造纸黑泥烧结页岩砖砌体抗剪强度试验研究

李杰能，黄秉章，侯荣立，黄榜彪，谢伟标，黎喜强

（1.东莞城市学院，广东 东莞 523430；2.柳州工学院，广西 柳州 545006；3.广西科技大学，广西 柳州 545006）

0 引言

根据GB 50003—2011《砌体结构设计规范》[1]规定，当施工质量控制等级为B级，对应砂浆强度等级为M10、M7.5、M5、M2.5时，烧结普通砖、烧结多孔砖的抗剪强度设计值分别为0.17、0.14、0.11、0.08 MPa。在相同砂浆强度等级下，多孔砖和实心砖的抗剪强度大小相等，这说明多孔砖和实心砖的抗剪强度平均值计算公式相同。但是由于多孔砖存在孔洞，在砌筑时砂浆会流入孔洞形成砂浆键，由于砂浆键的存在使多孔砖和实心砖砌体的抗剪机理会有所不同。因此，可认为实心砖和多孔砖砌体的抗剪强度理应会有所不同，则其抗剪强度平均值计算公式也应会有所不同。

1 造纸黑泥页岩砖砌体通缝抗剪的试验概况及破坏机理分析

1.1 试验概况

在通缝抗剪试验中分别采用了实心砖和多孔砖砌体，实心砖和多孔砖砌体的尺寸分别为：179 mm×240 mm×365 mm和290 mm×240 mm×360 mm。采用4种不同强度等级的建筑砂浆M2.5、M5、M7.5和M10，分别与强度等级为10的多孔砖和强度等强为15的实心砖砌成8组试件，每组6个，总共48个试件。

试件在砌筑过程中，若对砌筑质量、灰缝的饱满度和灰缝的厚度控制不好，会显著增大试验结果的离散性，所以在砌筑时要求砌筑工必须严格按照GB/T 50129—2011《砌体基本力学性能试验方法标准》[2]和GB 50203—2011《砌体结构工程施工质量验收规范》[3]的要求来进行施工且灰缝要饱满。当试件砌筑好以后，先在室内自然条件下养护7 d，然后在砌体侧面靠边的两个受力面抹上10 mm厚的1∶2水泥砂浆，为了保证受力面上的水泥砂浆厚度为10 mm，在事先准备好的10 mm厚的泡沫板上画出受力面砖所在的位置，然后用小刀将受力面砖所处位置的泡沫板去掉，抹面时将泡沫板放在砖面上即可，如图1所示。抹面完后，再养护3 d，同样在另一侧立面的中间受力砖面上抹砂浆。抹面时不仅要保证砂浆表面平整，而且还要保证两个侧面的砂浆面要平行，同时要使受剪面的灰缝与受力面垂直，这样把应力集中和偏心的影响降到最低。抹完受力面后，在室内常温下养护一段时间，等砂浆强度达到其设计强度后即可进行抗剪强度试验。

图1 砌体受力面抹面用泡沫板

试验时先测量试件受剪面的截面尺寸，作好记录，然后将试件放置于试验机上，利用吊锤调整好试件的位置，保证试件的中线与试验机的轴线重合。打开电脑设置加载值为0.4 N/mm2匀速连续对试件加压，观察试件破坏形态，并尽量将试件控制在3 min内破坏，记录试件破坏时所加荷载值。

2 造纸黑泥烧结页岩砖砌体通缝抗剪试验现象及破坏形态

造纸黑泥烧结页岩砖砌体沿通缝抗剪试验中，当试件达到其极限荷载值时，试件会突然丧失其承载力而破坏，破坏时伴有脆性的响声，属于脆性破坏并没有特别预兆。试验中造纸黑泥烧结页岩实心砖和多孔砖砌体的破坏形态基本相同，大致可以分为：单剪面破坏、双剪面破坏和砖体破坏3种破坏形式，如图2所示。3种破坏形态的数量及所占百分数如表1所示。

