试验方法对保温复合混凝土空心砌块砌体抗剪强度的影响.pdf

第 4 1 卷第 4期 2 0 1 0年 4月 Vo 1 4 1 No 4 A p r 2 0 1 0 建 筑 技 术 Ar c h i t e c t u r e T e c h n o l o g y - 3 6 9 试验方法对保温复合混凝土空心砌块砌体 抗剪强度的影响 何淅淅，易国辉，杨 智 ( 北京建筑工程学院土木与交通学院 ， 1 0 0 0 4 4 ， 北京 ) 摘 要 ： 混凝土保温 一 复合空心砌块是在 当前节能减排的宏观形势下出现 的一种新型承 重砌块 ， 它既满足 保温要求， 又兼具承重、 装饰和施工方便的特点。通过对两批共l 8 个砌体试件的抗剪性能试验， 分析了三种剪切 试验方法对砌体受剪承载力的影响以及砌体抗剪强度 的影响因素。 关键词 ： 试验方法 ； 保温一 承重复合空心砌块 ； 抗剪强度 中图分类号 ： T U 5 2 2 。 3 4 文献标识码 ： A 文章编号 ： l O 0 0 4 7 2 6 ( 2 0 1 0 ) 0 4 0 3 6 9 0 3 EF FECT oF TEST METHOD FOR S HEAR STRENGTH oF I NS ULATI ON CoM POS I TE CoNCRETE HOLLoW BLoCK N I AS oNRY HE i x i YI Gu o - h u i 。Y AN G Z h i ( C o l l e g e o f C i v i l a n d T r a f f i c E n g i n e e ri n g ，B e O i n g Un i v e r s i t y o f C i v i l a n d A r c h i t e c t u r a l E n gin e e r i n g ，1 0 0 0 4 4，B e i j i n g ，C h i n a ) Ab s t r a c t ： Co n c r e t e i n s u l a t i o n c o mp o s i t e h o l l o w b l o c k w h i c h g r o ws o u t o f i n t h e c u r r e n t ma c r o e c o n o mi c s i t u a t i o n o f e n e r g y s a v i n g e mi s s i o n r e d u c t i o n i s a n e w t y p e o f l o a d- b e a r i n g b l o c k s ， i t i s me t b y i ns u l a t i o n r e q u i r e me n t s ， b o t h l o a d b e a r i n g， d e c o r a t i v e a n d c o n s t r u c t i o n o f c o n v e n i e n t f e a t u r e s I n t h i s a r t i c l e ， b y t wo gro u p s o f ma s o n r y s h e a r p e r f o r ma n c e t e s t s ， t h e i n flu e n c e o f t e s t me t h o d s o n ma s o n ry s h e a r c a p a c i t y a n d t h e i nfl u e n c i n g f a c t o r s o f ma s o n ry s h e ar s t r e n g t h we r e d i s c u s s e d。 Ke y wo r ds ： t e s t me t h o d； i n s u l a t i o n -b e a r i n g c o mp o s i t e h o l l o w b l o c k ma s o n r y；s h e ar s t r e n gth 1 保温节能砌块的研 究背景 本课题采用清水饰面带保温层 的1 9 0 m m厚混凝 土小型空心砌块。