蒸壓灰砂磚砌體基本力學(xué)性能試驗(yàn)研究

蒸壓灰砂磚砌體基本力學(xué)性能試驗(yàn)研究

自20世紀(jì)初中國從國外引進(jìn)蒸壓灰砂磚以來，其發(fā)展和應(yīng)用相對緩慢。隨著“非實(shí)體”政策的引入，利用蒸壓灰砂磚的應(yīng)用逐步推廣。為了解決該標(biāo)準(zhǔn)應(yīng)用中的問題，作者進(jìn)行了一些試驗(yàn)，主要包括：水泥、壓裂、剪切、彎曲強(qiáng)度和抗彎強(qiáng)度。1材料的性能1.1灰砂層的蒸壓試件準(zhǔn)備及試驗(yàn)步驟按文獻(xiàn)的規(guī)定進(jìn)行.加壓設(shè)備采用200t壓力試驗(yàn)機(jī).1抗折強(qiáng)度試驗(yàn)MU10,MU15和MU20蒸壓灰砂磚的抗折強(qiáng)度試驗(yàn)平均值分別為3.6,4.0和4.5MPa.由試驗(yàn)可知:隨著磚強(qiáng)度等級的增大其抗折強(qiáng)度平均值大約以10%的比例遞增.2試驗(yàn)設(shè)計(jì)MU10,MU15和MU20蒸壓灰砂磚的抗壓強(qiáng)度試驗(yàn)平均值分別為14.5,18.5和21.4MPa;MU10,MU15和MU20蒸壓灰砂磚的壓折比結(jié)果分別為4.03,4.63和4.76.1.2砂漿強(qiáng)度的計(jì)算試驗(yàn)所采用的砂漿由325#水泥、中砂、石灰和水配制而成,砂漿的拌制按照規(guī)定進(jìn)行.砂漿試塊采用鋼制標(biāo)準(zhǔn)三連模制作,按照規(guī)定進(jìn)行砂漿立方體抗壓強(qiáng)度試驗(yàn).試驗(yàn)設(shè)備采用200t壓力機(jī),用M5,M7.5和M10的砂漿進(jìn)行抗壓強(qiáng)度試驗(yàn),其抗壓強(qiáng)度平均值分別為3.6,7.2和11.0MPa,用M5,M7.5和M10的砂漿進(jìn)行抗剪強(qiáng)度和彎曲抗拉強(qiáng)度試驗(yàn),其強(qiáng)度平均值分別為3.5,6.8和10.7MPa,本研究均采用實(shí)際的砂漿強(qiáng)度(即砂漿的強(qiáng)度平均值)進(jìn)行計(jì)算.2灰砂磚法的抗壓強(qiáng)度試驗(yàn)2.1試件設(shè)計(jì)和制作蒸壓灰砂磚砌體的抗壓強(qiáng)度試驗(yàn)試件編號見表1.加載裝置采用YAW-J10000F型液壓式壓剪機(jī).本試驗(yàn)試件全部砌筑在帶吊鉤的100mm厚混凝土墊塊上,試件的截面設(shè)計(jì)尺寸為240mm×370mm,設(shè)計(jì)高度為720mm,試件的高厚比為β≈3.2.2試驗(yàn)現(xiàn)象與理論分析2.2.1開始微生物破壞階段從試驗(yàn)過程可以觀察到,蒸壓灰砂磚砌體從開始受壓至破壞過程與普通粘土實(shí)心磚砌體相似,分為3個(gè)階段:初裂縫階段、發(fā)展階段和破壞階段(如圖1所示).2.2.2混凝土空心砌石施工體內(nèi)部裂縫分析從蒸壓灰砂磚砌體抗壓強(qiáng)度試驗(yàn)可以看出,蒸壓灰砂磚砌體受壓破壞的特點(diǎn)有:1)蒸壓灰砂磚砌體的初裂縫出現(xiàn)的位置及出現(xiàn)過程與普通粘土實(shí)心磚砌體是相似的,但初裂縫的出現(xiàn)較粘土實(shí)心磚砌體晚,較混凝土空心砌塊砌體要早.