灰砂蒸壓加氣混凝土砌體的抗剪性能試驗(yàn)研究

灰砂蒸壓加氣混凝土砌體的抗剪性能試驗(yàn)研究

國內(nèi)外許多研究表明，單元截面上的垂直壓力0是影響單元體抗剪切強(qiáng)度的重要因素。垂直壓力的大小決定了單元體的剪切破壞形式，直接影響了單元體的抗切割強(qiáng)度。nuss、hamid和drysdale對粘土磚和混凝土砌塊的剪切力進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)研究，分析了砂漿強(qiáng)度、砂漿水和其他因素對剪切強(qiáng)度的影響。meli使用四個(gè)擋土磚制備的水泥樣品進(jìn)行了抗切割強(qiáng)度試驗(yàn)，研究了不同類型塊體和砂漿的連接和摩擦性能，并確定了堆棧的抗切割強(qiáng)度與所需正電壓之間的關(guān)系。hamid對混凝土塊的抗切割能力進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)研究，表明隨著添加正電壓的增加，體塊和砂漿之間的摩擦系數(shù)減小。隨著正電壓的增加，殼體的抗切割能力和切割能力增加，以及抗切割能力和抗切割能力的減小。hagarmier等人深入研究了混凝土砌塊水平灰縫的抗切割性能。在實(shí)驗(yàn)中，通過反復(fù)加載確定上部和下部抗切割強(qiáng)度的值，并在每個(gè)堆積階段測量它們的切割變形。國內(nèi)如哈爾濱建工學(xué)院等研究機(jī)構(gòu)通過改變垂直壓應(yīng)力大小的試驗(yàn)研究,經(jīng)回歸分析得到抗剪強(qiáng)度與正應(yīng)力的線性關(guān)系,從而得到加氣混凝土砌體的通縫抗剪強(qiáng)度.蒸壓加氣混凝土承重砌體的通縫抗剪強(qiáng)度與磚砌體相比較低,而實(shí)際工程中砌體處于剪壓復(fù)合的復(fù)雜受力狀態(tài),其剪力隨著垂直壓力的增減成一定規(guī)律的變化,因此施加多大的正應(yīng)力能夠使其抗剪強(qiáng)度得到充分發(fā)揮且不至于發(fā)生受壓破壞,其破壞機(jī)理及模式值得進(jìn)一步研究.1抗壓強(qiáng)度試驗(yàn)和靜力抗剪試驗(yàn)試驗(yàn)用砌塊由250mm×250mm×600mm的出釜砌塊切割而成,切割好的砌塊試件用砂紙打磨其表面,保證表面垂直、邊角完整,砌筑砂漿采用加氣混凝土專用膠粘劑.試驗(yàn)共設(shè)計(jì)3組54個(gè)試件,砂漿強(qiáng)度分別為3d(3.9MPa)、5d(6.5MPa)、28d(15.3MPa),砌塊強(qiáng)度為3.5MPa,重力密度為6.90kN/m3,設(shè)計(jì)軸壓比分為0、0.2、0.4、0.6、0.7、0.8共6個(gè)級別;另外設(shè)計(jì)3組9個(gè)與抗剪強(qiáng)度試驗(yàn)尺寸相同的試件用于砌體的抗壓強(qiáng)度試驗(yàn),以便利用抗壓試驗(yàn)結(jié)果控制抗剪試驗(yàn)每次所施加的壓應(yīng)力的大小σ0.試件的設(shè)計(jì)尺寸如圖1所示,砌筑時(shí)抗剪試件上下錯(cuò)開至少2cm的距離,便于試驗(yàn)進(jìn)行.靜力抗剪試驗(yàn)前,先用液壓式壓力試驗(yàn)機(jī)進(jìn)行砌體抗壓試驗(yàn)得到其抗壓強(qiáng)度fm.靜力抗剪試驗(yàn)首先通過水平千斤頂對試件施加壓力,調(diào)整試件使其軸心受壓,緩慢加到預(yù)定壓力值,其值可以通過水平傳感器獲得,并輸出到應(yīng)變儀;再通過豎向千斤頂緩慢施加豎向荷載直至試件破壞,其破壞值通過豎向傳感器獲得,記錄與其連接的應(yīng)變儀讀數(shù),得到抗剪承載力.試驗(yàn)過程中當(dāng)軸壓比大于0.6時(shí),第1組試件出現(xiàn)卸載較明顯的狀況,較難得到試驗(yàn)數(shù)據(jù),故根據(jù)實(shí)際情況調(diào)整第2、3組的軸壓比,實(shí)際軸壓比見試驗(yàn)結(jié)果.2抗剪試驗(yàn)結(jié)果根據(jù)試驗(yàn),得到表1為抗壓試驗(yàn)結(jié)果,表2為通縫抗剪試驗(yàn)結(jié)果,從表中可以看出隨著砂漿強(qiáng)度的提高,各組試件的抗壓強(qiáng)度和通縫抗剪強(qiáng)度略有提高.