蒸压灰砂砖砌体基本力学性能试验研究

蒸压灰砂砖砌体基本力学性能试验研究

自20世纪初中国从国外引进蒸压灰砂砖以来，其发展和应用相对缓慢。随着“非实体”政策的引入，利用蒸压灰砂砖的应用逐步推广。为了解决该标准应用中的问题，作者进行了一些试验，主要包括：水泥、压裂、剪切、弯曲强度和抗弯强度。1材料的性能1.1灰砂层的蒸压试件准备及试验步骤按文献的规定进行.加压设备采用200t压力试验机.1抗折强度试验MU10,MU15和MU20蒸压灰砂砖的抗折强度试验平均值分别为3.6,4.0和4.5MPa.由试验可知:随着砖强度等级的增大其抗折强度平均值大约以10%的比例递增.2试验设计MU10,MU15和MU20蒸压灰砂砖的抗压强度试验平均值分别为14.5,18.5和21.4MPa;MU10,MU15和MU20蒸压灰砂砖的压折比结果分别为4.03,4.63和4.76.1.2砂浆强度的计算试验所采用的砂浆由325#水泥、中砂、石灰和水配制而成,砂浆的拌制按照规定进行.砂浆试块采用钢制标准三连模制作,按照规定进行砂浆立方体抗压强度试验.试验设备采用200t压力机,用M5,M7.5和M10的砂浆进行抗压强度试验,其抗压强度平均值分别为3.6,7.2和11.0MPa,用M5,M7.5和M10的砂浆进行抗剪强度和弯曲抗拉强度试验,其强度平均值分别为3.5,6.8和10.7MPa,本研究均采用实际的砂浆强度(即砂浆的强度平均值)进行计算.2灰砂砖法的抗压强度试验2.1试件设计和制作蒸压灰砂砖砌体的抗压强度试验试件编号见表1.加载装置采用YAW-J10000F型液压式压剪机.本试验试件全部砌筑在带吊钩的100mm厚混凝土垫块上,试件的截面设计尺寸为240mm×370mm,设计高度为720mm,试件的高厚比为β≈3.2.2试验现象与理论分析2.2.1开始微生物破坏阶段从试验过程可以观察到,蒸压灰砂砖砌体从开始受压至破坏过程与普通粘土实心砖砌体相似,分为3个阶段:初裂缝阶段、发展阶段和破坏阶段(如图1所示).2.2.2混凝土空心砌石施工体内部裂缝分析从蒸压灰砂砖砌体抗压强度试验可以看出,蒸压灰砂砖砌体受压破坏的特点有:1)蒸压灰砂砖砌体的初裂缝出现的位置及出现过程与普通粘土实心砖砌体是相似的,但初裂缝的出现较粘土实心砖砌体晚,较混凝土空心砌块砌体要早.从受压到破坏的过程中,蒸压灰砂砖砌体的裂缝数目比粘土实心砖砌体少.2)蒸压灰砂砖砌体的主裂缝是沿竖向灰缝发展的,这是因为在砌体砌筑时,竖向灰缝不能很好地填实,砖在竖向灰缝处易产生应力集中所致.3)初裂缝出现在长纵面还是端面取决于试件对中情况,实际情况并非理想的轴心受压,而是双向偏心受压,只不过是两个方向偏心程度不同.本试验中由于试验场地环境条件的影响易造成沿试件平面纵向偏心较大,使得该方向的附加弯矩较大,从而在偏心一侧的端面产生较大的附加压应力,故多数试件的初裂缝出现在端面竖向灰缝的中间位置附近.2.3试验结果蒸压灰砂砖砌体的抗压强度试验结果见表2.2.4实心砖体的作用蒸压灰砂砖砌体作为砌体的一种,有许多影响其他砖砌体抗压强度的因素对其同样起作用,如:块体和砂浆的强度、砖的含水率、砂浆的变形及和易性、竖向灰缝填满程度、养护龄期、高厚比、加载钢板刚度、试件对中好坏和试件尺寸及试验方法等因素.此外,还有一些不同于其他实心砖砌体的因素.1砌体内块体受拉强度块体的外形对砌体强度有着明显的影响,蒸压灰砂砖是采用机械化成型生产,其形状比粘土实心砖规整,因此,块体的弯矩和剪力的不利影响相对较小.另外,从蒸压灰砂砖的抗折试验结果可知,其抗折强度比较高,从而使砌体强度相对提高.因为砌体内的块体理论上为均匀受压,但实际中由于砌体内灰缝厚薄不一,砂浆的饱满度和密实度不均匀,以及砖表面不完全规整,使得砖处于受弯、受剪和受拉的复杂应力状态.当砖的平整度增大时,其底面有效受压面积相应加大,相对提高了块体抗弯、抗剪和抗拉的能力,从而提高了砌体的抗压强度.砌体受压时的受力机理可用约束砂浆非线性特性和块体劈裂强度理论描述.