蒸压灰砂加气混凝土砌体抗剪性能试验研究

蒸压灰砂加气混凝土砌体抗剪性能试验研究

这种优质混凝土具有良好的环保性能、良好的耐候性和低导电性，在欧洲、澳大利亚和亚太地区得到了广泛应用。在国外，对材料本身的性能试验和理论分析进行了大量研究，但对蒸压混凝土承载量的力学研究较少。在国内,随着蒸压加气混凝土的推广应用,对其各方面性能的研究也逐步深入.浙江大学、清华大学分别对粉煤灰加气混凝土砌体和矿渣砂加气混凝土砌块、砌体进行了试验研究.本文所采用的蒸压灰砂加气混凝土与蒸压矿渣砂、粉煤灰加气混凝土有很多相似之处,但因材料不同,它们的各种力学性能也有较大差异,所以若将蒸压灰砂加气混凝土砌块用于承重墙体,其基本力学性能方面尚待进一步研究.对于承重砌体,特别是地震区的承重砌体,其抗剪强度是验算结构抗震性能的重要指标,对结构的安全性有重大影响.笔者对8组蒸压灰砂加气混凝土砌体沿通缝截面的抗剪强度fv进行了试验研究,分析了其破坏特征,讨论了影响抗剪强度的主要因素,提出了抗剪强度平均值基本公式,为今后进行更深入的研究奠定了基础.1试验总结1.1充填后受剪面尺寸.试件由以水泥、石灰和砂为主要原材料的蒸压灰砂加气混凝土砌块及专用薄型砂浆砌筑而成,砂浆厚度为3mm.试件几何尺寸如表1和图1所示,每个试件共有4个受剪面,由2大2小砌块在水平方向砌筑而成,中皮2小砌块间的竖缝留空,且左右水平灰缝不得相连.1.2抗剪强度计算方法待试件的砂浆达预计强度后,在普通试验机上进行加载试验.试验时加载方式采用图2所示的两种方法,其中SS组采用方法(a)加载,其余采用方法(b)加载.安装并对中试件后,采用连续加荷,当有一个受剪面剪坏即认为试件破坏.式中:Fv为抗剪强度,MPa;b为砌体试件的宽度,mm;h为试件的剪切面长度,mm.2试验结果与分析2.1试验结果及破坏现象整个试验加载过程时间较为短暂.在加载初期,试件既未开裂也未发生滑移现象,但随着荷载的增加试件很快便达到其抗剪承载力,有2个或3个剪切面同时被剪坏.试验结果及破坏现象如表2所示.2.2灰缝处的垂直正应力试件中间砌块上作用的荷载由两旁灰缝上的剪应力所支承.假设剪应力沿缝长均匀分布,可得砌块各截面的轴力和平均正应力为三角形分布.由于荷载偏离灰缝还将在灰缝处产生垂直正应力,见图3.试件边缘砌块承受沿灰缝上相互平衡的剪应力作用,使各截面产生三角形分布的轴力,由于剪应力作用在砌块的一侧,相当于偏心受压,正应力分布不均匀.边砌块在剪应力作用下,如果没有灰缝约束,将向外侧凸起,灰缝限制了这种变形,在与砌块的接触面上产生垂直正应力,因为砌块无y方向的荷载,垂直正应力的和应该为零,假设此应力为直线分布,则边砌块的受力如图3所示.2.3砂浆层压剪应力对试件破坏的影响试验结果表明,蒸压灰砂加气混凝土砌体的破坏可以分为剪切破坏和黏结破坏两种形态.1)剪切破坏.试件大多发生此类破坏,破坏发生在砂浆层.从受力分析可知,砂浆层受正应力和剪应力的共同作用,当其受到的剪应力达到抗剪强度时,试件破坏.2)黏结破坏.试件发生此类破坏主要在于砌筑的质量,在黏结面处砂浆与砌块接触面积小或黏结较差,在荷载较小时便发生破坏,破坏表面较光滑.2.4抗剪强度的影响因素通过以上的试验现象和结果,可以发现影响砌体通缝抗剪强度的因素较多,除砂浆强度、砌筑质量和加载方法对抗剪强度有影响之外,灰缝长度、砌块尺寸等也对砌体的抗剪强度产生较大影响.2.4.1砂浆强度对抗剪强度的影响试件的破坏面大多沿砌体灰缝截面发生,因此砂浆强度对抗剪强度影响较大.从表2可以看出,试件SS1、SS2、SS3三组中砌块强度相同,通过养护,砂浆的强度分别为2.6MPa、7.6MPa及14.8MPa,依次增大,抗剪强度分别为0.074MPa、0.113MPa和0.151MPa,呈逐渐增大趋势.