從受壓到破壞的過程中,蒸壓灰砂磚砌體的裂縫數(shù)目比粘土實(shí)心磚砌體少.2)蒸壓灰砂磚砌體的主裂縫是沿豎向灰縫發(fā)展的,這是因?yàn)樵谄鲶w砌筑時(shí),豎向灰縫不能很好地填實(shí),磚在豎向灰縫處易產(chǎn)生應(yīng)力集中所致.3)初裂縫出現(xiàn)在長縱面還是端面取決于試件對中情況,實(shí)際情況并非理想的軸心受壓,而是雙向偏心受壓,只不過是兩個(gè)方向偏心程度不同.本試驗(yàn)中由于試驗(yàn)場地環(huán)境條件的影響易造成沿試件平面縱向偏心較大,使得該方向的附加彎矩較大,從而在偏心一側(cè)的端面產(chǎn)生較大的附加壓應(yīng)力,故多數(shù)試件的初裂縫出現(xiàn)在端面豎向灰縫的中間位置附近.2.3試驗(yàn)結(jié)果蒸壓灰砂磚砌體的抗壓強(qiáng)度試驗(yàn)結(jié)果見表2.2.4實(shí)心磚體的作用蒸壓灰砂磚砌體作為砌體的一種,有許多影響其他磚砌體抗壓強(qiáng)度的因素對其同樣起作用,如:塊體和砂漿的強(qiáng)度、磚的含水率、砂漿的變形及和易性、豎向灰縫填滿程度、養(yǎng)護(hù)齡期、高厚比、加載鋼板剛度、試件對中好壞和試件尺寸及試驗(yàn)方法等因素.此外,還有一些不同于其他實(shí)心磚砌體的因素.1砌體內(nèi)塊體受拉強(qiáng)度塊體的外形對砌體強(qiáng)度有著明顯的影響,蒸壓灰砂磚是采用機(jī)械化成型生產(chǎn),其形狀比粘土實(shí)心磚規(guī)整,因此,塊體的彎矩和剪力的不利影響相對較小.另外,從蒸壓灰砂磚的抗折試驗(yàn)結(jié)果可知,其抗折強(qiáng)度比較高,從而使砌體強(qiáng)度相對提高.因?yàn)槠鲶w內(nèi)的塊體理論上為均勻受壓,但實(shí)際中由于砌體內(nèi)灰縫厚薄不一,砂漿的飽滿度和密實(shí)度不均勻,以及磚表面不完全規(guī)整,使得磚處于受彎、受剪和受拉的復(fù)雜應(yīng)力狀態(tài).當(dāng)磚的平整度增大時(shí),其底面有效受壓面積相應(yīng)加大,相對提高了塊體抗彎、抗剪和抗拉的能力,從而提高了砌體的抗壓強(qiáng)度.砌體受壓時(shí)的受力機(jī)理可用約束砂漿非線性特性和塊體劈裂強(qiáng)度理論描述.雖然棱柱體的受壓破壞表現(xiàn)為塊體的劈裂,但的確是由于砂漿引起的拉應(yīng)力所致.由于砂漿非線性變形特性,橫向拉應(yīng)力與壓力并不成正比例,棱柱體強(qiáng)度取決于塊體在雙軸拉-壓應(yīng)力下的強(qiáng)度.由Atkinson提出的疊砌棱柱體磚內(nèi)橫向應(yīng)力計(jì)算公式可知,適當(dāng)增大砂漿厚度,可減小塊體所受的橫向拉應(yīng)力,提高塊體抗壓強(qiáng)度發(fā)揮的程度,從而達(dá)到提高砌體抗壓強(qiáng)度的效果.2砌體強(qiáng)度和強(qiáng)度砌筑質(zhì)量的影響體現(xiàn)在:砂漿的飽滿度、砂漿的厚度、試件底部及角部的砂漿飽滿度、試件的垂直度和試件頂部的平整度等幾方面.呂錫昭在進(jìn)行粘土多孔磚砌體抗壓試驗(yàn)時(shí),做了大批的多孔磚試件.第一批373個(gè)試件,試驗(yàn)平均值低于規(guī)范值的11%.