图2 造纸黑泥烧结页岩砖砌体破坏形态

表1 3种破坏形态的数量及所占百分数

本次试验中实心砖砌体在抗剪强度试验中也有砖体破坏现象，这是因为，砖的表面粗糙度不一样，表面越粗糙砂浆与砖体的粘结性就越好，粘结强度也就越高，在砌体抗剪时，侧面砖块传递剪力的不均匀性，导致上下两部位传递剪力的大小不一样，这样就会使侧面砖不仅受到剪力而且还受到因剪力不均而引起的平面外的弯矩，此时在两个力的共同作用下，中间砖就有可能折断。

从造纸黑泥烧结页岩砖砌体沿通缝抗剪试验结果可知，无论试件是以哪种形态破坏，从多孔砖砌体试件破坏的断裂面可以看到，大多数孔洞都是充满砂浆销键，而且在试件的抗剪过程中，砂浆销键被剪断，这说明在砌体抗剪过程中砂浆销键的存在对砌体抗剪存在重要影响。

3 造纸黑泥烧结页岩砖砌体试验数据分析

根据GB/T 50129—2011的规定，砌体沿通缝截面的抗剪强度计算公式为[2]：

式中：fv，i——试件通缝截面的抗剪强度，MPa。

Nv——试件的抗剪破坏荷载，N；

A——试件的一个受剪面面积，mm2。

通过试验测出每组6个试件的破坏荷载以及计算出造纸黑泥烧结页岩实心砖、多孔砖砌体的平均抗剪强度分别如表2、表3所示。

表2 造纸黑泥烧结页岩实心砖砌体的抗剪强度

表3 造纸黑泥烧结页岩多孔砖砌体的抗剪强度

试验时由于人工因素或施工质量的变化，表2、表3所得的试件抗剪强度数据有可能存在离群值，根据GB/T 4883—2008《数据的统计处理和解释正态样本离群值的判断和处理》[4]对每组的单个试件的抗剪强度试验值进行分析处理。根据经验表明试件的抗剪强度服从正态分布，且每组的试验数据的标准差未知，故根据标准可选用格拉布斯检验法和狄克逊检验法。

4 造纸黑泥烧结页岩砖砌体抗剪强度对比分析

GB 50003—2011[1]中规定，砖砌体的抗剪强度平均值公式为，但是在本次试验中所得到的造纸黑泥烧结页岩实心砖和多孔砖砌体的抗剪强度平均值公式分别为fv，。从前3个公式中可以看出，本次试验所得出的造纸黑泥烧结页岩砖砌体的抗剪强度要大于规范规定的烧结砖砌体抗剪强度，这是因为砖砌体的抗剪过程中，对其抗剪强度有较大影响的是：砖表面的摩擦力和砖与砂浆之间的粘结力。而摩擦力和粘结的大小与砖表面粗糙程度有关，本次试验所用的砖是古灵二砖厂生产的，从其表面以及砖的断裂面可以看到砖表面非常粗糙，这就导致了砖表面与砂浆之间有着良好的粘结性，从而大大提高了造纸黑泥烧结页岩砖的抗剪强度；与造纸黑泥烧结页岩多孔砖砌体相比，实心砖砌体的回归系数k值有所下降，这是因为，实心砖砌体的抗剪全部都是由砂浆与砖表面的粘结强度所承担，即可认为其粘结抗剪强度与抗剪强度相等。同时，多孔砖砌体的抗剪不仅有砂浆的粘结抗剪，而且还有因孔洞形成的砂浆销键抗剪。砂浆与砖粘接面强度是砂浆与多孔砖净截面粘结强度，销键抗剪强度fvo，k与多孔砖孔洞截面或销键截面面积有关，本试验所用多孔砖的孔洞率为30.3%，从而有等式，根据实心砖砌体的抗剪强度 公 式，则 有，从而可以得；即可知，砂浆销键的抗剪强度是粘结抗剪强度的0.162/0.145=1.117倍，又通过造纸黑泥烧结页岩多孔砖砌体的破坏情况来看销键全部断裂，这说明销键在多孔砖砌体抗剪的过程中基本全部发挥了作用，故可根据上面等式分别算出砂浆销键的抗剪强度和粘结抗剪强度占多孔砖通缝抗剪强度的比重为0.049A和0.108A，可见在多孔砖砌体中，虽然销键的截面面积只占整个砖面积的30.3%，但是销键的抗剪强度却占整个砌体抗剪强度33%，综上所述，销键对多孔砖砌体的抗剪有着非常重要的影响，这也是造纸黑泥烧结页岩多孔砖砌体较实心砖砌体的抗剪强度略有提高的原因。