保温层外侧为装饰面层 ，用钢件与 1 9 0 mm 厚承重主砌块连为一体 。这种保温复合空心砌 块满足国务院办公厅关于开展资源节约活动的通知中 节能率达到6 5 的节能标准 。 目前国内大多数小砌块建筑仍采用内保温 ，少量 新建建筑采用外保温或夹心复合墙体 ，很少数采用保 温装饰承重于一体的复合砌块墙体。我国砌块建筑保 温技术存在的问题是： ( 1 ) 小砌块建筑内保温以及普通 装饰砌块墙体复合保温技术 的保温隔热性能由于存在 局部 “ 热桥 ” ， 故不如墙体外保温技术 ； 内保温 由于装 修 、安装及综合热工性能等问题将逐步被其他保温形 式取代； ( 2 ) 外保温技术及夹心复合墙体保温技术的热 工性能好 ， 但施工复杂 ， 价格较贵 ； 并存在保温材料使 用年限与结构寿命不协调的问题； ( 3 ) 国内工程已采用 的保温装饰承重复合砌块墙体 ，多数保温性能尚不能 达到6 5 的建筑节能目标 。 收稿 日期 ： 2 0 1 0 0 3 1 5 基金项 目： 工程结构抗震新技术学术创新团队( 2 0 0 9 0 7 1 2 6 ) 作者简介 ： 何淅淅( 1 9 6 1 一 ) ， 女 ， 四川苍溪人 ， 教授 ， 主要研究方 向为高性 能混凝土及绿色结构体系 e mal l ： 6 8 3 2 2 5 1 0 s i n a c o m 如何使小砌块建筑在保持小砌块优势的基础上 既能满足高节能指标要求 ， 又能够简化施工工艺 ， 是今 后我国发展新型墙体材料面临的问题。 本课题 采用的保温复合 节能砌块属于清水小砌 块。 清水小砌块视觉效果好 ， 并可实现建筑装饰与承重 砌块 的一体化施工 ， 快捷方便 ， 价格相对便宜 ， 最近一 段时间已有一定的工程应用。本文以该新型砌块为背 景 ，探讨了砌块砌体抗剪强度试验方法以及保温层对 砌体剪切强度的影响，为节能新型砌块的推广与应用 提供试验数据并给出设计计算建议。 2 剪切试验方法的确定 砌体通缝剪切强度与砂浆强度有关。 砌体结构设 计规范 ( G B 5 0 0 0 3 2 0 0 1 ) 1 给出的混凝土砌块砌体抗 剪强度平均值计算公式为： ，m = 0 0 6 9 、 ( 1 ) 式中； 为砂浆强度。 由强度理论可知，材料剪切强度近似等于抗拉强 度。 对砂浆等半脆性材料而言 ， 其抗拉强度远小于抗压 强度。 因此， 砌体抗剪强度的测试会受到试验方法较大 的影响。 G B J 1 2 9 1 9 9 0 ( ( 砌体基本力学性能试验方法标准 3 7 0 建筑技术 第 4 1 卷第 4期 回 ( 以下简称 试验方法 ) 对普通砖砌体建议使用双剪 试件测试沿通缝截面的抗剪强度 ：对混凝土中小型砌 块砌体规定可使用加载架沿水平方向施加荷载测试通 缝截面的抗剪强度。 试验方法 建议的剪切强度测试 方法并非强制性的 ，这就造成在确定试验方法以及进 行成果分析时存在一定的不确定性。 试件在制作和准备实验过程中不可避免的搬运会 对试件的强度造成扰动 ， 甚至造成试件报废。 水平加载 架测试抗剪强度的方法受到场地、人员操作水平等因 素的影响， 并不容易操作。 因此， 本试验选择简单 、 易操 作的竖向加载双剪试件测试砌体的通缝剪切强度。 3 试件准备 试件尺寸为3 9 0 m r n 3 1 0 m m 5 9 0 ram( 长X 宽X 高) ， 分别用保温混凝土小型空心砌块和普通混凝土小型空 心砌块制作 ，以考察保温装饰构造对混凝土空心砌块 砌体承载力的影响 。试验分两批 ，砌块设 计等级 为 MU1 0 ， 砂浆强度及块材强度实测值如 表1 所示。 