的抗剪強(qiáng)度理應(yīng)會(huì)有所不同，則其抗剪強(qiáng)度平均值計(jì)算公式也應(yīng)會(huì)有所不同。

1 造紙黑泥頁巖磚砌體通縫抗剪的試驗(yàn)概況及破壞機(jī)理分析

1.1 試驗(yàn)概況

在通縫抗剪試驗(yàn)中分別采用了實(shí)心磚和多孔磚砌體，實(shí)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(qiáng)度等級(jí)的建筑砂漿M2.5、M5、M7.5和M10，分別與強(qiáng)度等級(jí)為10的多孔磚和強(qiáng)度等強(qiáng)為15的實(shí)心磚砌成8組試件，每組6個(gè)，總共48個(gè)試件。

試件在砌筑過程中，若對(duì)砌筑質(zhì)量、灰縫的飽滿度和灰縫的厚度控制不好，會(huì)顯著增大試驗(yàn)結(jié)果的離散性，所以在砌筑時(shí)要求砌筑工必須嚴(yán)格按照GB/T 50129—2011《砌體基本力學(xué)性能試驗(yàn)方法標(biāo)準(zhǔn)》[2]和GB 50203—2011《砌體結(jié)構(gòu)工程施工質(zhì)量驗(yàn)收規(guī)范》[3]的要求來進(jìn)行施工且灰縫要飽滿。當(dāng)試件砌筑好以后，先在室內(nèi)自然條件下養(yǎng)護(hù)7 d，然后在砌體側(cè)面靠邊的兩個(gè)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(zhǔn)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(shí)將泡沫板放在磚面上即可，如圖1所示。抹面完后，再養(yǎng)護(hù)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(shí)不僅要保證砂漿表面平整，而且還要保證兩個(gè)側(cè)面的砂漿面要平行，同時(shí)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(hù)一段時(shí)間，等砂漿強(qiáng)度達(dá)到其設(shè)計(jì)強(qiáng)度后即可進(jìn)行抗剪強(qiáng)度試驗(yàn)。

圖1 砌體受力面抹面用泡沫板

試驗(yàn)時(shí)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(yàn)機(jī)上，利用吊錘調(diào)整好試件的位置，保證試件的中線與試驗(yàn)機(jī)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(duì)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(shí)所加荷載值。

2 造紙黑泥燒結(jié)頁巖磚砌體通縫抗剪試驗(yàn)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(yàn)中，當(dāng)試件達(dá)到其極限荷載值時(shí)，試件會(huì)突然喪失其承載力而破壞，破壞時(shí)伴有脆性的響聲，屬于脆性破壞并沒有特別預(yù)兆。試驗(yàn)中造紙黑泥燒結(jié)頁巖實(shí)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?jǐn)?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?jǐn)?shù)

本次試驗(yàn)中實(shí)心磚砌體在抗剪強(qiáng)度試驗(yàn)中也有磚體破壞現(xiàn)象，這是因?yàn)椋u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(qiáng)度也就越高，在砌體抗剪時(shí)，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(huì)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(shí)在兩個(gè)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(yàn)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(duì)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(yàn)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(qiáng)度計(jì)算公式為[2]：

式中：fv，i——試件通縫截面的抗剪強(qiáng)度，MPa。

Nv——試件的抗剪破壞荷載，N；

A——試件的一個(gè)受剪面面積，mm2。

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

表2 造紙黑泥燒結(jié)頁巖實(shí)心磚砌體的抗剪強(qiáng)度

表3 造紙黑泥燒結(jié)頁巖多孔磚砌體的抗剪強(qiáng)度

試驗(yàn)時(shí)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(qiáng)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(jì)處理和解釋正態(tài)樣本離群值的判斷和處理》[4]對(duì)每組的單個(gè)試件的抗剪強(qiáng)度試驗(yàn)值進(jìn)行分析處理。根據(jù)經(jīng)驗(yàn)表明試件的抗剪強(qiáng)度服從正態(tài)分布，且每組的試驗(yàn)數(shù)據(jù)的標(biāo)準(zhǔn)差未知，故根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)可選用格拉布斯檢驗(yàn)法和狄克遜檢驗(yàn)法。

