造紙黑泥燒結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.東莞城市學院，廣東 東莞 523430；2.柳州工學院，廣西 柳州 545006；3.廣西科技大學，廣西 柳州 545006）

0 引言

根據GB 50003—2011《砌體結構設計規范》[1]規定，當施工質量控制等級為B級，對應砂漿強度等級為M10、M7.5、M5、M2.5時，燒結普通磚、燒結多孔磚的抗剪強度設計值分別為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會有所不同，則其抗剪強度平均值計算公式也應會有所不同。

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《砌體基本力學性能試驗方法標準》[2]和GB 50203—2011《砌體結構工程施工質量驗收規范》[3]的要求來進行施工且灰縫要飽滿。當試件砌筑好以后，先在室內自然條件下養護7 d，然后在砌體側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，再養護3 d，同樣在另一側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，這樣把應力集中和偏心的影響降到最低。抹完受力面后，在室內常溫下養護一段時間，等砂漿強度達到其設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。打開電腦設置加載值為0.4 N/mm2勻速連續對試件加壓，觀察試件破壞形態，并盡量將試件控制在3 min內破壞，記錄試件破壞時所加荷載值。

2 造紙黑泥燒結頁巖磚砌體通縫抗剪試驗現象及破壞形態

造紙黑泥燒結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兆。試驗中造紙黑泥燒結頁巖實心磚和多孔磚砌體的破壞形態基本相同，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種破壞形態的數量及所占百分數如表1所示。

圖2 造紙黑泥燒結頁巖磚砌體破壞形態

表1 3種破壞形態的數量及所占百分數

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性就越好，粘結強度也就越高，在砌體抗剪時，側面磚塊傳遞剪力的不均勻性，導致上下兩部位傳遞剪力的大小不一樣，這樣就會使側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。

從造紙黑泥燒結頁巖磚砌體沿通縫抗剪試驗結果可知，無論試件是以哪種形態破壞，從多孔磚砌體試件破壞的斷裂面可以看到，大多數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 造紙黑泥燒結頁巖磚砌體試驗數據分析

根據GB/T 50129—2011的規定，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 造紙黑泥燒結頁巖實心磚砌體的抗剪強度

表3 造紙黑泥燒結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量的變化，表2、表3所得的試件抗剪強度數據有可能存在離群值，根據GB/T 4883—2008《數據的統計處理和解釋正態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。根據經驗表明試件的抗剪強度服從正態分布，且每組的試驗數據的標準差未知，故根據標準可選用格拉布斯檢驗法和狄克遜檢驗法。

4 造紙黑泥燒結頁巖磚砌體抗剪強度對比分析

GB 50003—2011[1]中規定，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頁巖磚砌體的抗剪強度要大于規范規定的燒結磚砌體抗剪強度，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力。而摩擦力和粘結的大小與磚表面粗糙程度有關，本次試驗所用的磚是古靈二磚廠生產的，從其表面以及磚的斷裂面可以看到磚表面非常粗糙，這就導致了磚表面與砂漿之間有著良好的粘結性，從而大大提高了造紙黑泥燒結頁巖磚的抗剪強度；與造紙黑泥燒結頁巖多孔磚砌體相比，實心磚砌體的回歸系數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強度所承擔，即可認為其粘結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，本試驗所用多孔磚的孔洞率為30.3%，從而有等式，根據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抗剪強度的0.162/0.145=1.117倍，又通過造紙黑泥燒結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揮了作用，故可根據上面等式分別算出砂漿銷鍵的抗剪強度和粘結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 造紙黑泥燒結頁巖磚砌體通縫抗剪強度標準值和設計值

5.1 抗剪強度標準值

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

表4 造紙黑泥燒結頁巖磚砌體試件試驗值統計參數

從表4可以看出，各組的變異系數相比規范值δ=0.2要小，這說明本文試驗所取得的數據是可靠、有效的。但偏于安全考慮且與規范保持相同，本文的抗剪強度試驗值變異系數δ同樣也取0.2，則具有95%保證率的造紙黑泥燒結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以及現行規范規定的抗剪強度標準值fcv，k見表5。

表5 造紙黑泥燒結頁巖磚砌體抗剪強度平均值及標準值

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

5.2 抗剪強度設計值

根據GB 50003—2011規定，磚砌體的抗剪強度設計公式為：

根據規范規定，在施工質量控制等級為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計值fv與然后將現行規范規定的磚砌體抗剪強度設計值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頁巖磚砌體的抗剪強度設計值比規范規定的設計值要高出許多，這說明若按照現行規范規定的抗剪強度公式來計算造紙黑泥燒結頁巖磚砌體會有較大的富裕度且結果偏于保守。

表6 造紙黑泥燒結頁巖磚砌體的抗剪強度設計值

6 小結

（1）在造紙黑泥燒結頁巖磚砌體的抗剪破壞形態中，其單剪破壞和雙剪破壞占整個試件破壞的絕大多數，但是不管是實心磚砌體還是多孔磚砌體都出現了磚體破壞的現象，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，同時造紙黑泥燒結頁巖磚的強度沒有純頁巖磚的強度高，所以就有可能導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）相較于規范值，造紙黑泥燒結頁巖磚砌體的抗剪強度要高；隨著建材業的快速發展，造紙黑泥燒結頁巖磚的生產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和設計值fv可本文取值，不僅可以滿足規范可靠度要求而且還可以節省能源。