表1 剪切试件分组与试验结果 破坏极 剪切强 砂浆 剪切强 按承重面 试件 试件 加载 度实 积计算的 限荷载 强度 度均 值 类型 编号 方式 测值 剪切强度 k N MPa Pa M P a MP a K J O 1 6 2 5 0 0 4 2 1 7 6 垃 K j O 3 2 9 0 5 O O 6 1 1 7 6 0 0 5 9 O 0 5 9 日 通 Kl O 5 8 - 3 5 0 0 5 6 1 7 6 混 凝 K J O 2 1 4 O 5 0 0 9 5 1 7 6 土 K J 一 0 4 3 1 1 5 0 0 7 8 1 7 6 0 0 8 6 0 0 8 6 砌 K J O 6 1 7 6 块 K J 一 1 6 6 6 O O4 5 1 7 砌 体 K I 一 1 7 1 5 6 0 0 3 8 1 7 0 0 4 1 0 0 4 1 KT 一1 8 1 7 K J 一 0 8 1 2 5 0 0 5 2 1 7 6 保 K I 一 0 9 2 2 6 9 0 1 1 1 1 7 6 0 0 5 2 0 0 8 4 温 K J 一 1 2 3 7 5 O 0 1 6 1 7 6 混 凝 K 1 一 O 7 2 8 1 5 0 1 1 6 1 7 6 土 K卜 1 O 3 1 8 2 5 0 0 7 5 l 7 6 O 0 7 0 1 1 4 砌 K I 一 1 1 1 5 4 5 0 0 6 4 1 7 6 块 K1- 1 3 1 7 砌 体 Kl 一 1 4 1 1 5 1 0 0 6 2 1 7 0 0 5 5 0 0 8 9 KT 一1 5 1 1 4 0 0 4 7 1 7 注： 表示在运输中出现裂缝的构件， 其值不参与分析； 表示试验值不计入平均值计算； 表示离散太大， 取中值。 4 加载方式 根据经验， 试验选择三种加载方式( 图1 ) ： 曲皿血 ( a ) ( b ) ( c ) 图1 砌体双剪试件的三种竖 向加载方式 ( a ) 砂浆垫层 ； ( b ) 钢 垫板 ； ( c ) 钢垫条+ 钢板 ( 1 )采用 试验方法 建议的在试件顶部中间部分 做2 0 m m厚水泥砂浆垫层 ， 并传递荷载 ； ( 2 )用钢垫板取代砂浆垫层； ( 3 )在方式2 的基础上在钢板下两侧放置钢垫条 。 使荷载传递集中在剪切面处。 5 试验步骤 参照 试验方法 ， 砌体剪切试验的步骤如下： ( 1 )测量受剪面尺寸 ， 精度为1 m l n ； ( 2 )将砖砌体剪切试件立放在试验机下压板上， 试件中心线与试验机轴线重合 ，通过试验机上下压板 与试件的加载面密合接触施加荷载； ( 3 )加荷速度均 匀连续 ， 控制构件在 l 3 m i n 内破 坏 。 6 试验结果 实测抗剪强度取试件破坏荷载除以两倍竖向剪切 面面积( 表1 ) ， 其 中保温砌块的抗剪强度是采用剪切面 全截面面积计算的。 7 主要结论 7 1 破坏 形态与 加载方 式有关 试验结果表明， 破坏形态与加载方式有直接关系。 试验机作用于砂浆垫层时 ( 加载方式1 ) ， 6 个试件中单 面剪坏的有5 个 ， 只有1 个为双剪面破坏。 钢垫板接触试 件时 ( 加载方式2 ) ， 6 个试件中也只有1 个为双面剪坏， 其余5 个均为单面剪切破坏 。荷载通过钢垫条传递时 ( 加载方式3 ) ， 6 个试件中有5 个为双剪面破坏 ， 其余1 个 为单面剪坏 。加载方式1 和2 的效果接近 。 7 2 剪切 强度 受破坏 形态 的影 响较 大 同条件下，双剪面破坏时所获得的抗剪强度高于 单剪面破坏( 表1 的加载方式3 ) 。 这是 由于双剪面积大， 剪切面的实际剪应力小而使承载力提高。由于破坏形 态对抗剪强度的影晌大 ，而破坏形态又受加载条件限 制，因此，剪切试验方法对试验结果有较大的制约作 用 。 试验结果表明， 加载方式3 获得的剪切强度高于加 2 0 1 0 年 4月 何淅淅 ， 等 ： 试验方法对保温复合混凝土空心砌块砌体抗剪强度的影响 3 7 1 载方式1 5 N 2 。这是因为荷载可通过钢垫条直接传递给 垫条侧面的竖向灰缝 ， 传力路线明确 、 直接 ， 更易使两 侧竖向灰缝受到均匀、 直接的剪力作用 ； 而同时参与抗 剪未采用垫条的试件 ， 无论方式l 还是2 ， 几乎都是单面 被剪坏 ， 因为在没有垫条时 ， 竖放试件中间块材 的顶面 通过钢板或垫层与荷载接触 ， 接触面积大 ， 当垫层或垫 块不平整时。