蒸压硅酸盐企口小型空心砌块抗剪性能研究

徐春一，商阳，高连玉

（1.沈阳建筑大学 土木工程学院，辽宁 沈阳　110168；2.清华大学 土木水利学院，北京　100084；3.中国建筑东北设计研究院，辽宁 沈阳　110003）



蒸压硅酸盐企口小型空心砌块抗剪性能研究

徐春一1，2，商阳1，高连玉3

（1.沈阳建筑大学 土木工程学院，辽宁 沈阳110168；2.清华大学 土木水利学院，北京100084；3.中国建筑东北设计研究院，辽宁 沈阳110003）

摘要：将由6块蒸压硅酸盐企口小型砌块组成的双剪试件，按照GB/T 50129—2011《砌体基本力学性能试验方法》进行沿通缝抗剪试验，并与烧结黏土砖砌体、蒸压粉煤灰砖砌体及混凝土砌块砌体的抗剪性能进行对比。结果表明，由于砌块孔洞的存在使得粘浆面积相对实心砖较小，所以抗剪强度实测平均值低于烧结黏土砖和蒸压粉煤灰砖砌体的实测平均值。但蒸压硅酸盐企口小型砌块砌体的抗剪强度实测计算标准值和设计值高于混凝土砌块砌体和蒸压粉煤灰砖砌体规范标准值和设计值取值。将试验数据进行了回归，提出蒸压硅酸盐企口小型砌块抗剪强度平均值计算公式。

关键词：蒸压硅酸盐企口小型砌块；砌体结构；通缝抗剪；抗剪强度；标准值

近年来，随着我国经济快速发展，建材产业呈快速发展势头，建筑产业逐渐向绿色建筑，节能建筑方向发展，建筑材料注重工业废渣再利用，能源再利用技术。建筑空心砌块作为节能环保建材工业发展的重要部分，它具有良好的结构性能、节能特征，同时建筑砌块具有多样性，可应用于各种建筑体系之中。

蒸压硅酸盐小型砌块以硅质材料（建筑垃圾、尾矿、粉煤灰和砂等）和钙质材料（水泥、石灰等）为主要原料，掺加外加剂和含硅集料，经加水搅拌、坯料制备、加压排气、压制成型、高压饱和蒸汽养护而成，具有榫、槽企口结构，本文通过6个蒸压硅酸盐企口小型砌块砌筑的抗剪试件，提出了蒸压硅酸盐企口小型砌块抗剪强度的建议公式，为指导其工程应用具有现实意义。

1　试　验

1.1蒸压硅酸盐企口小型砌块

试验用蒸压硅酸盐企口小型空心砌块由北京圣华同安新型建材技术有限公司生产，尺寸为397mm×197mm×122mm，其块型合理、自重较轻、便于施工并有利于施工质量的保证。这种砖最大的特点是利用传统的“榫卯”结构方式，使砖体间产生约束力，增强结构稳定性，蒸压硅酸盐企口小型空心砌块掺有一定量的工业废渣，有利于墙材革新及节能减排。该砌块是严格按照蒸压硅酸盐制品的生产方式制作的，采用高吨位且能够多次排气的压砖机可将坯体内的空气排除干净，确保了砖的质地密实，提高了耐久性；由于采用高压釜进行高温、高压养护，使得硅钙水化反应比较彻底，水化生成物的胶晶比得到了良好配置，该砌块强度高、尺寸精确且耐久性强，可以用作多层砌体结构的承重墙及各类建筑的填充墙，该砌块的构造如图1所示。

图1　蒸压硅酸盐企口小型空心砌块外形构造示意

1.2试件制作及加载方法

砌体的抗剪强度指标是进行砌体抗震验算的基础，砌体抗剪试验一般按受剪面可分为沿齿缝截面和沿通缝截面2大类，本文对于竖向灰缝的粘结强度可以不予以考虑，只考虑对沿通缝截面的抗剪强度进行试验研究。

双剪和单剪是测试砌体沿通缝抗剪试验的2种方法［1］：当试件发生双剪时，由于受剪面充分发挥作用使得试验结果的离散性相对较小，但一般2个受剪面不会同时发生破坏。当试件发生单剪时，试验结果离散性较大，会对试验结果的研究产生一定的影响，为此应尽量减小试验的离散性。按照GB/T 50129—2011《砌体基本力学性能试验方法》进行试验，试验采用MU15强度等级的蒸压硅酸盐企口小型空心砌块，用强度等级为Ms10的专用砂浆砌筑6个抗剪试件，并与相同强度等级的6个烧结黏土砖砌体、6个蒸压粉煤灰砖砌体试件进行对比。试件的砌筑都由同1名技术熟练的瓦工进行砌筑，砂浆取自同一盘。砌筑时控制灰缝厚度为5mm，试件剪切面尺寸为600mm×397mm。试件砌筑完毕后，立即在试件的顶部平压2块蒸压硅酸盐企口小型空心砌块。待养护期后，将试件立放，以便对试件承压面和加荷面采用1∶3的水泥砂浆找平，其厚度为10mm，试验加载如图2所示。

