機制生土磚砌體沿通縫抗剪性能研究

機制生土磚砌體沿通縫抗剪性能研究

作為一種傳統(tǒng)的結構形式，土墻建筑在世界各地仍然存在。土墻建筑節(jié)能環(huán)保，拆除后可回收耕地。根據(jù)綠色建筑的理念，其結構比磚體結構更適合農(nóng)村和城市地區(qū)。傳統(tǒng)方法生產(chǎn)的土料質(zhì)量差異大，抗壓強度低，耐用性差。為了克服傳統(tǒng)土料的缺點，提出了各種土料改造。目前,對傳統(tǒng)土坯砌體、蒸壓粉煤灰磚砌體以及燒結多孔磚砌體等1高粘度mas體抗剪試驗按照《砌體基本力學性能試驗方法標準》采用復摻膠粉和纖維素以及單摻纖維素的高粘性專用砂漿機制生土磚砌體抗剪試驗在長安大學結構與抗震實驗室MAS-500kN壓力機上進行,加載方法參照《砌體基本力學性能試驗方法標準》2破壞形態(tài)與破壞機制的分析2.1基土磚的裂縫試件在加載初期近似彈性狀態(tài),隨著荷載的增加裂縫出現(xiàn),裂縫位置及開展情況隨著試件不同有差異,根據(jù)試驗現(xiàn)象將試件破壞形態(tài)歸納為以下三類.Ⅰ類破壞(粘結界面破壞):試件在加載過程中,沿著砂漿與生土磚粘結界面產(chǎn)生裂縫,達到極限荷載時瞬間破壞,脆性明顯,破壞面沿磚與砂漿接觸界面,破壞面平整,部分砂漿呈薄片狀脫落,生土磚本身無明顯裂縫(圖4(a)).Ⅱ類破壞(基材破壞):試件隨著荷載的增加,左右兩側鋼墩上生土磚先出現(xiàn)裂縫,裂縫向上延伸,與墊塊下生土磚裂縫相連,當達到極限荷載時,裂縫貫穿生土磚和砂漿,可緩慢發(fā)展不發(fā)生突然破壞,透過磚裂縫可以觀察到磚中細纖維被拉斷;受剪面砂漿沿主拉應力45°方向被拉斷,破壞面凹凸不平(圖4(b)).Ⅲ類破壞(砂漿層破壞):試件隨著荷載的增加,灰縫處出現(xiàn)裂縫并發(fā)展,達到極限荷載時,在灰縫處裂開,砂漿層沿作用力方向被剪壞,破壞面沿砂漿層且較為平整(圖4(c)).2.2砂漿與機制生土磚粘結界面破壞機理沿通縫抗剪試件的豎向荷載理論上由灰縫上的剪應力承擔,實際受力與塊材本身抗剪強度、粘結砂漿強度、砂漿與塊材粘結強度、灰縫厚度以及砂漿飽滿度等因素相關,多種因素導致試件在受剪時呈現(xiàn)不同的破壞形態(tài).以往研究中砌體抗剪試件主要沿粘結界面或灰縫截面破壞產(chǎn)生不同破壞形態(tài)的機理不同,對于Ⅰ類破壞形態(tài),其破壞機理為:a.砂漿自身粘性差,未能與生土磚很好的粘結;b.砂漿與機制生土磚接觸面的粘結強度低于砂漿自身的抗剪強度,粘結面是試件受剪過程中的薄弱截面,導致砂漿成片狀與生土磚脫離,試件沿粘結界面破壞.Ⅱ類破壞機理為:a.機制生土磚在制作過程中壓磚機主要對生土磚沿厚度方向施加壓力成型,沿厚度方向土體呈層狀狀態(tài),抗剪試驗加載時生土磚受力方向與其壓制成型方向不一致,生土磚所受剪力垂直于生土磚厚度方向,當砂漿與生土磚界面處粘結性能較好時,層狀處成為相對薄弱面,破壞發(fā)生在生土磚;b.