虽然棱柱体的受压破坏表现为块体的劈裂,但的确是由于砂浆引起的拉应力所致.由于砂浆非线性变形特性,横向拉应力与压力并不成正比例,棱柱体强度取决于块体在双轴拉-压应力下的强度.由Atkinson提出的叠砌棱柱体砖内横向应力计算公式可知,适当增大砂浆厚度,可减小块体所受的横向拉应力,提高块体抗压强度发挥的程度,从而达到提高砌体抗压强度的效果.2砌体强度和强度砌筑质量的影响体现在:砂浆的饱满度、砂浆的厚度、试件底部及角部的砂浆饱满度、试件的垂直度和试件顶部的平整度等几方面.吕锡昭在进行粘土多孔砖砌体抗压试验时,做了大批的多孔砖试件.第一批373个试件,试验平均值低于规范值的11%.第二批118个试件,试验平均值高于规范值的12%,而且数据离散性较小.据作者分析,两批试件强度相差近25%的主要原因是试件制作质量的不同,第一批接近于实际施工条件,由数名农村瓦工在露天场地砌筑,养护条件较差.第二批是在试验室内由一名专职瓦工砌筑,砖提前浇水至湿润,水平缝和竖缝的砂浆都很饱满.由此可以看出,砌筑质量对砌体抗压强度有影响.砌筑质量的影响是多方面的,如:块体在砌筑时的含水率和工人的技术水平等,其中砂浆水平灰缝的饱满度影响较大.我国现行的《砌体工程施工质量验收规范》规定,水平灰缝砂浆饱满度不得低于80%.四川省科学研究院的试验资料表明,当砂浆饱满度由80%降低到65%时,砌体强度降低20%左右.3灰砂砖法的抗剪强度试验3.1抗剪强度试验砌体的抗剪强度是砌体进行抗震验算的基本性能指标,它可以分为沿通缝抗剪强度和沿阶梯形截面的抗剪强度.研究表明:实际工程中竖向灰缝的砂浆很难饱满,并且由于砂浆硬化时的收缩而大大削弱甚至完全破坏竖向灰缝和砖的粘结,因此,对于竖向灰缝的粘结强度可以不予考虑.同时考虑到砌体沿通缝截面和沿阶梯形截面的抗剪强度相等,本试验只做砌体沿通缝截面的抗剪强度试验,试件编号见表3.3.2试验现象与理论分析3.2.1受剪面破坏形态抗剪试件从加载到破坏没有明显的预兆,试件表面也未见明显的裂缝开展.当试件加压至受剪承载力的极限时,沿受剪面突然发生破坏.多数试件的破坏发生在一个受剪面,破坏呈明显的脆性特征.其破坏形态主要分为3种:破坏形态Ⅰ的破坏发生在砂浆层与块体的粘结面,其破坏较为平整;大多数试件在破坏时类似破坏形态Ⅰ.破坏形态Ⅱ表现为受剪面中部的砂浆在主拉应力下沿45°角方向被拉断,砖的小部分遭到破坏;破坏形态Ⅲ的破坏截面为块体截面及砂浆层与块体的粘结面,砂浆层本身未发生明显的破坏.其中最典型的是V502试件,破坏时蒸压灰砂砖被剪断.试件的几种破坏形态如图2所示.3.2.2砌体剪切破坏形态从试件破坏情况看,绝大多数试件都是单面破坏且多为砌筑状态的水平灰缝上表面,双面剪坏情况很少.主要原因:①加载过程中,无法保证上、下加荷点绝对对称,加载面绝对平整,从而多为单面破坏的情况.②试件在养护期间,砂浆发生流动、硬化和收缩,从而增加了灰缝下层砖的“销键”作用和饱满性,并有可能使灰缝与上一层砖“脱接”削弱其“销键”作用和密实性.蒸压灰砂砖砌体的剪切破坏形态较为复杂,与混凝土多孔砖砌体的剪切破坏形态类似,这一点与粘土实心砖不同.蒸压灰砂砖砌体的剪切破坏大多数为破坏形态Ⅰ,只有少数试件的剪切破坏为破坏形态II和III.3.3试验结果蒸压灰砂砖砌体的抗剪强度试验结果见表4.3.4灰砂层水泥的抗弯强度分析1缝的饱满度砌筑质量对于砌体抗剪强度的影响是很大的.砌筑质量的好坏直接影响到砂浆灰缝的饱满度,从而影响砌体通缝抗剪强度.当砌体的水平或垂直灰缝的砂浆饱满度接近于零时,使齿缝抗剪强度降低45%～50%.当竖缝很不饱满或严重失水时,对砌体的轴压影响很小,而齿缝抗剪强度的损失达60%以上.2砂浆与块体强度的最优组合表4中第2组抗剪试件的抗剪强度试验值是最大的,与按文献的规定:fvm=k5f2−−√fvm=k5f2(只考虑砂浆强度因素,没有考虑与砂浆组砌的块体强度差异因素)计算的结果是矛盾的,因为第2组与第3组都是用同一盘砂浆砌筑的,故其抗剪强度试验值理应差别不大,但实际试验结果却相差甚远.