国内外学者对多种砌体的抗剪性能进行了广泛研究，取得了很多科研成果。T.Zimmermann等[1]研究了烧结普通砖砌体的抗剪性能，对比因素为两种不同砂浆，提出该砌体抗剪强度计算公式。K.Venu Madhava Rao等[2]使用多种砌筑砂浆对不同类型的砖砌体进行抗剪试验，研究发现砌体试件的湿度是影响抗剪强度的重要因素，湿度过大或过小都会降低砂浆和砖砌体的粘结性能，并且砖的表面越粗糙砌体抗剪强度越大。G. Sarangapani等[3]采用不同种类砂浆，对砌体试件进行抗剪性能试验，试验表明：影响砌体抗剪强度的主要因素是砂浆与砖块的粘结强度，而非砂浆本身强度。王伟明等[4]采用5种不同种类的嵌缝砂浆进行抗剪试验，并据此提出嵌缝砂浆砌体抗剪强度计算公式。梁建国等[5]对不同样式的砌块类型进行抗剪试验，发现我国砌体标准试验所测抗剪强度是欧洲规范的80%。周铁钢等[6]对机制土坯砖与不同外加剂砂浆砌筑的抗剪试件进行了灰缝受剪性能试验研究，发现不同种类与掺量的外加剂下，试件抗剪强度基本与砂浆抗压强度成正相关，并建立了土坯砖砌体灰缝方向抗剪强度计算表达式。秦士洪等[7]探讨了两种孔型烧结页岩煤矸石多孔砖砌体的抗剪机理，通过试验数据分析得出了多孔砖砌体通缝抗剪强度的计算公式和抗剪强度指标，由此计算的抗剪强度设计值与现行规范规定的设计值相比平均高47%。

苗生龙等[8-9]对高温后的混合砂浆、黏土砖抗压强度进行试验研究，分析了高温后混合砂浆和黏土砖抗压破坏机理，发现混合砂浆在高温200、400、600℃恒温60min自然冷却后，抗压强度分别降低20%、30%、60%,并建立了高温后黏土砖砌体抗压强度计算公式。谭巍等[10]对高温冷却后砌体抗压强度及弹性模量进行试验研究，发现其与常温状态下相比均大幅度降低，建立了高温冷却后砌体抗压强度的应力-应变理论模型。章东昊等[11]对多孔砖砌体进行火灾后抗压强度和抗剪强度试验研究，以受火时间、冷却方式和砂浆强度为对比因素，分别建立火灾后多孔砖砌体抗压强度、抗剪强度劣化规律表达式。闵明保等[12]对火灾后黏土砖和砂浆进行了抗压强度试验测试，并提出火灾后黏土砖砌体抗压残余承载力计算公式，计算值满足工程使用要求。李成[13]进行了火灾后多孔砖砌体结构加固及抗震性能试验研究，结合国内外砌体结构设计规范及试验结果，获得采用不同方式加固火灾后砌体墙的抗剪承载力计算公式。周浩南等[14]制作了84个砌体试件，进行了在不同高温后不同轴压比下的抗剪试验，找出了砌体在高温后的抗剪强度和轴压比之间的变化规律，结合高温后砖砌体纯剪强度公式，得到以温度为变量的高温后砖砌体剪压复合抗剪强度计算公式。

对于高温后烧结普通砖砌体试件的抗剪性能研究仍相对缺乏。砌体结构抗震能力的强弱很大程度源于其抗剪强度的强弱，不同高温环境后砌体抗剪强度的试验研究可对火灾后砌体房屋的抗震能力鉴定评估提供一定依据。鉴于此，制作了36个烧结普通砖砌体试件，对其进行不同高温环境后的通缝剪切试验，研究不同高温环境对烧结普通砖砌体试件抗剪强度影响规律，提出了高温后烧结普通砖砌体抗剪强度计算公式，为火灾后砌体抗剪强度计算提供依据，具有一定工程实践意义。

1、试验概况

1.1试件设计

根据《砌体基本力学性能试验方法标准》(GB/T 50129—2011),抗剪试件选择由九块砖组成的双剪试件，普通烧结砖块材强度等级均为MU10,试件设计尺寸为240mm×179mm×365mm,分别配置强度为M5、M7.5、M10水泥砂浆(配合比见表1),砌筑水泥砂浆厚度10mm左右[15],共砌筑36个试件，施工质量等级为B级，试件设计如表2所示。砌筑完成后，置于室内浇水正常养护28d,见图1。将K型热电偶埋置在试件竖向灰缝中，分别置于距试件表面2、3、4、5cm处，试验过程中连接数据采集仪Agilent34980A,采样频率为5min/次，测试件温度场，如图2所示。