基于砂漿和生土磚之間較好的粘結性,當受剪力作用時,砂漿自身并沒有被剪壞,砂漿與生土磚之間的強粘結力使砂漿沿斜截面被拉斷;c.砂漿和生土磚均發(fā)生破壞,但砂漿力學性能較生土磚好,一般墊板下或下部鋼墩處生土磚先破壞,又因為砂漿與生土磚粘結界面不再薄弱,生土磚塊材表面薄弱部位被粘掉,導致裂縫同時出現(xiàn)在砂漿和生土磚;d.砂漿沿灰縫長度方向的粘結力和飽滿度不均勻,生土磚表面質(zhì)量的差異性均導致塊材沿灰縫長度受力不均勻,生土磚破壞面凹凸不平.3抗剪性能分析理想情況下砌體沿通縫抗剪強度是指在剪力作用下試件沿灰縫截面或粘結界面破壞時的強度值.機制生土磚砌體破壞類型主要包括粘結界面破壞和基材破壞,對于沿基材破壞的試件,裂縫截面凹凸不平,且交叉貫穿于砂漿和生土磚,此時裂縫在生土磚上且靠近灰縫一側,為簡化計算,假設此時的抗剪強度近似等于沿灰縫處的抗剪強度.機制生土磚砌體沿通縫抗剪強度按下式計算,計算結果取值精確至0.01N/mm式中:N通過對表2中數(shù)據(jù)對比分析發(fā)現(xiàn),不同砌筑砂漿、不同砌筑方式和沿不同方向砌筑的機制生土磚砌體沿通縫抗剪強度值存在較大差異,其具體影響因素如下.a.砌筑砂漿.表1中S1和S3砂漿抗壓強度值相近,但采用不同砂漿砌筑的砌體沿通縫抗剪強度值差異較大.表2數(shù)據(jù)顯示:采用S1砌筑的6磚砌體抗剪強度值較采用S3砌筑的試件高600%左右,采用S1砌筑的9磚砌體抗剪強度值較采用S3砌筑的試件高200%左右,說明生土磚砌筑砂漿粘性是一個重要考察因素,砂漿與生土磚之間的粘結性能越好,二者協(xié)同抗剪能力越強;S3砂漿與生土磚之間的粘結力弱,采用S3砂漿砌筑的J3試件抗剪能力較差,不適合作為生土磚砌體或墻體的砌筑砂漿.b.表面隔水劑.考慮到機制生土磚的強吸水性,除提高砂漿自身的保水性外,對磚表面做隔水處理,保證砂漿充分水化.磚表面做隔水處理的J1試件沿通縫抗剪強度平均值為0.45MPa,磚表面未做隔水處理的J2試件抗剪強度平均值與J1試件相近,說明機制生土磚表面是否涂刷隔水劑(丙烯酸乳液)對抗剪強度影響較小,也說明砂漿本身的保水性可以滿足砌筑要求,實際工程中生土磚表面可不做隔水處理,既簡化施工工序,也降低工程造價.c.砌筑方向.試件的砌筑方向?qū)辜魪姸扔杏绊?9磚抗剪試件質(zhì)量較大,翻轉(zhuǎn)過程中易損壞,試驗中全部采用沿加載方向砌筑的試件進行試驗,砌筑方向的影響無法比較,但從表2數(shù)據(jù)明顯看出6磚P系列試件抗剪強度值普遍高于L系列試件,原因是沿加載方向砌筑的L系列試件砂漿不飽滿,同時灰縫砂漿在硬化過程中未受到塊材擠壓和塊材自重作用,只是依靠與塊材之間或其自身的粘結力抵抗抗剪強度,垂直于加載方向砌筑的P系列試件灰縫受到生土磚塊材的自重作用,砂漿與生土磚之間的粘結力增大,抗剪強度提高.d.受剪截面面積.J1-L6和J2-L6試件沿通縫抗剪強度平均值分別為0.45MPa和0.35MPa,J1-L9和J2-L9試件沿通縫抗剪強度平均值分別為0.27MPa和0.30MPa,J1和J2的6磚試件抗剪強度值較9磚試件大,說明抗剪強度與受剪截面面積有關.e.