第二批118個(gè)試件,試驗(yàn)平均值高于規(guī)范值的12%,而且數(shù)據(jù)離散性較小.據(jù)作者分析,兩批試件強(qiáng)度相差近25%的主要原因是試件制作質(zhì)量的不同,第一批接近于實(shí)際施工條件,由數(shù)名農(nóng)村瓦工在露天場地砌筑,養(yǎng)護(hù)條件較差.第二批是在試驗(yàn)室內(nèi)由一名專職瓦工砌筑,磚提前澆水至濕潤,水平縫和豎縫的砂漿都很飽滿.由此可以看出,砌筑質(zhì)量對砌體抗壓強(qiáng)度有影響.砌筑質(zhì)量的影響是多方面的,如:塊體在砌筑時(shí)的含水率和工人的技術(shù)水平等,其中砂漿水平灰縫的飽滿度影響較大.我國現(xiàn)行的《砌體工程施工質(zhì)量驗(yàn)收規(guī)范》規(guī)定,水平灰縫砂漿飽滿度不得低于80%.四川省科學(xué)研究院的試驗(yàn)資料表明,當(dāng)砂漿飽滿度由80%降低到65%時(shí),砌體強(qiáng)度降低20%左右.3灰砂磚法的抗剪強(qiáng)度試驗(yàn)3.1抗剪強(qiáng)度試驗(yàn)砌體的抗剪強(qiáng)度是砌體進(jìn)行抗震驗(yàn)算的基本性能指標(biāo),它可以分為沿通縫抗剪強(qiáng)度和沿階梯形截面的抗剪強(qiáng)度.研究表明:實(shí)際工程中豎向灰縫的砂漿很難飽滿,并且由于砂漿硬化時(shí)的收縮而大大削弱甚至完全破壞豎向灰縫和磚的粘結(jié),因此,對于豎向灰縫的粘結(jié)強(qiáng)度可以不予考慮.同時(shí)考慮到砌體沿通縫截面和沿階梯形截面的抗剪強(qiáng)度相等,本試驗(yàn)只做砌體沿通縫截面的抗剪強(qiáng)度試驗(yàn),試件編號見表3.3.2試驗(yàn)現(xiàn)象與理論分析3.2.1受剪面破壞形態(tài)抗剪試件從加載到破壞沒有明顯的預(yù)兆,試件表面也未見明顯的裂縫開展.當(dāng)試件加壓至受剪承載力的極限時(shí),沿受剪面突然發(fā)生破壞.多數(shù)試件的破壞發(fā)生在一個(gè)受剪面,破壞呈明顯的脆性特征.其破壞形態(tài)主要分為3種:破壞形態(tài)Ⅰ的破壞發(fā)生在砂漿層與塊體的粘結(jié)面,其破壞較為平整;大多數(shù)試件在破壞時(shí)類似破壞形態(tài)Ⅰ.破壞形態(tài)Ⅱ表現(xiàn)為受剪面中部的砂漿在主拉應(yīng)力下沿45°角方向被拉斷,磚的小部分遭到破壞;破壞形態(tài)Ⅲ的破壞截面為塊體截面及砂漿層與塊體的粘結(jié)面,砂漿層本身未發(fā)生明顯的破壞.其中最典型的是V502試件,破壞時(shí)蒸壓灰砂磚被剪斷.試件的幾種破壞形態(tài)如圖2所示.3.2.2砌體剪切破壞形態(tài)從試件破壞情況看,絕大多數(shù)試件都是單面破壞且多為砌筑狀態(tài)的水平灰縫上表面,雙面剪壞情況很少.主要原因:①加載過程中,無法保證上、下加荷點(diǎn)絕對對稱,加載面絕對平整,從而多為單面破壞的情況.②試件在養(yǎng)護(hù)期間,砂漿發(fā)生流動、硬化和收縮,從而增加了灰縫下層磚的“銷鍵”作用和飽滿性,并有可能使灰縫與上一層磚“脫接”削弱其“銷鍵”作用和密實(shí)性.蒸壓灰砂磚砌體的剪切破壞形態(tài)較為復(fù)雜,與混凝土多孔磚砌體的剪切破壞形態(tài)類似,這一點(diǎn)與粘土實(shí)心磚不同.