表1水泥砂浆制备材料质量比

图1试件制作

图2热电偶位置

1.2高温试验

试件养护完成后，在青岛理工大学材料实验室进行高温试验。参考相关文献[16-17],类比混凝土高温损伤温度，高温环境依次设置200、400℃和500℃,炉内温度上升速度10℃/min,待炉内升到设置温度后，恒温2h,等试件自然冷却之后拿出。参照《建筑砂浆基本性能试验方法标准》(JGJ/T 70—2009)要求，制作M5、M7.5、M10水泥砂浆试块，边长均约为70.7mm,进行常温、200、400℃和500℃高温试验，每种试验试块各3个，高温试验要求与砌体试件保持一致，再进行水泥砂浆抗压试验。对10块烧结普通砖进行高温试验，温度设定500℃,恒温2h,待自然冷却后取出进行抗压试验。试验装置如图3、图4所示。

图3高温箱式炉

图4材性试验

1.3加载试验

高温500℃,恒温2h且自然冷却后，对烧结普通砖进行抗压试验，测得其抗压强度平均值12.14MPa,常温下其抗压强度平均值12.81MPa,由此看出高温对烧结普通砖抗压强度影响较小。对高温后水泥砂浆进行抗压试验，试验数据如表3所示。

表3水泥砂浆抗压强度平均值/MPa

由表3可知，高温是影响水泥砂浆抗压强度的重要因素，与常温水泥砂浆抗压强度相比，高温200、400、500℃后水泥砂浆抗压强度平均值分别下降13%、35%、41%。

图5试验装载设置

高温试验结束后，使用YAW-5000电液伺服压力试验机进行砌体试件抗剪试验，将100t压力传感器固定在试验机的压板上，测量高温后烧结普通砖砌体剪力值以获得抗剪强度值，在砌体中间砖位置布置位移传感器，并用夹具固定在试验机上，测量破坏时砌体变形位移。为使试件加载时受力均匀且产生剪切破坏，将两条2cm厚和一条3cm厚钢片分别放于试件两侧下部及砌体中间砖上部。在开始试验前，对试件剪切面尺寸进行测量，将试件的中心和试验机千斤顶中心保持在一条水平线上，数据采集仪器为DH3816,采集频次1s/次，相关装置如图5所示。

2、试验现象

2.1高温试验现象

烧结普通砖颜色随着温度的上升逐渐变淡，水泥砂浆由灰褐色变为黄白色，相关高温后试件现象如图6～8所示。由于水分蒸发和温度对水泥砂浆的破坏，导致水泥砂浆失去部分粘结能力，表现在高温400℃和500℃后部分边角处的水泥砂浆呈粉末状脱落。在相同温度下，不同强度等级水泥砂浆颜色表观差异不大，强度等级高的水泥砂浆颜色相比强度等级低的略微深重，考虑原因为强度等级高的砂浆水泥掺量大导致。

2.2加载试验现象

所有试件从加载开始直到破坏均是突然产生的，且出现单剪面破坏和双剪面破坏两种类型，是典型的脆性破坏。相比于常温砌体试件，高温环境400℃和500℃后的砌体试件以单剪面破坏居多，究其原因为砌体试件离散性较大，加之高温对砌体产生不均匀的损伤，剪切面两侧水分蒸发，水泥砂浆里的胶凝材料受高温破坏减小了与烧结砖粘结性。两种破坏类型如图9、10所示。

图6 M5砌筑砂浆高温现象

图7 M7.5砌筑砂浆高温现象

图8 M10砌筑砂浆高温现象

(1)试件单剪面破坏：因砌筑水泥砂浆不均匀性，在施加荷载时一侧水泥砂浆出现45°角开裂，水泥砂浆层被拉断(图9(a)、(c));高温对一侧砂浆层产生了不均匀损伤，致使水泥砂浆与烧结普通砖失去了粘结性，水泥砂浆层在一侧脱落，产生粘结破坏(图9(b)、(d))。