表3、4、5分別為S1、S2、S3組砌體抗剪試驗(yàn)結(jié)果.3破壞形狀與磚屑的比較3.1試驗(yàn)破壞形態(tài)隨著砌體中砂漿強(qiáng)度和作用在砌體上σ0不同及施工質(zhì)量等因素的影響,試件破壞形態(tài)分為5類.1灰縫飽和時(shí)砌體的抗剪強(qiáng)度fv當(dāng)σ0/fm較小、砂漿強(qiáng)度較低或雖較高但灰縫飽滿度較低或灰縫偏厚時(shí),發(fā)生此類破壞.破壞面集中于灰縫處,砌體的抗剪強(qiáng)度fv較低.如圖2所示.2抗剪強(qiáng)度fv隨著σ0/fm和砂漿強(qiáng)度的提高,灰縫厚度和飽滿度亦適當(dāng),砌體上產(chǎn)生八字裂縫,約與豎軸成45°方向.裂縫由中間砌塊穿越灰縫延伸入兩端砌塊,裂縫數(shù)量較少,砌體的抗剪強(qiáng)度fv有所增大.如圖3所示.3抗剪強(qiáng)度.當(dāng)σ0/fm進(jìn)一步增大,砂漿強(qiáng)度較高且灰縫飽滿時(shí),在剪力及壓力的共同作用下,形成若干大致與豎軸呈30°～45°的斜壓裂縫,裂縫數(shù)量較少,雖然砂漿與塊體粘結(jié)性能較好,但由于塊體抗壓強(qiáng)度較低,較大壓應(yīng)力使試件橫向膨脹加大.引起沿壓應(yīng)力方向的微裂縫迅速發(fā)展,導(dǎo)致抗剪強(qiáng)度降低,如圖4所示.4水平裂縫成因分析σ0/fm繼續(xù)增大,砂漿強(qiáng)度較高且灰縫飽滿,此時(shí)在較大的壓力作用下出現(xiàn)若干水平裂縫,試件整體性削弱.在剪力的作用下試件中部處于雙向受壓狀態(tài),致使試件非受荷面因過度膨脹而壓酥剝落以致破壞.無明顯的斜裂縫,灰縫面大多完好,抗剪強(qiáng)度下降較多.如圖5所示.5抗剪強(qiáng)度過大因砌塊上(下)端不平整引起試件端部局部受壓(或表現(xiàn)為非均勻剪切),以致局部受壓強(qiáng)度不足而破壞,破壞面僅限于上(下)端較小高度范圍,其抗剪承載力很低,呈明顯的脆性破壞,如圖6所示.3.2灰砂蒸壓施工控制磚砌體在剪壓復(fù)合受力作用下的破壞形態(tài)如圖7.經(jīng)比較可知,灰砂蒸壓加氣混凝土砌體與磚砌體均產(chǎn)生剪摩、剪壓和斜壓等主要破壞形態(tài).由于磚的抗壓強(qiáng)度平均值較高(18MPa),當(dāng)砂漿強(qiáng)度較低時(shí),砂漿的抗拉、抗剪或表面粘結(jié)強(qiáng)度起控制作用,處于剪摩破壞的階段較長;而目前生產(chǎn)的灰砂蒸壓加氣混凝土砌塊抗壓強(qiáng)度平均值僅為3.5MPa,均小于每組砂漿強(qiáng)度,在相同的軸壓比下,蒸壓加氣混凝土(autoclavedaeratedconcrete,AAC)砌塊出現(xiàn)破壞跡象,而使砂漿的抗拉、抗剪或表面粘結(jié)強(qiáng)度沒有得到發(fā)揮,所以AAC砌體處于剪摩破壞的階段較短.進(jìn)入剪壓破壞階段后,磚砌體的裂縫數(shù)量多且對稱,而灰砂AAC砌體的裂縫數(shù)量較少且不規(guī)則,兩者的抗剪強(qiáng)度均有一定程度提高.進(jìn)入斜壓破壞階段后,磚砌體的斜壓破壞形態(tài)明顯區(qū)別于其剪壓破壞形態(tài),表現(xiàn)為裂縫數(shù)量變多,寬度變窄;而灰砂AAC砌體剪壓破壞與斜壓破壞形態(tài)對比不明顯,且裂縫數(shù)量仍較少,兩者的抗剪強(qiáng)度均呈降低趨勢.由于灰砂AAC砌塊抗壓強(qiáng)度較低,灰砂砌體較早進(jìn)入壓酥破壞階段,而磚砌體進(jìn)入壓酥破壞階段較晚,在此階段兩者的抗剪強(qiáng)度均迅速降低.4試驗(yàn)結(jié)果的分析4.1剪壓相關(guān)理論現(xiàn)存的抗剪強(qiáng)度理論主要有主拉應(yīng)力破壞理論、剪摩破壞理論、Hoffman強(qiáng)度理論和變摩擦系數(shù)的剪摩理論.