图2　蒸压硅酸盐企口小型砌块沿通缝抗剪试验加载示意

1.3试验过程及试件破坏特征

试验采用加载架、20 t的千斤顶、传感器、手动油泵等组成的加载系统。试验开始时，将试件立放在加载架下面，在试件底部的2个承压面放600mm×200mm×10mm的钢板，并且试件上部加荷面也垫1个同样型号的钢板，在钢板上垫1层细砂，以避免出现应力集中现象，上下钢板应相互平行并垂直于受剪面的灰缝，试件横向和竖向中心线与加载设备的横向和竖向中心线重合。一切准备就绪，采用均匀连续加载，加荷速度控制在使试件在1～3min内破坏进行，以避免发生冲击荷载［2］。一旦试件发生破坏，立即将试件破坏荷载值和试件破坏特征记录下来［3］。

抗剪试件从加载至破坏没有明显的预兆，破坏呈明显的脆性特征［4］，在加载初期，试件表观上没有出现任何变化，在加载中期会出现很轻微吱吱的响声，这是砂浆和砖在受力时相互作用产生的，随着对试件持续加载，试件突然在受剪面处发生破坏。少数试件2个受剪面都发生破坏，多数试件只从1个受剪面发生破坏。砌体试件的破坏发生在砂浆层与块体的粘结面，其破坏面多数较为平整，砖表面部分榫卯结构被剪断，少数试件底角处出现小部分破坏［5-6］，试件破坏形态如图3所示。

2　试验结果与分析

单个砌体试件抗剪强度按式（1）计算：

式中：fv，i——砌体试件沿通缝截面的抗剪强度，MPa；

Nv——砌体试件的破坏荷载，N；

A——砌体试件的1个受剪面的面积，mm2。

并用以下公式进行数据处理计算：

图3　试件破坏特征

式中：f——试件抗剪强度平均值，MPa；

fi——试件抗剪强度实测值，MPa；

fk——试件抗剪强度标准值，MPa；

S——试件抗剪强度标准差；

n——试件个数；

δ——变异系数。

蒸压硅酸盐企口小型砌体强度设计值按式（6）计算：

式中：γf——砌体结构材料分项系数，按照GB 50003—2011《砌体结构设计规范》施工质量控制等级为B级时取为1.6。

蒸压硅酸盐企口小型砌块砌体试件沿通缝抗剪试验结果和数理统计结果分别见表1和表2。

表1　蒸压硅酸盐企口小型砌块砌体试件沿通缝抗剪试验结果

表2　蒸压硅酸盐企口小型砌块砌体试件沿通缝抗剪强度数理统计结果

注：f2为砂浆抗压强度平均值；fv，m为试验实测抗剪强度平均值；fv为试验实测抗剪强度标准值；fv，k为试验实测抗剪强度设计值；fvm，m为GB 50003—2011抗剪强度平均值；fvm为GB 50003—2011抗剪强度标准值；fvm，k为GB 50003—2011抗剪强度设计值。

从表1、表2可以看出，蒸压硅酸盐企口小型砌块抗剪强度的离散性较烧结黏土砖小，较蒸压粉煤灰砖大；由于空心砌块孔洞的存在使得粘浆面积相对实心砖小，所以抗剪强度平均值低于蒸压粉煤灰砖，且试验实测抗剪强度标准值和设计值高于混凝土砌块砌体和蒸压粉煤灰砖砌体的规范取值，低于烧结黏土砖的规范取值。建议蒸压硅酸盐企口小型空心砌块抗剪强度系数不采用GB 50003—2011中给出的几种砖型系数。由于抗剪试件在剪切面一共有18个榫卯结构，在破坏时剪切面上有少部分榫卯结构发生破坏，这说明榫卯结构在抵抗砌体发生剪切破坏时发挥重要的作用。从而使蒸压硅酸盐企口小型砌块对砂浆的约束更大，提高抗剪强度。