4 造紙黑泥燒結(jié)頁巖磚砌體抗剪強(qiáng)度對(duì)比分析

GB 50003—2011[1]中規(guī)定，磚砌體的抗剪強(qiáng)度平均值公式為，但是在本次試驗(yàn)中所得到的造紙黑泥燒結(jié)頁巖實(shí)心磚和多孔磚砌體的抗剪強(qiáng)度平均值公式分別為fv，。從前3個(gè)公式中可以看出，本次試驗(yàn)所得出的造紙黑泥燒結(jié)頁巖磚砌體的抗剪強(qiáng)度要大于規(guī)范規(guī)定的燒結(jié)磚砌體抗剪強(qiáng)度，這是因?yàn)榇u砌體的抗剪過程中，對(duì)其抗剪強(qiáng)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(yàn)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(qiáng)度；與造紙黑泥燒結(jié)頁巖多孔磚砌體相比，實(shí)心磚砌體的回歸系數(shù)k值有所下降，這是因?yàn)?，?shí)心磚砌體的抗剪全部都是由砂漿與磚表面的粘結(jié)強(qiáng)度所承擔(dān)，即可認(rèn)為其粘結(jié)抗剪強(qiáng)度與抗剪強(qiáng)度相等。同時(shí)，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(qiáng)度是砂漿與多孔磚凈截面粘結(jié)強(qiáng)度，銷鍵抗剪強(qiáng)度fvo，k與多孔磚孔洞截面或銷鍵截面面積有關(guān)，本試驗(yàn)所用多孔磚的孔洞率為30.3%，從而有等式，根據(jù)實(shí)心磚砌體的抗剪強(qiáng)度 公 式，則 有，從而可以得；即可知，砂漿銷鍵的抗剪強(qiáng)度是粘結(jié)抗剪強(qiáng)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(qiáng)度和粘結(jié)抗剪強(qiáng)度占多孔磚通縫抗剪強(qiáng)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(gè)磚面積的30.3%，但是銷鍵的抗剪強(qiáng)度卻占整個(gè)砌體抗剪強(qiáng)度33%，綜上所述，銷鍵對(duì)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(shí)心磚砌體的抗剪強(qiáng)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(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值和設(shè)計(jì)值

5.1 抗剪強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值

根據(jù)GB/T 50129—2011[2]規(guī)定，計(jì)算得到各組抗剪強(qiáng)度試驗(yàn)值的標(biāo)準(zhǔn)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(yàn)值統(tǒng)計(jì)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(yàn)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(qiáng)度試驗(yàn)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(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值的計(jì)算公式為：

計(jì)算得到的抗剪強(qiáng)度的平均值fv，m、標(biāo)準(zhǔn)值fv，k以及現(xiàn)行規(guī)范規(guī)定的抗剪強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值fcv，k見表5。

表5 造紙黑泥燒結(jié)頁巖磚砌體抗剪強(qiáng)度平均值及標(biāo)準(zhǔn)值

從表5可以看到，（1）造紙黑泥燒結(jié)頁巖實(shí)心磚砌體的抗剪強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)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(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值較規(guī)范值約提高了19%～32%。

5.2 抗剪強(qiáng)度設(shè)計(jì)值

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

根據(jù)規(guī)范規(guī)定，在施工質(zhì)量控制等級(jí)為B時(shí)取γf=1.6，利用式（3）計(jì)算得到常用砂漿強(qiáng)度等級(jí)砌體的抗剪強(qiáng)度設(shè)計(jì)值fv與然后將現(xiàn)行規(guī)范規(guī)定的磚砌體抗剪強(qiáng)度設(shè)計(jì)值fcv見表6。

由表6可知，若按照本文提供的建議公式來計(jì)算造紙黑泥燒結(jié)頁巖磚砌體的抗剪強(qiáng)度設(shè)計(jì)值比規(guī)范規(guī)定的設(shè)計(jì)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(qiáng)度公式來計(jì)算造紙黑泥燒結(jié)頁巖磚砌體會(huì)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(qiáng)度設(shè)計(jì)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(gè)試件破壞的絕大多數(shù)，但是不管是實(shí)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?yàn)樵趯?shí)心磚砌體中實(shí)心磚表面比較粗糙與砂漿的粘接比較好，同時(shí)造紙黑泥燒結(jié)頁巖磚的強(qiáng)度沒有純頁巖磚的強(qiáng)度高，所以就有可能導(dǎo)致磚與砂漿的粘接強(qiáng)度大于磚體的強(qiáng)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(duì)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(qiáng)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(jìn)，從而使磚的整體性得到了很大的提高，進(jìn)行影響著磚砌體的抗剪強(qiáng)度。

對(duì)于常用的強(qiáng)度等級(jí)砂漿，造紙黑泥燒結(jié)頁巖實(shí)心磚和多孔磚砌體的通縫抗剪強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值fv，k和設(shè)計(jì)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。