變摩擦系數(shù)的剪摩理論能較全面地反映砌體復(fù)合受力時(shí)剪摩、剪壓、斜壓等破壞形態(tài)及相應(yīng)的抗剪強(qiáng)度.重慶建筑大學(xué)駱萬康等人根據(jù)試驗(yàn)結(jié)果研究與分析,提出了基于此理論的砌體剪壓相關(guān)性曲線,其變化規(guī)律與國際知名學(xué)者Pa-ulay和Prieastley所提出的砌體回歸曲線(圖8)頗為一致.由圖8可知,摩擦系數(shù)μ非一定值,它隨壓應(yīng)力的增大而不斷下降,能涵蓋隨壓應(yīng)力σ0增大而先后出現(xiàn)的剪摩、剪壓及斜壓等破壞形態(tài),避免了主拉應(yīng)力理論和剪摩理論公式得出的抗剪強(qiáng)度隨σ0增大而持續(xù)增加的弊端.這種變摩擦系數(shù)的剪摩理論被現(xiàn)行《砌體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范》(GB50003—2001)所采納.4.2灰砂aac砌體剪壓相關(guān)關(guān)系觀察圖9中實(shí)測曲線可得到下述規(guī)律.(1)3條曲線均有上升和下降兩區(qū)段.(2)當(dāng)σ0/fm=0時(shí),砌體通縫抗剪強(qiáng)度fv0,m隨砂漿強(qiáng)度提高而增大,但fv0,m/fm均在0.06左右.(3)當(dāng)σ0/fm>0時(shí),砂漿強(qiáng)度越低,曲線上升段越平緩,下降段也越平緩,說明隨σ0/fm增大抗剪強(qiáng)度增長較慢;反之,砂漿強(qiáng)度越高,則所有情況正相反.原因在于,砂漿強(qiáng)度越高,砂漿與砌塊間的粘結(jié)性越好,但當(dāng)砂漿強(qiáng)度高于砌塊強(qiáng)度較多時(shí),對處于較大軸壓比下的砌體,砂漿對砌塊的約束已不能抑制砌塊的迅速變形,導(dǎo)致抗剪強(qiáng)度下降較快.(4)實(shí)測曲線按破壞形態(tài)大致分為3段.ab為剪摩破壞段,發(fā)生于σ0/fm≈0～0.2.bc為剪壓破壞段,發(fā)生于σ0/fm≈0.2～0.3.cd為斜壓破壞段,發(fā)生于σ0/fm>0.3.根據(jù)試驗(yàn)結(jié)果回歸分析得到灰砂AAC砌體剪壓相關(guān)性曲線,如圖10所示,可以看出回歸曲線與實(shí)測數(shù)據(jù)擬合較好,曲線由兩段不同拋物線組成并銜接于頂點(diǎn)b,ab段(0≤σ0/fm≤0.3)為二次拋物線方程,即fvfm=0.06+2.14σ0fm?3.40(σ0fm)2(1)fvfm=0.06+2.14σ0fm-3.40(σ0fm)2(1)bc段(0.3≤σ0/fm≤1.0)有兩種方程,即二次拋物線fvfm=0.35+0.34σ0fm?0.69(σ0fm)2(2)fvfm=0.35+0.34σ0fm-0.69(σ0fm)2(2)三次拋物線fvfm=0.65?1.30σ0fm+2.11(σ0fm)2?1.46σ30fm(3)fvfm=0.65-1.30σ0fm+2.11(σ0fm)2-1.46σ03fm(3)現(xiàn)將灰砂AAC砌體的剪壓相關(guān)回歸曲線與磚砌體的剪壓相關(guān)曲線進(jìn)行比較,如圖11所示.由圖11可知,灰砂AAC砌體剪壓相關(guān)曲線的變化趨勢與磚砌體相似,由于灰砂AAC塊體強(qiáng)度較低,兩者也存在區(qū)別.當(dāng)σ0/fm=0時(shí),灰砂AAC砌體與磚砌體曲線上分別對應(yīng)fv/fm=0.06和fv/fm=0.085,此時(shí)fv為砌體的通縫抗剪強(qiáng)度;當(dāng)σ0/fm=0.3時(shí),灰砂AAC砌體達(dá)到其最大抗剪強(qiáng)度fv=0.4fm,而對于磚砌體當(dāng)σ0/fm=0.6時(shí),達(dá)到其最大抗剪強(qiáng)度fv=0.33fm;當(dāng)σ0/fm=1.0時(shí),兩者fv/fm=0.