蒸壓灰砂磚砌體的剪切破壞大多數(shù)為破壞形態(tài)Ⅰ,只有少數(shù)試件的剪切破壞為破壞形態(tài)II和III.3.3試驗(yàn)結(jié)果蒸壓灰砂磚砌體的抗剪強(qiáng)度試驗(yàn)結(jié)果見表4.3.4灰砂層水泥的抗彎強(qiáng)度分析1縫的飽滿度砌筑質(zhì)量對于砌體抗剪強(qiáng)度的影響是很大的.砌筑質(zhì)量的好壞直接影響到砂漿灰縫的飽滿度,從而影響砌體通縫抗剪強(qiáng)度.當(dāng)砌體的水平或垂直灰縫的砂漿飽滿度接近于零時(shí),使齒縫抗剪強(qiáng)度降低45%～50%.當(dāng)豎縫很不飽滿或嚴(yán)重失水時(shí),對砌體的軸壓影響很小,而齒縫抗剪強(qiáng)度的損失達(dá)60%以上.2砂漿與塊體強(qiáng)度的最優(yōu)組合表4中第2組抗剪試件的抗剪強(qiáng)度試驗(yàn)值是最大的,與按文獻(xiàn)的規(guī)定:fvm=k5f2??√fvm=k5f2(只考慮砂漿強(qiáng)度因素,沒有考慮與砂漿組砌的塊體強(qiáng)度差異因素)計(jì)算的結(jié)果是矛盾的,因?yàn)榈?組與第3組都是用同一盤砂漿砌筑的,故其抗剪強(qiáng)度試驗(yàn)值理應(yīng)差別不大,但實(shí)際試驗(yàn)結(jié)果卻相差甚遠(yuǎn).而如果從砂漿與塊體的強(qiáng)度存在最優(yōu)組合的角度方面考慮的話,則可以很好地解釋第2組(與MU10的磚組砌的試件)的抗剪強(qiáng)度試驗(yàn)值比第3組(與MU20的磚組砌的試件)的抗剪強(qiáng)度試驗(yàn)值相差甚遠(yuǎn)的問題,類似情況在后面的抗彎試驗(yàn)中同樣可以看到(可排除砂漿的離散性因素).這說明砂漿與砌塊的強(qiáng)度之間存在著最優(yōu)組合,具體情況須另做專題試驗(yàn)進(jìn)行研究.4灰砂磚樁彎曲性能試驗(yàn)4.1加載裝置的組成蒸壓灰砂磚砌體的抗拉強(qiáng)度試驗(yàn)試件編號見表5.加載裝置采用由混凝土臺座、10t油壓千斤頂、反力架、力傳感器、測力儀、荷載分配梁和滾動支座組成的加載系統(tǒng).4.2試驗(yàn)現(xiàn)象與理論分析4.2.1試件破壞形態(tài)蒸壓灰砂磚砌體彎曲抗拉試件無論是沿通縫截面還是沿齒縫截面發(fā)生破壞,從加載到破壞均沒有明顯的預(yù)兆,試件表面也未見明顯的裂縫開展.當(dāng)試件加壓至彎曲抗拉極限承載力時(shí),在彎曲抗拉試件垮中1/3范圍內(nèi)某處發(fā)生突然的破壞表現(xiàn)為明顯的脆性性質(zhì).多數(shù)試件的破壞發(fā)生在彎曲抗拉試件垮中位置附近.其破壞形態(tài)分為兩大類:①蒸壓灰砂磚砌體沿通縫截面彎曲抗拉試件的破壞發(fā)生在砂漿層與塊體的粘結(jié)面,破壞面非常平整,表現(xiàn)為沿通縫截面破壞,如圖3所示.②蒸壓灰砂磚砌體沿齒縫截面彎曲抗拉試件的破壞截面形態(tài)分為幾種破壞型式:其破壞截面部分為沿灰縫,部分為沿磚截面發(fā)生破壞,如圖4所示.其具體特征分別表現(xiàn)為:沿跨中某個(gè)截面斷裂(即在一個(gè)截面上將磚和砂漿一齊拉斷);沿齒形灰縫發(fā)生松動破壞,但整個(gè)試件并未明顯錯(cuò)位或斷裂;在跨中某個(gè)截面沿齒形灰縫斷裂(磚未發(fā)生明顯破壞).4.2.2沿通縫截面彎曲抗拉試件從試件破壞情況看,所有試件發(fā)生破壞時(shí),破壞部位均在彎曲抗拉試件垮中1/3范圍內(nèi).