某两端开口式新型保温承重砌块砌体抗剪性能试验研究

2018-05-31王剑温佳斌孙莉章广明孙伟民何可

新型建筑材料 2018年3期

王剑，温佳斌，孙莉，章广明，孙伟民，何可

（1.江苏农林职业技术学院，江苏句容 212400；2.南京工业大学土木工程学院，江苏南京 210009）

砌体的抗剪强度对于砌体结构来说非常重要[1-4]，通过对某两端开口式新型保温承重砌块（以下简称新型保温砌块）砌体试件的抗剪试验，分析了薄层砂浆和销键以及外墙砌块的外保温层对该新型保温砌块砌体抗剪强度的影响，从而为该新型保温砌块在实际工程中的推广应用及相关规程的制定提供一定的参考依据。

1 试验

1.1 原材料

（1）新型保温砌块：苏州世好建材新技术工程有限公司生产。内墙主砌块尺寸为400 mm×190 mm×200 mm，辅助砌块尺寸为197 mm×190 mm×200 mm，壁厚a=35 mm；内墙主砌块的抗压强度平均值为6.74 MPa。该砌块与普通混凝土小型空心砌块相比，最大特点是增加了4个销键。销键的高度为10 mm，内径为20 mm，外径为40 mm，与砌块整体制作；砌块底部对应位置有直径40 mm的圆孔，砌块砌筑时能实现对孔砌筑，而且该圆孔上下贯通，提高了砌块的保温性能。外墙主砌块尺寸为400 mm×260 mm×200 mm，辅助砌块尺寸为197 mm×260 mm×200 mm；外墙主砌块由190 mm厚承重部分和c=70 mm厚外保温层2部分组成，承重部分尺寸为400 mm×190 mm×200 mm；抗压强度平均值为8.28 MPa；槽孔b内插入填充保温材料，起隔声、隔热作用。内、外墙主砌块的肋、壁、孔型尺寸见图1。

（2）薄层砂浆：外购，根据GB/T 50129—2011《砌体基本力学性能试验方法标准》和JGJ/T70—2009《建筑砂浆基本性能试验方法标准》，测得薄层砂浆的抗压强度平均值为16.14 MPa。

图1 内、外墙主砌块的肋、壁、孔型尺寸

（3）普通砂浆：自配，根据 GB/T 50129—2011和 JGJ/T 70—2009，测得普通砂浆的抗压强度平均值为7.73 MPa。

1.2 试件设计与试验方法

根据GB/T 50129—2011规定，共制作了8组72个砌体试件，其中薄层砂浆的灰缝厚度为4 mm，普通砂浆的灰缝厚度为8 mm。砌体试件的种类及尺寸见表1。

表1 砌体试件的种类及尺寸

砌体试件由3皮砌块砌筑而成，每皮由主砌块和辅助砌块交错砌筑。试验前对每个砌体试件的受剪承压面用10 mm厚的普通砂浆抹面找平。试验采用双剪试验方法，水平剪切[5-8]。加载装置由地锚、钢板、压力传感器和千斤顶组成。砌体试件的结构及加载方式如图2所示。

图2 砌体试件的结构及加载方式

2 试验结果与分析

2.1 破坏现象

2.1.1 内墙薄层砂浆试件

加载初期试件无明显变化，当加载到预估破坏荷载的80%左右时，砂浆层开始出现微小的裂缝。当加载到预估破坏荷载的90%左右时，初始裂缝延伸变宽，砂浆开裂。继续加载，随着“砰”的一声，试件很快被剪断。内墙薄层砂浆试件的破坏形态见图3。

图3（a）为加载过程中出现的比较常见的单剪现象，该破坏形态在本试验中出现次数较多。图3（b）为加载过程中出现的双剪现象，双剪破环的抗剪强度大于单剪破坏的抗剪强度。图3（c）为加载过程中出现中部砌块受压破坏、导致试件失去承载能力的现象。这种现象出现的原因是本试验采用特配的薄层砂浆，该砂浆的强度较高，在受到荷载作用时，圆孔内形成的砂浆键会对孔壁形成应力集中，最终导致砌块破坏。图3（d）为加载完后发现砌块销键被全部剪断的现象。

图3 内墙薄层砂浆试件的破坏形态

2.1.2 外墙薄层砂浆试件

当加载到预估破坏荷载的80%左右时，砂浆层开始出现微小的裂缝，试件侧面外保温层与承重部分交界处出现细微裂缝；当加载到预估破坏荷载的90%左右时，砂浆层的裂缝延伸变宽，试件侧面的初始裂缝继续向上发展。继续加载，随着“砰”的一声，砂浆层很快完全裂开，销键和砌体试件被剪断。外墙薄层砂浆试件的破坏形态见图4。

图4（a）为加载过程中比较常见的单剪现象，试件的上层销键被剪断。图4（b）为试件的下层销键被剪断现象。图4（c）为加载完后发现外墙试件的销键被全部剪断的现象。图4（d）为加载结束后，试件被剪断，同时外墙砌块的外保温层部分发生脱落的现象，发生这种现象的原因可能是在试验中外保温层的横肋部分被挤压，局部应力过大，最终导致破坏，但这种情况只出现了1次。