3　影响抗剪强度的因素

3.1砌筑质量的影响

砌筑时砂浆的饱满度和块体在砌筑时含水率都会对抗剪强度产生影响［7］。灰缝的饱满度直接影响受剪面积大小，进而影响试件的抗剪强度。试件在砌筑时使用的是自然状态下的干砖，没有进行浇水湿润。对试件经过检查后，得出本试验竖向灰缝的砂浆饱满度大于60%，水平灰缝的砂浆饱满度大于90%，砌筑质量符合要求［8］。

3.2榫卯结构的影响

对于蒸压硅酸盐企口小型空心砌块，由于砌块上的榫卯结构的作用，使得砌块与砌块之间接触更加紧密，提高砌体的稳定性，砌体之间的约束更强。在一定程度上阻止了砌块之间的相互错动，从而提高了试件的抗剪强度。

4　抗剪强度建议公式

式中：k5——与块体类别有关的参数；

f2——砂浆的抗压强度平均值，MPa。

GB 50003—2011给出烧结黏土砖、蒸压粉煤灰普通砖、混凝土砌块的k5值分别为0.125、0.09、0.069。但没有给出蒸压硅酸盐企口小型空心砌块的k5值。如果按混凝土砌块和蒸压粉煤灰普通砖来计算蒸压硅酸盐企口小型空心砌块的抗剪强度，安全储备较大，造成材料浪费。通过实验数据进行回归分析，得到其建议值取k5=0.103，将其带回公式就得到蒸压硅酸盐企口小型空心砌块砌体的抗剪强度平均值公式：

GB 50003—2011规定砌体抗剪强度平均值公式：

代入试验砂浆强度，按式（8）计算抗剪强度平均值为0.33 MPa，低于实测抗剪强度平均值0.34MPa。因此可知式（8）更符合实测值且形式简单，避免浪费材料，并且有一定的安全储备［9-10］。可为编制CECS《蒸压硅酸盐企口小型空心砌块应用技术规程》提供参考依据。

5　结　论

（1）通过蒸压硅酸盐企口小型空心砌块的抗剪试验结果可知，由于砌块孔洞的存在使得粘浆面积相对实心砖小，所以实测抗剪强度平均值低于蒸压粉煤灰砖砌体的实测值。但蒸压硅酸盐企口小型砌块砌体实测抗剪强度计算标准值和设计值高于混凝土砌块砌体和蒸压粉煤灰砖砌体规范标准值和设计值。

（2）从抗剪试验现象中可以看出，蒸压硅酸盐企口小型空心砌块上的榫卯结构设计能够使砂浆和砖的约束力更强，增强砌体的稳定性，进而对提高砌体结构的抗剪强度发挥重要的作用。

（3）本文提出的蒸压硅酸盐企口小型空心砌块抗剪强度平均值公式更符合实测值且形式简单，可避免浪费材料，并且有一定的安全储备。可为编制CECS《蒸压硅酸盐企口小型空心砌块应用技术规程》提供参考依据。

参考文献：

［1］GB 50003—2011，砌体结构设计规范［S］.

［2］GB/T 50129—2011，砌体基本力学性能试验方法标准［S］.

［3］刘明.土木工程结构试验与检测［M］.北京：高等教育出版社，2008.

［4］杨伟军，禹慧，田俊杰，等.混凝土空心砖砌体抗剪强度试验研究［J］.长沙交通学院学报，2004（3）：43-47.

［5］赵成文，代俊杰，高连玉，等.工业废渣混凝土多孔砖砌体抗震性能试验研究［J］.沈阳建筑大学学报：自然科学版，2008，24（4）：553-556.

［6］Bryan D E，Mervyn J K.Compressive behavior of unconfined and confined clay brick masonry［J］.Journal of Structural Engineering，2004，130：650-661.

［7］郝彤，刘立新，王仁义.再生混凝土多孔砖砌体抗剪试验研究［J］.新型建筑材料，2006（7）：51-53.

［8］刘明，杨明炜，刘艳艳，等.矿渣混凝土实心砖砌体抗剪强度计算指标的试验研究［J］.沈阳建筑大学学报：自然科学版，2008（3）：385-388.

［9］徐春一，刘明，李强.专用砂浆对砖砌体抗剪强度的影响［J］.沈阳工业大学学报，2012，35（2）：236-240.

［10］胡尚，黄榜彪，朱基珍，等.混凝土多排孔砖砌体抗剪性能试验研究［J］.新型建筑材料，2011（6）：28-30.

辽宁省教育厅科学研究一般项目（L2013231）

中图分类号：TU522.3

文章标识码：A

文章编号：1001-702X（2016）05-0026-04

基金项目：国家自然科学基金项目（51408373）；

收稿日期：2015-12-02

作者简介：徐春一，女，1983年生，辽宁铁岭人，博士，副教授，主要从事新型混凝土结构研究。

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