破壞形態(tài).觀察表2數(shù)據(jù)發(fā)現(xiàn):發(fā)生Ⅱ類破壞試件的抗剪強度值遠遠高于Ⅰ類破壞試件,原因是Ⅰ類破壞發(fā)生在相對薄弱的粘結界面,Ⅱ類破壞面交替出現(xiàn)在灰縫與生土磚,粘結界面強度低于生土磚和灰縫強度,因此Ⅰ類破壞試件抗剪強度值較低.以沿加載方向的位移為橫坐標,荷載值為縱坐標,繪制荷載-位移曲線.根據(jù)下降段走勢不同,試件的荷載-位移曲線主要有兩種形狀,沿粘結界面破壞的試件荷載-位移曲線如5(a)所示,基材破壞試件的荷載-位移曲線如5(b)所示,以試件J3-L9-1和J1-P6-2為例繪制荷載位移曲線.觀察圖5的荷載-位移曲線發(fā)現(xiàn):在加載初期,由于加載板與試件之間存在間隙,開始階段位移增加較多,荷載值無增大趨勢;位移2mm左右加載板與試件逐漸接觸緊密,隨后荷載開始上升;在達到極限荷載前,荷載-位移曲線形狀和走勢幾乎相同,曲線斜率由小變大,荷載與位移呈近似線性增長關系;達到極限荷載后,荷載-位移曲線形狀出現(xiàn)不同,峰值點后兩種曲線都出現(xiàn)較陡下降段,不同之處是單峰曲線下降段趨于平緩,雙峰曲線在下降后荷載出現(xiàn)第二次提高,說明Ⅱ類破壞試件具有一定的殘余強度,第二峰后曲線同單峰曲線相似,下降段較平緩.對于沿粘結界面破壞的試件,破壞面主要沿粘結界面,受力比較均勻,荷載達到最大后即下降,曲線包圍面積較小;對于基材破壞的試件,破壞主要發(fā)生在生土磚,荷載下降過程中,裂縫交替出現(xiàn)在砂漿層和機制生土磚內(nèi)部,破壞面凹凸不平,塊材和砂漿裂縫間產(chǎn)生摩阻力,使荷載下降一段后出現(xiàn)二次上升,直至裂縫擴大貫通荷載再次下降,此時生土磚和砂漿共同工作,荷載位移曲線包圍面積變大,試件延性較好.4機制生土磚砌體沿通縫抗剪試驗a.將《砌體基本力學性能試驗方法標準》中砌體沿通縫抗剪試驗方法應用到機制生土磚砌體抗剪試驗中,得到穩(wěn)定的抗剪強度值,說明此種方法可作為機制生土磚砌體抗剪強度試驗方法.b.砂漿自身粘結強度和與塊材之間的粘結是決定機制生土磚砌體抗剪強度的關鍵因素,復摻膠粉和纖維素砂漿砌筑的試件主要發(fā)生剪切粘結破壞,具有較好的抗剪能力,單摻纖維素砂漿砌筑的試件抗剪強度值過低,達不到生土磚作為墻體塊材時的抗剪強度要求,實際工程中不應采用.c.磚表面刷隔水劑對抗剪強度值的提高無顯著作用,增加施工工序且提高工程成本,因此磚表面無須做隔水處理.d.砌筑方向?qū)C制生土磚砌體沿通縫抗剪強度影響較大,沿加載方向砌筑時灰縫不飽滿且未受到擠壓,抗剪強度值偏小,建議生土磚沿通縫抗剪試驗中試件制作時沿水平方向(垂直于加載方向)砌筑.e.受剪截面面積對抗剪強度有影響,截面面積較大的9磚試件不均勻程度和人為操作誤差等較大,同時9磚試件質(zhì)量大,翻轉(zhuǎn)過程中易破損對承載力造成影響,本次試驗證明受剪截面面積大的9磚試件承載力較低,且制作