而如果从砂浆与块体的强度存在最优组合的角度方面考虑的话,则可以很好地解释第2组(与MU10的砖组砌的试件)的抗剪强度试验值比第3组(与MU20的砖组砌的试件)的抗剪强度试验值相差甚远的问题,类似情况在后面的抗弯试验中同样可以看到(可排除砂浆的离散性因素).这说明砂浆与砌块的强度之间存在着最优组合,具体情况须另做专题试验进行研究.4灰砂砖桩弯曲性能试验4.1加载装置的组成蒸压灰砂砖砌体的抗拉强度试验试件编号见表5.加载装置采用由混凝土台座、10t油压千斤顶、反力架、力传感器、测力仪、荷载分配梁和滚动支座组成的加载系统.4.2试验现象与理论分析4.2.1试件破坏形态蒸压灰砂砖砌体弯曲抗拉试件无论是沿通缝截面还是沿齿缝截面发生破坏,从加载到破坏均没有明显的预兆,试件表面也未见明显的裂缝开展.当试件加压至弯曲抗拉极限承载力时,在弯曲抗拉试件垮中1/3范围内某处发生突然的破坏表现为明显的脆性性质.多数试件的破坏发生在弯曲抗拉试件垮中位置附近.其破坏形态分为两大类:①蒸压灰砂砖砌体沿通缝截面弯曲抗拉试件的破坏发生在砂浆层与块体的粘结面,破坏面非常平整,表现为沿通缝截面破坏,如图3所示.②蒸压灰砂砖砌体沿齿缝截面弯曲抗拉试件的破坏截面形态分为几种破坏型式:其破坏截面部分为沿灰缝,部分为沿砖截面发生破坏,如图4所示.其具体特征分别表现为:沿跨中某个截面断裂(即在一个截面上将砖和砂浆一齐拉断);沿齿形灰缝发生松动破坏,但整个试件并未明显错位或断裂;在跨中某个截面沿齿形灰缝断裂(砖未发生明显破坏).4.2.2沿通缝截面弯曲抗拉试件从试件破坏情况看,所有试件发生破坏时,破坏部位均在弯曲抗拉试件垮中1/3范围内.这是因为该试验加载方式下,试件垮中1/3范围内为纯弯段,在该纯弯段内弯矩相等且为最大值.在弯矩作用下,试件下部产生拉应力,而蒸压灰砂砖砌体为脆性构件,故沿通缝截面弯曲抗拉试件的破坏发生在砂浆层与块体的粘结面;沿齿缝截面弯曲抗拉试件的破坏截面形态虽然有几种典型的齿型截面破坏型式,但其破坏截面部分仍然发生在试件垮中1/3范围内.4.3试验结果蒸压灰砂砖砌体弯曲抗拉强度试验结果见表6.4.4灰砂层压结构的弯曲固定性能4.4.1表1中弯曲牵引的影响因素分析1弯曲强度高由于不同的砌筑方式使砂浆层与块体的整体作用情况不同,通过试验数据可以看出:沿齿缝截面破坏的试件比沿通缝截面破坏的试件的弯曲抗拉强度高出一倍多,同时沿齿缝截面破坏试件的试验平均值比文献的弯曲抗拉强度要求值高,特别是第2组的试验平均值比文献的弯曲抗拉强度要求值高一倍;而沿通缝截面破坏试件的弯曲抗拉强度试验平均值比文献的弯曲抗拉强度要求值低.22施工质量的影响由表6试验数据可知:同组各试件的弯曲抗拉强度试验值差别大,试验数据具有明显的离散性,其主要原因是由施工质量的好坏造成的.3砂浆弯曲强度由表6数据可知:第2组试件的弯曲抗拉强度试验值是最大的,与按文献的规定:ftm‚m=k4f2−−√ftm‚m=k4f2(只考虑砂浆强度因素,没有考虑与砂浆组砌的块体强度差异因素)计算的结果是矛盾的,因为第2组与第3组都是用同一盘砂浆砌筑的,故其弯曲抗拉强度试验值理应差别不大,但实际试验结果却相差甚远.这说明砂浆与砌块的强度之间存在着最优组合.4.4.2弯曲强度的计算由表6的试验结果可知,沿通缝弯曲抗拉强度试验值要明显低于规范值,蒸压灰砂砖砌体沿通缝弯曲抗拉强度试验平均值与规范值的比值为0.824,沿齿缝弯曲抗拉强度试验平均值与规范值的比值为1.692.用公式ftm‚m=k4f2−−√ftm‚m=k4f2对试验进行回归分析,通过回归分析得到蒸压灰砂砖砌体弯曲抗拉强度计算公式为:沿通缝ftm‚m=0.07f2−−√ftm‚m=0.07f2;沿齿缝ftm‚m=0.25f2−−√.ftm‚m=0.25f2.5蒸压灰砂砖砌体基本力学性能试验1)3种强度等级的蒸压灰砂砖的抗折强度均比较高,其抗折强度平均值以10%的比例递增.2)3种