极易出现压力向受荷面不均匀传递的情 况 ， 易使荷载过于集中在受荷面 的-N剪切面 ， 造成双 侧剪力不均匀， 受力大的侧面会过早产生剪切失效 ， 其 后荷载会瞬间向另一侧面转移而导致构件迅速破坏 ， 在这种情况下 ，试件 的抗剪承载力取决于受剪力大的 单侧剪切面的抗剪能力。此外 ， 在不均匀压力作用下 ， 加载面下部砌体存在梁式效应 ，灰缝受到微小弯曲拉 应力作用也可导致裂缝提前出现 ，从而降低竖向灰缝 的抗剪能力。 以上分析表明 ， 双剪面受力状态在设砂浆垫层 、 垫 板的情况下不易实现。而在垫板下放置垫条更易实现 双剪受力状态 ，而按照双侧剪切面积计算所得 的试验 结果也会更接近理想受剪状态，试验数据的真实性提 高。 7 3 保 温装饰 层对 抗剪强 度无不 良影 响 从表l 可知 ， 保温混凝土砌块砌体的抗剪强度离散 性远大于普通混凝土砌块砌体 ， 这说明， 保温混凝土砌 块砌体需要较多的构件试验来测定其力学性能。这种 离散性加大的情况也出现在受压试验中，我们认为这 是由于保温复合砌块整体块形不易平整造成的。 对保温复合砌块砌体 ，按考虑或不考虑保温饰面 层厚度计算的剪切强度均高于普通混凝土砌块砌体 的 剪切强度( 表1 ) 。当仅按 1 9 0 1 1 1 1 1 1 厚承重砌块面 积计算 时 ，保温混凝土砌块砌体的试验强度值较普通混凝土 砌块砌体会更高。虽然试验结果的离散性加大 ， 除 一 1 2 外 ，多数试验结果表明保温层对抗剪强度无不良影 响 。 7 4 规范计算值与试验值的比较 砌体结构设计规范 】 建议的砌体抗剪强度平均 值计算公式见式( 1 ) 。图2 给出了规范计算值与试验值 的比较 ， 试验值1 表示对保温复合砌块用全部剪切面积 计算的结果 ，试验值2 表示对保温砌块用1 9 0m m厚的 承重剪切面积计算的结果。 比较可知， 无论哪种情况 ， 试验值均低于规范公式 值较多。经分析可能有3 个原因。 ( 1 )构件制作时未注意按照规范要求上压重物 ， 使得灰缝不密实 ， 强度不高。 ( 2 )与砂浆强度相对砌块强度过高有关。 由表l 可 O - 3 5 0 - 3 0 0 25 O 2 0 O 1 5 O 1 O O O 5 0 0 0 0 2 5 。 1 。 ： - 0 8 0 9 K J l 2 _ o 7 KJ 一 1 0 K J -1 l K J - 1 3 K J - 1 4 l ( J - 1 5 试件类型 ( a ) -0 1 K J一 0 3 K J- 0 5 K J_ 0 2 o 4 K J o 6 K J-1 6 K J一 1 7 试件类型 ( b ) 图2 砌体抗剪强度规范值 与试验值的比较 ( a ) 保温混凝土砌块砌体 ； ( b ) 普通混凝 土砌块砌体 见 ， 砂浆实测强度高达1 7 MP a ， 而块材等级为MU 1 0 ， 显 然， 当通缝抗剪强度仅考虑砂浆强度时， 在砂浆等级较 高的情况下 ， 可能会过高估计砌体通缝抗剪强度 ， 对设 计造成隐患。 ( 3 )水平加载试验方式下剪切强度可能受块材自 重影响有所提高。两种块材分别重1 7 k g 和2 5 k g ， 参照 已废止的抗震规范 ，正压力对砌体剪切强度的提高可 考虑按照摩擦系数0 1 5 计算。 在式( 1 ) 基础上引入正压 力的作用 ，抗剪强度提高0 1 5 O o ， O -o 可用单砖重除以单 剪面积计算； 不大， 对试验结果影响很小。 8结语 砌体抗剪性能是其抵抗水平作用能力的决定性因 素。合理测试、 计算和评价抗剪强度是一项重要工作 。 剪切强度远小于抗压强度 。测试值受试验方法的 影响较大。通过极限破坏时剪切面的数量可评价双剪 试件实际的受力状态 。 对双剪试件 ， 采用垫条加载方式 更易实现双剪面均匀受力状态。砂浆强度等级高于块 材强度等级时 ，现行规范通缝抗剪强度计算公式可能 会过高估计强度值。对高等级砂浆砌体的各类强度均 有待于继续试验探索。 参考文献 1 G B5 0 0 0 3 - 2 0 0 1 ， 砌体结构设计规范I S 2 3 G B J 1 2 9 1 9 9 0 ， 砌体基本力学性能试验方法 S f 3 J G J T 1 4 2 0 0 4 。 混凝土小型空心砌块建筑技术规程 S 1