图4 外墙薄层砂浆试件的破坏形态

2.1.3 内墙普通砂浆试件

内墙普通砂浆试件的破坏形态与内墙薄层砂浆试件的破坏形态基本相同，但内墙普通砂浆试件的破坏明显比内墙薄层砂浆试件要早。内墙普通砂浆试件的破坏形态见图5。

图5（a）为加载过程中出现的双剪破坏现象。图5（b）为试验结束后，双剪破坏试件的上下2层销键部分被剪断。图5（c）为内墙无销键普通砂浆试件被剪断后的截面，可以看出砂浆已经填入销键的孔洞中，破坏截面很平滑。图5（d）为试件被剪断后4个销键均未被剪断的现象，这种情况下试件的抗剪强度很低。

图5 内墙普通砂浆试件的破坏形态

通过试验，8组新型保温砌块砌体试件的破坏形态与普通混凝土小型空心砌块砌体的破坏形态基本相同：破坏前砂浆层已经出现裂缝，但砌体试件表面并没有明显的裂缝；破坏呈现出明显的脆性破坏特征，砂浆开裂后随即销键也被剪断，最终试件被破坏；试件受剪破坏形式有单面破坏和双面破坏2种形式。

2.2 试验结果与分析

按照GB/T 50129—2011计算砌体试件的抗剪强度，精确至0.001 MPa。砌体试件的平均抗剪强度及破坏特征如表2所示。

表2 新型保温砌块砌体试件的平均抗剪强度及破坏特征

由表2可以看出：

（1）单剪破坏现象比双剪破坏现象出现的次数多，占试验总数的79.2%。这是由于在剪切试验中，2层砂浆灰缝所受到的正应力其实是不相等的，上层灰缝所受到的正应力约等于下层灰缝的1/2，所以上层灰缝的摩擦力小，下层灰缝的摩擦力大，因此试验时很容易出现单剪现象。

（2）上部销键被剪断的次数比下部销键被剪断的次数多，在单剪现象中，上部销键被剪断次数为40次，下部销键被剪断次数仅为2次，上部销键被剪断现象占单剪破坏现象的95.2%。根据剪摩理论，在水平剪切作用下，下层灰缝所受到的正压力约为上层灰缝的2倍；下层灰缝的摩擦力比上层灰缝大，下层灰缝相对于上层灰缝不容易被破坏。

（3）外墙薄层砂浆砌体试件的抗剪强度是内墙薄层砂浆砌体试件的1.54倍,而外墙薄层砂浆砌体试件的受剪实体面积是内墙薄层砂浆砌体试件的1.43倍，说明外墙砌块的外保温层有利于提高砌体的抗剪强度。

（4）内墙薄层砂浆砌体试件的抗剪强度为内墙无销键薄层砂浆砌体试件的1.17倍；内墙普通砂浆砌体试件的抗剪强度为内墙无销键普通砂浆砌体试件的1.22倍，说明销键有利于提高新型保温砌块的抗剪强度。

（5）由于薄层砂浆是特配的厚度仅为4 mm的高强度砂浆，试验测得其平均强度为16.14 MPa，而对比试验中的普通砂浆强度实测值为7.73 MPa，考虑到砂浆强度对砌体抗剪强度的影响很大，根据GB 50003—2011《砌体结构设计规范》中抗剪强度计算公式，将2个强度换算相等后进行比较，即相当于把普通砂浆的抗剪强度提高到与薄层砂浆相等的抗剪强度，然后进行比较。内墙无销键薄层砂浆砌体试件的实测抗剪强度为0.238 MPa，内墙无销键普通砂浆砌体试件换算后的抗剪强度为0.198 MPa，内墙无销键薄层砂浆砌体试件的抗剪强度为内墙无销键普通砂浆砌体试件的1.20倍，说明砂浆层的厚度越小，砌体的抗剪强度越高，薄层砂浆使得砌块砌体的抗剪强度提高了20.2%。

（6）同样方法，将内墙普通砂浆试件换算成与薄层砂浆同等强度的砂浆后，内墙薄层砂浆砌体试件的实测抗剪强度为0.279 MPa，内墙普通砂浆砌体试件换算后的抗剪强度为0.241 MPa，内墙薄层砂浆砌体试件的抗剪强度为内墙普通砂浆砌体试件的1.16倍，所以薄层砂浆使得砌块砌体的抗剪强度提高了15.8%。

（7）内墙薄层砂浆砌体试件的实测抗剪强度为0.279 MPa，而内墙无销键普通砂浆砌体试件换算后的抗剪强度为0.198 MPa，内墙薄层砂浆砌体试件的抗剪强度为内墙无销键普通砂浆砌体试件的1.41倍，在销键和薄层砂浆的共同作用下，新型保温砌块砌体的抗剪强度提高了40.9%。