兩者的重要區(qū)別在于,當(dāng)σ0/fm較小時(shí),壓應(yīng)力存在對于灰砂AAC砌體抗剪強(qiáng)度的提高要比磚砌體更有效,但當(dāng)0.3<σ0/fm<0.6時(shí),壓應(yīng)力的存在對于磚砌體抗剪強(qiáng)度仍處于有利狀態(tài),而灰砂AAC砌體抗剪強(qiáng)度由于其塊體的抗壓強(qiáng)度較低已開始呈現(xiàn)下降趨勢.4.3灰砂法的靜氣混凝土砌塊的靜力抗剪切強(qiáng)度公式在變摩擦系數(shù)的剪摩理論基礎(chǔ)上,對灰砂AAC砌體剪壓相關(guān)曲線進(jìn)行整理,提出灰砂AAC砌體的靜力抗剪強(qiáng)度公式.1fm1fm1.3.4fm2.4fm3.4fm3.fv,m=0.06fm+(2.14?3.40σ0fm)σ0μ1=2.14?3.40σ0fm(4)fv,m=0.06fm+(2.14-3.40σ0fm)σ0μ1=2.14-3.40σ0fm(4)21.323.43.43.43.43.43.43.43.43.43.43.43.43.43.43.43.43.43.43.43.43.23.23.23.23.23二次方程形式fv,m=0.06fm+(0.29fmσ0+0.34?0.69σ0fm)σ0μ2,2=0.29σ0fm+0.34?0.69σ0fm(5)fv,m=0.06fm+(0.29fmσ0+0.34-0.69σ0fm)σ0μ2,2=0.29σ0fm+0.34-0.69σ0fm(5)三次方程形式fv,m=0.06fm+(0.59fmσ0?1.30+2.11σ0fm?1.46σ20f2m)σ0fv,m=0.06fm+(0.59fmσ0-1.30+2.11σ0fm-1.46σ02fm2)σ0μ2,3=0.59fmσ0?1.30+2.11σ0fm?1.46σ20f2m(6)μ2,3=0.59fmσ0-1.30+2.11σ0fm-1.46σ02fm2(6)將式(4)～式(6)繪成曲線如圖12所示.圖12中ab(μ1)斜直線和bd(μ2,2或μ2,3)曲線反映了摩擦系數(shù)相應(yīng)于fv/fm-(σ0/fm)曲線上升和下降兩區(qū)段的變化規(guī)律.若忽略μ2,2或μ2,3為負(fù)值區(qū)段并用bc弦線取代bd曲線,則可簡化計(jì)算,但誤差明顯.若延長ab至某適當(dāng)位置,如與σ0/fm=0.4縱坐標(biāo)相交點(diǎn)e,再連接ec斜直線,則十分接近兩條曲線.于是可最終將μ以μ1(ae段,0≤σ0/fm≤0.4)和μ2(ec段,0.4≤σ0/fm≤1.0)來表達(dá)(詳見表4),μ2的表達(dá)式為μ2=1.36?1.46σ0fm(7)μ2=1.36-1.46σ0fm(7)于是,摩擦系數(shù)μ即可按式(4)之μ1及式(7)之μ2來計(jì)算取值,式(4)～式(7)的計(jì)算結(jié)果如表6所示.5灰砂aac砌體抗剪強(qiáng)度(1)灰砂AAC砌體在垂直壓應(yīng)力影響下的破壞形態(tài)與磚砌體相似,表現(xiàn)為剪摩、剪壓和斜壓等主要破壞形態(tài),剪摩破壞段發(fā)生于σ0/fm≈0～0.2,破壞面集中于灰縫處,砌體的抗剪強(qiáng)度fv較低;剪壓破壞段發(fā)生于σ0/fm≈0.2～0.3,裂縫數(shù)量較少,砌體的抗剪強(qiáng)度有所增大;斜壓破壞段發(fā)生于σ0/fm≈0.3～1.0,裂縫數(shù)量亦較少,雖然砂漿與塊體粘結(jié)性較好,但由于塊體強(qiáng)度較低,較大壓應(yīng)力使試件橫向膨脹加大.引起沿壓應(yīng)力方向的微裂縫迅速發(fā)展,導(dǎo)致抗剪強(qiáng)度降低.(2)灰砂AAC砌體剪壓相關(guān)曲線為兩段拋物線于曲線峰值點(diǎn)銜接而成.當(dāng)σ0/fm=0時(shí),fv/fm=0.06,此時(shí)fv為砌體的通縫抗剪強(qiáng)度;當(dāng)σ0/fm=0.3時(shí),fv/fm=0.4;當(dāng)σ0/fm=1.0時(shí),fv/fm=0.當(dāng)σ0/fm較小時(shí),壓應(yīng)力存在對于灰砂AA