機(jī)制生土磚砌體沿通縫抗剪性能研究

機(jī)制生土磚砌體沿通縫抗剪性能研究

作為一種傳統(tǒng)的結(jié)構(gòu)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(jié)構(gòu)比磚體結(jié)構(gòu)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(qiáng)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(jié)多孔磚砌體等1高粘度mas體抗剪試驗按照《砌體基本力學(xué)性能試驗方法標(biāo)準(zhǔn)》采用復(fù)摻膠粉和纖維素以及單摻纖維素的高粘性專用砂漿機(jī)制生土磚砌體抗剪試驗在長安大學(xué)結(jié)構(gòu)與抗震實驗室MAS-500kN壓力機(jī)上進(jìn)行,加載方法參照《砌體基本力學(xué)性能試驗方法標(biāo)準(zhǔn)》2破壞形態(tài)與破壞機(jī)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(jié)界面破壞):試件在加載過程中,沿著砂漿與生土磚粘結(jié)界面產(chǎn)生裂縫,達(dá)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(cè)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(dāng)達(dá)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(xì)纖維被拉斷;受剪面砂漿沿主拉應(yīng)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(dá)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(jī)制生土磚粘結(jié)界面破壞機(jī)理沿通縫抗剪試件的豎向荷載理論上由灰縫上的剪應(yīng)力承擔(dān),實際受力與塊材本身抗剪強(qiáng)度、粘結(jié)砂漿強(qiáng)度、砂漿與塊材粘結(jié)強(qiáng)度、灰縫厚度以及砂漿飽滿度等因素相關(guān),多種因素導(dǎo)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(jié)界面或灰縫截面破壞產(chǎn)生不同破壞形態(tài)的機(jī)理不同,對于Ⅰ類破壞形態(tài),其破壞機(jī)理為:a.砂漿自身粘性差,未能與生土磚很好的粘結(jié);b.砂漿與機(jī)制生土磚接觸面的粘結(jié)強(qiáng)度低于砂漿自身的抗剪強(qiáng)度,粘結(jié)面是試件受剪過程中的薄弱截面,導(dǎo)致砂漿成片狀與生土磚脫離,試件沿粘結(jié)界面破壞.Ⅱ類破壞機(jī)理為:a.機(jī)制生土磚在制作過程中壓磚機(jī)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(dāng)砂漿與生土磚界面處粘結(jié)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(jié)性,當(dāng)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(qiáng)粘結(jié)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(xué)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(jié)界面不再薄弱,生土磚塊材表面薄弱部位被粘掉,導(dǎo)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(jié)力和飽滿度不均勻,生土磚表面質(zhì)量的差異性均導(dǎo)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(qiáng)度是指在剪力作用下試件沿灰縫截面或粘結(jié)界面破壞時的強(qiáng)度值.機(jī)制生土磚砌體破壞類型主要包括粘結(jié)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(cè),為簡化計算,假設(shè)此時的抗剪強(qiáng)度近似等于沿灰縫處的抗剪強(qiáng)度.機(jī)制生土磚砌體沿通縫抗剪強(qiáng)度按下式計算,計算結(jié)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(jī)制生土磚砌體沿通縫抗剪強(qiáng)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(qiáng)度值相近,但采用不同砂漿砌筑的砌體沿通縫抗剪強(qiáng)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(qiáng)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(qiáng)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(jié)性能越好,二者協(xié)同抗剪能力越強(qiáng);S3砂漿與生土磚之間的粘結(jié)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(jī)制生土磚的強(qiáng)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(qiáng)度平均值為0.45MPa,磚表面未做隔水處理的J2試件抗剪強(qiáng)度平均值與J1試件相近,說明機(jī)制生土磚表面是否涂刷隔水劑(丙烯酸乳液)對抗剪強(qiáng)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?qiáng)度有影響,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(jìn)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(qiáng)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(jié)力抵抗抗剪強(qiáng)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(jié)力增大,抗剪強(qiáng)度提高.d.受剪截面面積.J1-L6和J2-L6試件沿通縫抗剪強(qiáng)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(qiáng)度平均值分別為0.27MPa和0.30MPa,J1和J2的6磚試件抗剪強(qiáng)度值較9磚試件大,說明抗剪強(qiáng)度與受剪截面面積有關(guān).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(qiáng)度值遠(yuǎn)遠(yuǎn)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(jié)界面,Ⅱ類破壞面交替出現(xiàn)在灰縫與生土磚,粘結(jié)界面強(qiáng)度低于生土磚和灰縫強(qiáng)度,因此Ⅰ類破壞試件抗剪強(qiáng)度值較低.以沿加載方向的位移為橫坐標(biāo),荷載值為縱坐標(biāo),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(jié)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(dá)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(guān)系;達(dá)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(qiáng)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(jié)界面破壞的試件,破壞面主要沿粘結(jié)界面,受力比較均勻,荷載達(dá)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(jī)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(kuò)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(jī)制生土磚砌體沿通縫抗剪試驗a.將《砌體基本力學(xué)性能試驗方法標(biāo)準(zhǔn)》中砌體沿通縫抗剪試驗方法應(yīng)用到機(jī)制生土磚砌體抗剪試驗中,得到穩(wěn)定的抗剪強(qiáng)度值,說明此種方法可作為機(jī)制生土磚砌體抗剪強(qiáng)度試驗方法.b.砂漿自身粘結(jié)強(qiáng)度和與塊材之間的粘結(jié)是決定機(jī)制生土磚砌體抗剪強(qiáng)度的關(guān)鍵因素,復(fù)摻膠粉和纖維素砂漿砌筑的試件主要發(fā)生剪切粘結(jié)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(qiáng)度值過低,達(dá)不到生土磚作為墻體塊材時的抗剪強(qiáng)度要求,實際工程中不應(yīng)采用.c.磚表面刷隔水劑對抗剪強(qiáng)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(jī)制生土磚砌體沿通縫抗剪強(qiáng)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(qiáng)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(qiáng)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