砌体沿灰缝剪切破坏时,抗剪强度随砂浆强度的提高明显增大.2.4.2抗剪强度的影响砂浆与块体间的黏结强度对砌体的抗剪强度有较大影响,而砂浆的饱满度影响砌体的质量,势必会影响砌体的抗剪强度.SS2-3比SS2同组其他试件的抗剪强度降低很多,经观察发现,此试件砌筑时灰缝不够均匀、密实,导致砂浆没有与砌块较好地黏结,抗剪能力较弱,受力时此剪切面首先被破坏,导致其他剪切面的应力瞬间增大从而随之破坏.从图4可以看出破坏前的砌筑状况.2.4.3抗剪强度比较灰缝的抗剪强度随着正应力的变化而有很大变化.当正应力为压应力时,抗剪强度增加,当正应力为拉应力时,抗剪强度则减小.SS3组试件与S3组试件同条件对比图2(a)、(b)两种加载方式,S3比SS3组试件的抗剪强度值有所提高.原因是采用图2(a)加载方式,剪切荷载离灰缝较远,偏心距较大,灰缝处正应力对砌体抗剪强度的影响较大,而采用图2(b)加载方式的试件的受力状态更接近于纯剪状态,详细分析见文献.2.4.4砌体通缝抗剪强度由试验结果可以看出,通缝抗剪试验所选试件的尺寸不同,所得的通缝抗剪强度也不同.随着砌体中砌块尺寸的增大,其通缝抗剪强度逐渐降低.S5、S3两组试件的尺寸依次减小,而砌体的通缝抗剪强度分别为0.152MPa和0.192MPa,依次增大.2.4.5砌体热缝强度剪应力沿灰缝分布情况与灰缝长度密切相关,灰缝越长,剪应力分布越不均匀,即最大剪应力与平均剪应力的比值τmax/τ越大,如图5所示.试验中可以观察到,通缝破坏时首先在最大剪应力处发生局部破坏,然后由于剪切面积减小而全截面破坏,所以抗剪强度受最大剪应力控制.对比S5与SG2两组试验结果,在其他条件相同的情况下,S5试件灰缝长度比SG2长,砌体的通缝抗剪强度则比SG2低.3抗剪强度计算公式的确定依据试验数据,以f2为横坐标fv,m为纵坐标,通过对SS1、SS2、SS3、S3和SG15组试件的试验结果回归分析(见图6),得到回归公式为(1)式中:fv,m为砌体平均抗剪强度,MPa;f2为以标准试验方法测得的砂浆强度,MPa.此公式与我国《砌体结构设计规范》对于各类砌体的抗剪强度平均值采用的计算公式形式相似,为方便工程设计应用,对公式(1)进行修正,提出建议的计算公式为表3为抗剪强度试验值与式(2)计算值的比较.由表3可知,SS1、SS2两组试件的试验值与计算值之比均小于1,但由于这两组试件的加载方式对抗剪强度影响较大,所以其实际抗剪强度应大于试验值,与计算值之比更加接近1或略大于1;S3、SG1两组试件的加载方式接近纯剪状态,试验值与计算值之比均大于1,但差别不大.综上所述,可以认为式(2)的计算值与表中4组试件的实际抗剪强度吻合较好,且偏于安全.但在实际应用中,蒸压加气混凝土原型砌块的截面尺寸为250mm×250mm,而表3中的4组试件所用的均为模型砌块,截面尺寸为125mm×125mm,考虑尺寸效应对抗剪强度的影响,将式(2)中的系数根据S5和SG2两组试验结果进行折减,折减系数取为0.8,则式(2)变为表4为考虑尺寸效应折减系数后的计算值与试验值比较.可见计算值与试验值吻合较好,并有一定的安全储备,所以建议取式(3)作为灰砂加气混凝土砌体抗剪强度平均值的计算公式.4试验结果分析(1)砌体通缝抗剪破坏可分为剪切破坏和黏结破坏两种形态.在保证砌筑质量的前提下,大多发生剪切破坏.(2)通过观察破坏现象并对比试验数据发现,砌体通缝抗剪强度受砂浆强度的影响很大,且随砂浆强度的提高而提高.(3)通过采取不同加载方法,对比分析了不同加载方法对通缝剪切破坏形态的影响,两种加载方式均难以消除正应力对纯剪试验结果的影响,所以测得的抗剪强度较实际的抗剪强度偏小.(4)砌筑质量对砌体抗剪强度影响较大,而此种砌体灰缝厚度较其他砌体要小很多,砌筑质量不容易控制,因而仍需进一步研究其砌筑工法,保证砌筑质量的稳定性.(5)原型砌块的尺寸较大,可以提高施工速度,但应考虑