這是因?yàn)樵撛囼?yàn)加載方式下,試件垮中1/3范圍內(nèi)為純彎段,在該純彎段內(nèi)彎矩相等且為最大值.在彎矩作用下,試件下部產(chǎn)生拉應(yīng)力,而蒸壓灰砂磚砌體為脆性構(gòu)件,故沿通縫截面彎曲抗拉試件的破壞發(fā)生在砂漿層與塊體的粘結(jié)面;沿齒縫截面彎曲抗拉試件的破壞截面形態(tài)雖然有幾種典型的齒型截面破壞型式,但其破壞截面部分仍然發(fā)生在試件垮中1/3范圍內(nèi).4.3試驗(yàn)結(jié)果蒸壓灰砂磚砌體彎曲抗拉強(qiáng)度試驗(yàn)結(jié)果見表6.4.4灰砂層壓結(jié)構(gòu)的彎曲固定性能4.4.1表1中彎曲牽引的影響因素分析1彎曲強(qiáng)度高由于不同的砌筑方式使砂漿層與塊體的整體作用情況不同,通過試驗(yàn)數(shù)據(jù)可以看出:沿齒縫截面破壞的試件比沿通縫截面破壞的試件的彎曲抗拉強(qiáng)度高出一倍多,同時(shí)沿齒縫截面破壞試件的試驗(yàn)平均值比文獻(xiàn)的彎曲抗拉強(qiáng)度要求值高,特別是第2組的試驗(yàn)平均值比文獻(xiàn)的彎曲抗拉強(qiáng)度要求值高一倍;而沿通縫截面破壞試件的彎曲抗拉強(qiáng)度試驗(yàn)平均值比文獻(xiàn)的彎曲抗拉強(qiáng)度要求值低.22施工質(zhì)量的影響由表6試驗(yàn)數(shù)據(jù)可知:同組各試件的彎曲抗拉強(qiáng)度試驗(yàn)值差別大,試驗(yàn)數(shù)據(jù)具有明顯的離散性,其主要原因是由施工質(zhì)量的好壞造成的.3砂漿彎曲強(qiáng)度由表6數(shù)據(jù)可知:第2組試件的彎曲抗拉強(qiáng)度試驗(yàn)值是最大的,與按文獻(xiàn)的規(guī)定:ftm?m=k4f2??√ftm?m=k4f2(只考慮砂漿強(qiáng)度因素,沒有考慮與砂漿組砌的塊體強(qiáng)度差異因素)計(jì)算的結(jié)果是矛盾的,因?yàn)榈?組與第3組都是用同一盤砂漿砌筑的,故其彎曲抗拉強(qiáng)度試驗(yàn)值理應(yīng)差別不大,但實(shí)際試驗(yàn)結(jié)果卻相差甚遠(yuǎn).這說明砂漿與砌塊的強(qiáng)度之間存在著最優(yōu)組合.4.4.2彎曲強(qiáng)度的計(jì)算由表6的試驗(yàn)結(jié)果可知,沿通縫彎曲抗拉強(qiáng)度試驗(yàn)值要明顯低于規(guī)范值,蒸壓灰砂磚砌體沿通縫彎曲抗拉強(qiáng)度試驗(yàn)平均值與規(guī)范值的比值為0.824,沿齒縫彎曲抗拉強(qiáng)度試驗(yàn)平均值與規(guī)范值的比值為1.692.用公式ftm?m=k4f2??√ftm?m=k4f2對試驗(yàn)進(jìn)行回歸分析,通過回歸分析得到蒸壓灰砂磚砌體彎曲抗拉強(qiáng)度計(jì)算公式為:沿通縫ftm?m=0.07f2??√ftm?m=0.07f2;沿齒縫ftm?m=0.25f2??√.ftm?m=0.25f2.5蒸壓灰砂磚砌體基本力學(xué)性能試驗(yàn)1)3種強(qiáng)度等級的蒸壓灰砂磚的抗折強(qiáng)度均比較高,其抗折強(qiáng)度平均值以10%的比例遞增.2)3種