新型利廢自保溫混凝土空心砌塊砌體抗剪性能試驗研究

鮑方偉，孫偉民，郭樟根

（南京工業大學土木工程學院，江蘇 南京 210009）

0 前 言

砌體結構在我國廣大城鎮及農村地區被廣泛應用，砌體抗剪性能作為砌體結構的基本性能指標具有重大研究意義，對于抗震設防地區的砌體結構而言，砌體抗剪性能更是衡量結構抗震性能的基本指標。作為尚處于開發階段的節能墻材——自保溫混凝土砌塊，目前國內對其抗剪性能研究還較少。本試驗研究的自保溫混凝土砌塊具有熱工性能良好、抗壓強度滿足使用要求、質輕、節能、利廢、生產價格低廉、施工方便等一系列優點，而且大規模生產自保溫混凝土砌塊是解決廢棄巖棉再次利用的關鍵[1]。

1 試驗概況

1.1 自保溫混凝土砌塊

本試驗所用的自保溫混凝土砌塊是由南京瑪莎新型建筑材料有限責任公司制作，采用南京工業大學王劍關于自保溫混凝土研究的相關理論和配合比進行指導生產，結合實際情況進行了細微調整[2]，混凝土中摻加了珍珠巖及廢棄的巖棉。本文配制的自保溫混凝土預期強度等級為C15，生產的自保溫混凝土砌塊預期強度等級為MU7.5。

試驗所用混凝土砌塊實際達到的強度為7.2 MPa，略低于預期強度。砌塊尺寸為190mm×190mm×390mm，如圖1所示。

圖1 自保溫混凝土砌塊

圖2 加載裝置

圖3 抗剪試驗破壞形態

砂漿試塊抗壓強度試驗結果 表1

自保溫空心砌塊墻體傳熱系數為K=0.95 W/(m2K)傳熱系數均小于《夏熱冬冷地區居住建筑節能設計標準》[3]（JGJ134-2010）規定的限值1.5 W/(m2K)，達到50%建筑節能要求。

1.2 試件制作

根據《砌體基本力學性能試驗方法標準》（GB/T50129-2011）[4]相關規定制作自保溫混凝土砌塊砌體沿通縫截面抗剪試件，分別編號為A、B、C，每種砂漿各做6個試件，共18個試件，A、B、C三組試件砂漿實測值見表1。自保溫混凝土砌塊實測抗壓強度平均值為7.2MPa。

抗剪強度對比 表2

k5計算值與規范值得比較 表3

試件抗剪試驗結果 表4

1.3 試驗方法

試驗壓力機采用勻速連續加載方式，應避免沖擊。加載速度宜按試件在1min～3min內破壞進行控制，當抗剪試件的兩個受剪面中有一個被剪壞即可認為試件破壞[5]，試驗過程中記錄試件破壞形態和破壞荷載值。加載裝置如圖2所示。

2 試驗結果及分析

2.1 試驗現象

試驗中，自保溫混凝土砌塊砌體抗剪試件從開始加載到完全破壞過程中無裂縫出現，當荷載加至破壞荷載時，受剪面砂漿與砌塊粘結面突然發生剪切破壞，是無明顯征兆的脆性破壞，試驗發現抗剪破壞面砌塊表面較為完整，自保溫混凝土砌塊沒有發生破壞。自保溫混凝土砌塊砌體通縫截面抗剪的破壞形態可分為單剪破壞和雙剪破壞兩種[6]，本次試驗共制作18個抗剪試件，試驗中有3個抗剪試件發生雙剪破壞。自保溫混凝土砌塊砌體抗剪試件破壞形態和破壞細節如圖3所示。

2.2 試驗結果分析

自保溫混凝土砌塊砌體沿通縫截面抗剪試件是參照《砌體基本力學性能試驗方法標準》(GB/T50129-2011)中砌體沿通縫截面抗剪試件進行設計的，故自保溫混凝土砌塊砌體沿通縫截面的抗剪強度可按《砌體基本力學性能試驗方法標準》(GB/T50129-2011)中的公式計算（如式（1）所示），試驗發現自保溫混凝土砌塊砌體抗剪試件破壞過程和破壞形式均與普通混凝土砌塊砌體抗剪試驗相似，試驗結果見表4。從表4中試驗數據可知，數據雖然存在一定的離散性，但這與砌體本身的材料特性有很大關系。自保溫混凝土砌塊砌體抗剪試件達到承載力極限時，受剪面砂漿與砌塊粘結面突然發生剪切破壞，為脆性破壞，統計數據發現自保溫混凝土砌塊砌體抗剪強度與灰縫砂漿強度有關。

現行《砌體結構設計規范》(GB50003-2011)[7]中規定混凝土砌塊砌體沿通縫截面抗剪強度平均值計算公式為：

式中：fv,i——砌體試件的抗剪強度（N/mm2）

Nv——砌體試件的抗剪破壞荷載值（N）

A——試件的一個受剪面的面積（mm2）

現行《砌體結構設計規范》(GB50003-2011)中規定混凝土砌塊砌體沿通縫截面抗剪強度平均值計算公式為：現行《砌體結構設計規范》(GB50003-2011)中規定混凝土砌塊砌體沿通縫截面抗剪強度平均值計算公式為：

式中：fv,i——砌體抗剪強度平均值

k5——與塊體類別有關的參數

f2——砂漿抗壓強度平均值

表2對比自保溫混凝土砌塊砌體抗剪強度試驗平均值和砌體抗剪強度計算值，發現砌體抗剪強度試驗平均值偏大，符合砌體規范要求。

表3對比發現自保溫混凝土砌塊砌體值k5比規范規定值偏大，原因是由于自保溫混凝土砌塊的孔洞率較小為32.1%，所以自保溫混凝土砌塊砌體抗剪強度可以按規范公式計算，且偏于安全。

3 結 論

本文介紹了自保溫混凝土砌塊砌體沿通縫截面抗剪試驗，分析了自保溫混凝土砌塊砌體抗剪破壞過程和特征，得出自保溫混凝土砌塊砌體的抗剪強度平均值，并主要得出以下結論。

①自保溫混凝土砌塊砌體抗剪破壞主要發生在砂漿與砌塊粘結面，試驗過程中未發生砌塊破壞現象，抗剪強度主要取決于砂漿粘結強度和砂漿與砌塊的粘結面積。

②自保溫混凝土砌塊砌體抗剪破壞過程和特征與普通混凝土砌塊砌體抗剪破壞過程和特征相似，多數為單面破壞，且破壞時為明顯的脆性破壞。

③計算自保溫混凝土砌塊砌體抗剪強度時，按《砌體結構設計規范》(GB50003-2011)公式計算并取，且偏于安全。

[1]Guo Zhanggen，Sun Weimin，Wang Jian.Experimental study on seismic behavior of recycled concrete perforated brick masonry[J].Advanced Materials Research，2011.

[2]王劍.節能利廢自保溫混凝土配合比及耐久性試驗研究[D].南京：南京工業大學，2012.

[3]JGJ134-2010，夏熱冬冷地區居住建筑節能設計標準[S].北京：中國建筑工業出版社，2010.

[4]GB/T50129-2011，砌體基本力學性能試驗方法標準[S].北京：中國建筑工業出版社，2011.

[5]GB/T50129-2011，砌體基本力學性能試驗方法標準[S].北京：中國建筑工業出版社，2011.

[6]申繪芳.復合自保溫混凝土砌塊砌體的試驗研究[D].杭州：浙江工業大學，2010.

[7]GB50003-2011，砌體結構設計規范[S].北京：中國建筑工業出版社，2011.