(2)试件双剪面破坏：试件一侧水泥砂浆与烧结普通砖发生粘结破坏，另一侧水泥砂浆被施加荷载拉断(图10(a)、(b)),砌体两侧砌筑水泥砂浆都因荷载施加而拉断(图10(c)、(d))。产生此现象主要原因为砌筑砂浆不均匀性和高温损伤耦合，砌筑砂浆的抗拉强度和粘结性均剧烈下降。

图9单剪面破坏

图10双剪面破坏

温度为200℃时，因水泥浆体与砂的热膨胀系数不同，水泥砂浆产生微裂缝，强度削弱，而砂浆中结合水的脱出，又使得水泥颗粒间的胶合作用有所增强，二者共同作用导致水泥砂浆强度略有降低；温度为400℃以上时，高温对水泥砂浆损伤严重，内部水分也彻底蒸发，水泥基胶凝材料开始瓦解，显著降低了水泥砂浆的粘结强度[18-19]。烧结普通砖砌体试件在高温影响下，抗剪破坏主要原因为：

(1)因水泥砂浆中各材料热膨胀系数不一致，在高温影响下容易产生变形开裂，水泥砂浆强度降低。

(2)在高温影响下，砂浆内部水分蒸发使结构松动，且水泥中的胶凝材料出现破坏，水化硅酸钙瓦解，减弱了砂浆强度。

(3)烧结普通砖与水泥砂浆的热膨胀系数不同，高温破坏了砂浆与烧结普通砖间的粘结强度。

3、试验现象分析

3.1温度场分析

为了判断烧结普通砖砌体试件损伤程度和砌体温度变化规律，对试件进行温度场测量分析。在本次试验中，随着升温时间增加，分别测量了不同种类砌筑砂浆不同位置处的温度变化，分析砌筑砂浆损伤程度，与后文烧结普通砖砌体抗剪强度衰减规律建立联系。各试件温度场变化规律如图11所示。

(1)从炉内温度数据变化可以看出，实测升温变化速率与设定的温度上升速率保持一致，且温度上升呈线性变化，待达到炉内设置温度时，由于温控滞后性，炉内温度在10℃左右徘徊，基本保持恒定不变。

(2)根据测试高温炉内砌体温度场变化可得，当炉内温度设定200℃时，烧结普通砖砌体距离外边缘2、3、4cm和5cm处的实测温度分别为92.5、91.8、91.5℃和91℃;当炉内温度设定400℃时，烧结普通砖砌体距离外边缘2、3、4cm和5cm处的实测温度分别为234.3、192.3、181.1、175.3℃;当炉内温度设定500℃时，烧结普通砖砌体距离外边缘2、3、4cm和5cm处的实测温度分别为303.7、252、223.2、207.3℃。因此，当炉内温度达到设定温度并保持恒定2h,试件内部并未达到设定炉温，温度随试件受热距离呈反向改变，试件距离发热电阻丝越近，试件该位置处温度越高，砌筑水泥砂浆损伤越严重。

(3)当温度为200℃,炉内试件砌筑水泥砂浆各测点升温至85～90℃时，温度曲线出现水平段，并持续到2h恒温加热结束；当温度为400℃和500℃,炉内试件砌筑水泥砂浆各测点升温至95～100℃时，温度曲线出现水平段，并保持45min后继续呈线性上升。发生此现象的主要原因为，当炉内温度升温至90℃左右时，试件中所含水分开始由外到内蒸发，并带走炉内温度，试件的温度不再上升，当试件中所有区域水分都蒸发完毕后，热量也不再随着水蒸气被带出炉内，试件温度继续上升。当炉内温度为200℃时，试件内部升温较慢，温度低，水分蒸发时间缓慢；当炉内温度为400℃和500℃时，试件内部升温快，温度高，水分快速蒸发。

3.2加载试验结果分析

《砌体基本力学性能试验方法标准》(GB/T 50129—2011)规定了砌体沿通缝截面的抗剪强度计算公式，如式(1)所示，计算值精确到0.001N/mm2,所有砌体计算结果见表4。

式中：fv,i为试件沿通缝截面的抗剪强度；Nv为试件出现破坏时施加的荷载；A为砌体一侧的剪切面面积。

变异系数δf计算见式(2)、(3):