5 造纸黑泥烧结页岩砖砌体通缝抗剪强度标准值和设计值

5.1 抗剪强度标准值

根据GB/T 50129—2011[2]规定，计算得到各组抗剪强度试验值的标准差s与变异系数δ如表4所示。

表4 造纸黑泥烧结页岩砖砌体试件试验值统计参数

从表4可以看出，各组的变异系数相比规范值δ=0.2要小，这说明本文试验所取得的数据是可靠、有效的。但偏于安全考虑且与规范保持相同，本文的抗剪强度试验值变异系数δ同样也取0.2，则具有95%保证率的造纸黑泥烧结页岩砖砌体抗剪强度标准值的计算公式为：

计算得到的抗剪强度的平均值fv，m、标准值fv，k以及现行规范规定的抗剪强度标准值fcv，k见表5。

表5 造纸黑泥烧结页岩砖砌体抗剪强度平均值及标准值

从表5可以看到，（1）造纸黑泥烧结页岩实心砖砌体的抗剪强度标准值较规范值约提高了9%～26%，（2）造纸黑泥烧结页岩多孔砖砌体的抗剪强度标准值较规范值约提高了19%～32%。

5.2 抗剪强度设计值

根据GB 50003—2011规定，砖砌体的抗剪强度设计公式为：

根据规范规定，在施工质量控制等级为B时取γf=1.6，利用式（3）计算得到常用砂浆强度等级砌体的抗剪强度设计值fv与然后将现行规范规定的砖砌体抗剪强度设计值fcv见表6。

由表6可知，若按照本文提供的建议公式来计算造纸黑泥烧结页岩砖砌体的抗剪强度设计值比规范规定的设计值要高出许多，这说明若按照现行规范规定的抗剪强度公式来计算造纸黑泥烧结页岩砖砌体会有较大的富裕度且结果偏于保守。

表6 造纸黑泥烧结页岩砖砌体的抗剪强度设计值

6 小结

（1）在造纸黑泥烧结页岩砖砌体的抗剪破坏形态中，其单剪破坏和双剪破坏占整个试件破坏的绝大多数，但是不管是实心砖砌体还是多孔砖砌体都出现了砖体破坏的现象，这是因为在实心砖砌体中实心砖表面比较粗糙与砂浆的粘接比较好，同时造纸黑泥烧结页岩砖的强度没有纯页岩砖的强度高，所以就有可能导致砖与砂浆的粘接强度大于砖体的强度，从而在抗剪的过程中出现砖体破坏。而在多孔砖砌体中，由于销键的抗剪对孔壁形成的挤压，致使多孔砖砌体的砖体破坏。

（2）相较于规范值，造纸黑泥烧结页岩砖砌体的抗剪强度要高；随着建材业的快速发展，造纸黑泥烧结页岩砖的生产工艺也得到了很大的改进，从而使砖的整体性得到了很大的提高，进行影响着砖砌体的抗剪强度。

对于常用的强度等级砂浆，造纸黑泥烧结页岩实心砖和多孔砖砌体的通缝抗剪强度标准值fv，k和设计值fv可本文取值，不仅可以满足规范可靠度要求而且还可以节省能源。