表4砌体试件抗剪强度

图11温度场实测值

图12抗剪强度平均值与相对值

式中：xi为砌体抗剪强度实测值；n为每组砌体试件个数；s为标准差；mx为砌体抗剪强度平均值。

(1)由表4可以清晰地看出，伴随烧结普通砖砌体温度上升，每种试件的抗剪强度均降低。以常温下砌体抗剪强度为参照，当炉内温度为200℃时，水泥砂浆强度等级为M5、M7.5、M10的各试件抗剪强度平均值分别降低至63%、64%、62%;当炉内温度为400℃时，各试件抗剪强度平均值分别降低至25%、29%、27%;温度500℃时，各试件抗剪强度平均值分别降低至15%、23%、23%。

(2)当炉内温度为200℃时，烧结普通砖砌体试件抗剪强度降低程度较大，分析其原因为炉内试件靠近加热电阻丝一侧2cm内水泥砂浆被高温烧酥，此外，根据前文综述，烧结普通砖砌体抗剪强度主要与水泥砂浆和烧结普通砖的粘结性有关，试件含水率大小对抗剪强度有影响，恒温2h试件水分蒸发较多；当炉内温度为400℃和500℃时，试件内部水分已经全部蒸发，靠近电阻丝一侧的水泥砂浆胶凝材料已被高温破坏，粘结作用微乎其微，抗剪强度剧烈降低。

3.3水泥砂浆的强度

砌筑水泥砂浆的强度是影响试件抗剪强度的重要因素，试件抗剪强度随着水泥砂浆强度的升高而增大。此外，工人的砌筑水平和砌筑灰缝的饱满程度也影响了试件抗剪强度。烧结普通砖因成形工艺的原因使其耐高温性强，对抗剪强度影响很小。随着温度的升高，砌筑砂浆损伤深度加深，试件抗剪强度降低。图12(a)为不同强度等级水泥砂浆的试件抗剪强度平均值，图12(b)为三种烧结普通砖砌体不同高温与常温抗剪强度相对值。

在相同温度下，烧结普通砖砌体抗剪强度随砌筑砂浆等级的升高而增大(图12)。每种砌体试件随温度下降的抗剪强度比值相差不大(图13)。常温、200、400、500℃,M5水泥砂浆砌体试件的抗剪强度相对值依次为1、0.67、0.23、0.21;M7.5水泥砂浆砌体试件的抗剪强度相对值依次为1、0.63、0.29、0.24;M10水泥砂浆砌体试件的抗剪强度相对值依次为1、0.62、0.28、0.23,说明不同种类水泥砂浆的烧结普通砖砌体抗剪强度受高温的影响基本一致。

3.4荷载-位移曲线

对不同高温后烧结普通砖砌体荷载-位移曲线进行分析，可研究烧结普通砖砌体破坏形态及水泥砂浆受温度影响的程度，如图13所示。

(1)烧结普通砖砌体发生剪切破坏的位移很小，通常在2mm以内。抗剪强度主要由水泥砂浆与烧结普通砖之间的粘结力提供，并且粘结力随着水泥砂浆强度的增大而增大，烧结普通砖砌体剪切面出现开裂后抗剪强度随之降低，当剪切面完全破坏时，抗剪强度降低至零，试件破坏。

(2)在同一温度下，烧结普通砖砌体试件抗剪强度伴随水泥砂浆强度增高而增大，破坏时位移也略有增长。这是因为水泥砂浆强度等级对烧结普通砖砌体受力性能有影响，剪切面之间的摩擦力随着砂浆强度的增高而增加，水泥砂浆强度越大，烧结普通砖砌体整体性越强，破坏时位移也随之增长。

(3)在同一强度等级水泥砂浆下，烧结普通砖砌体试件抗剪强度伴随温度上升而降低，位移增大。主要原因为剪切面受高温破坏，随着温度升高损伤增多，位移增长。

图13荷载-位移曲线

(4)温度较高的情况下，高温损坏了一部分粘结面，砂浆与砂浆之间空隙变大，在加载的初始阶段，砂浆与砂浆之间的空隙被压实，位移明显增大，初始荷载-位移曲线斜率非常小。

3.5抗剪强度计算

对高温后烧结普通砖砌体残余抗剪强度数据进行拟合，拟合系数见表5。根据前文材性试验结果，先对高温后水泥砂浆的抗压强度平均值进行数据拟合，得到高温后水泥砂浆抗压衰减系数Q1计算公式如下：

式中：fT2为不同高温后每种水泥砂浆强度的抗压强度平均值；f2为水泥砂浆抗压强度平均值。

表5拟合系数

根据《砌体结构设计规范》(GB 50003—2011),砌体试件抗剪强度平均值fv, m计算公式为：

式中：k5与砌体类别相关，此取0.125;f2为水泥砂浆抗压强度平均值，单位为MPa。

M5水泥砂浆抗压强度实测平均值为5.7MPa, M7.5水泥砂浆抗压强度实测平均值为8.4MPa, M10水泥砂浆抗压强度实测平均值为11.5MPa,分别代入式(5)求得各砌体抗剪强度为0.30、0.36、0.42MPa,实测值与规范值相差10%上下，可以满足工程应用要求。

水泥砂浆的抗压强度随温度的升高而降低，《砌体结构设计规范》(GB 50003—2011)根据式(5)计算砌体抗剪强度值，水泥砂浆强度为主要参数，将式(4)代入式(5)可得砌体随温度变化的抗剪强度公式：

式中fTv0,m为随温度变化的烧结普通砖砌体抗剪强度平均值。

求得每种砂浆砌体抗剪强度如表6所示。从表6可以看出，200℃时计算值和实测值相差不大，当温度为400℃以上时计算值大于实测值，此时烧结普通砖砌体抗剪强度计算公式(式(6))不能简单乘高温后水泥砂浆抗压强度相对值，根据前文分析可知，烧结普通砖砌体抗剪强度主要由砂浆强度和砂浆与砖的粘结强度两部分组成，式(6)中Q1只考虑了高温后水泥砂浆强度的降低却未考虑水泥砂浆与普通烧结砖粘结强度降低的影响，因此，引入高温后水泥砂浆与烧结砖粘结折减系数Q2:

高温后烧结普通砖砌体抗剪强度公式为：

式中Q2为高温后砂浆与烧结砖粘结衰减系数。

由式(8)计算的烧结普通砖砌体抗剪强度见表6。表6中式(8)计算值和实测值较为一致，由理论分析和试验实测提出高温后烧结砖砌体抗剪强度计算公式(式(8)),可得到高温后烧结砖砌体的抗剪强度值。

参照《砌体结构设计规范》(GB 50003—2011),烧结普通砖砌体高温环境后的抗剪强度标准值计算公式为：

表6烧结普通砖砌体抗剪强度

为高温后烧结普通砖抗剪强度标准值。

因温度对烧结普通砖砌体抗剪强度影响较大，强度的离散性大，从表4可看出，最大变异系数为0.265,出于安全考虑取变异系数δf为0.27,则高温后烧结普通砖砌体具有95%保证率的抗剪强度标准值计算公式为：

4、结论

本文研究了烧结普通砖砌体高温后通缝剪切性能，通过试验对36个试件进行高温损伤深度、抗剪强度、峰值位移测试，得到推导后的烧结普通砖高温后抗剪强度衰减系数，并得出以下结论：

(1)不同强度等级水泥砂浆的烧结普通砖砌体抗剪强度伴随温度的升高均降低，以常温烧结普通砖砌体抗剪强度为参照，当温度为200℃时，抗剪强度平均值下降至63%左右，当温度为400℃时，抗剪强度平均值下降至27%左右，当温度为500℃时，抗剪强度平均值下降至20%左右。

(2)对于相同强度水泥砂浆，常温烧结普通砖砌体与高温烧结普通砖砌体的抗剪强度相对值大致相同，高温对不同水泥砂浆的烧结普通砖砌体抗剪强度影响一致。

(3)烧结普通砖砌体发生剪切破坏的位移很小，通常在2mm以内。抗剪强度主要由水泥砂浆与烧结普通砖之间的粘结力提供，并且粘结力随着水泥砂浆强度的增大而增大。在同一温度下，砌体试件抗剪强度伴随水泥砂浆强度增高而增大，破坏时位移也略有增长。在同一

等级砂浆下，砌体试件抗剪强度伴随温度上升而降低，位移增大。

(4)对高温后烧结普通砖砌体抗剪强度进行理论分析和试验数据拟合，提出高温后烧结普通砖砌体抗剪强度的计算公式，结果显示计算值与试验值较为吻合。

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文章来源:赵长勇,高立堂,崔文松.高温后烧结普通砖砌体抗剪性能试验研究[J].建筑结构,2024,54(14):125-132+118.