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1、第2章 砌体材料及其基本力学性能,返回总目录,砌体的种类砌体的材料及其强度等级 砌体的受压性能 砌体的受拉、受弯、受剪性能 砌体的其他性能 本章小结 思考题与习题,本章内容,砌体的种类,砌体可按照所用材料、砌法以及在结构中所起作用等方面的不同进行分类。按照所用材料不同砌体可分为砖砌体、砌块砌体及石砌体；按砌体中有无配筋可分为无筋砌体与配筋砌体；按实心与否可分为实心砌体与空斗砌体；按在结构中所起的作用不同可分为承重砌体与自承重砌体等。一、砖砌体由砖和砂浆砌筑而成的整体材料称为砖砌体，砖砌体包括烧结普通砖砌体，烧结多孔砖砌体和蒸压硅酸盐砖砌体。在房屋建筑中，砖砌体常用作一般单层和多层工业与民用建筑
2、的内外墙、柱、基础等承重结构以及多高层建筑的围护墙与隔墙等自承重结构等。实心砖砌体墙常用的砌筑方法有一顺一丁(砖长面与墙长度方向平行的则为顺砖，砖短面与墙长度方向平行的则为丁砖)、三顺一丁或梅花丁，如图2.1所示，过去的五顺一丁做法已很少采用。,砌体的种类,(a)一顺一丁,(b)梅花丁,(c)三顺一丁,图2.1 砖砌体的砌筑方法,砌体的种类,试验表明，采用同强度等级的材料，按照上述几种方法砌筑的砌体，其抗压强度相差不大。但应注意上下两皮顶砖间的顺砖数量愈多，则意味着宽为240mm的两片半砖墙之间的联系愈弱，很容易产生“两片皮”的效果而急剧降低砌体的承载能力。标准砌筑的实心墙体厚度常为240mm
3、(一砖)、370mm(一砖半)、490mm(二砖)、620mm(二砖半)、740mm(三砖)等。有时为节省材料，墙厚可不按半砖长而按1/4砖长的倍数设计，即砌筑成所需的180mm、300mm、420mm等厚度的墙体。试验表明，这些厚度的墙体的强度是符合要求的。,砌体的种类,在我国南方及广大农村地区，为节省材料，曾采用砖砌体砌筑空斗墙(如一眠一斗、一眠多斗、无眠空斗等)，如图2.2所示。这种墙能减轻结构自重，可节省砖30%左右，节省砂浆50%左右，还可提高隔热保温性能，但空斗墙的施工十分不便，浪费人工，影响施工进度，而且抗剪、抗风抗震性能较差，同时外层砖、砂浆的腐蚀对空斗墙的受力性能影响极大。因
4、此新修订的砌体结构设计规范取消了原规范(GBJ 388)空斗墙的相关内容。,(a)一眠一斗,(b)一眠多斗,(c)无眠斗,(d)无眠斗,图2.2 孔都砌体的砌筑方法,砌体的种类,砖砌体使用面广，确保砌体的质量尤为重要。如在砌筑作为承重结构的墙体或砖柱时，应严格遵守施工规程操作，应防止强度等级不同的砖混用，特别是应防止大量混入低于要求强度等级的砖，并应使配制的砂浆强度符合设计强度的要求。一般地，达不到施工验收标准的砌体墙、柱，其中混入低于设计强度等级的砖或使用不符设计强度要求的砂浆而砌筑成的砌体墙、柱等都将会降低其结构的强度。此外，应严禁用包心砌法砌筑砖柱。这种柱仅四边搭接，整体性极差，承受荷载
5、后柱的变形大，强度不足，极易引起严重的工程事故。,砌体的种类,二、砌块砌体由砌块和砂浆砌筑而成的整体材料称为砌块砌体，目前国内外常用的砌块砌体以混凝土空心砌块砌体为主，其中包括以普通混凝土为块体材料的普通混凝土空心砌块砌体和以轻骨料混凝土为块体材料的轻骨料混凝土空心砌块砌体。砌块按尺寸大小的不同分为小型、中型和大型三种。小型砌块尺寸较小，型号多，尺寸灵活，施工时可不借助吊装设备而用手工砌筑，适用面广，但劳动量大。中型砌块尺寸较大，适于机械化施工，便于提高劳动生产率，但其型号少，使用不够灵活。大型砌块尺寸大，有利于生产工厂化，施工机械化，可大幅提高劳动生产率，加快施工进度，但需要有相当的生产设备
6、和施工能力。砌块砌体主要用作住宅、办公楼及学校等建筑以及一般工业建筑的承重墙或围护墙。砌块大小的选用主要取决于房屋墙体的分块情况及吊装能力。砌块排列设计是砌块砌体砌筑施工前的一项重要工作，设计时应充分利用其规律性，尽量减少砌块类型，使其排列整齐，避免通缝，并砌筑牢固，以取得较好的经济技术效果。,砌体的种类,三、石砌体由天然石材和砂浆(或混凝土)砌筑而成的整体材料称为石砌体。用作石砌体块材的石材分为毛石和料石两种。毛石又称片石，是采石场由爆破直接获得的形状不规则的石块。根据平整程度又将其分为乱毛石和平毛石两类，其中乱毛石指形状完全不规则的石块，平毛石指形状不规则但有两个平面大致平行的石块。料石是
7、由人工或机械开采出的较规则的六面体石块，再略经凿琢而成。根据表面加工的平整程度分为毛料石、粗料石、半细料石和细料石四种。根据石材的分类，石砌体又可分为料石砌体、毛石砌体和毛石混凝土砌体等。毛石混凝土砌体是在模板内交替铺置混凝土层及形状不规则的毛石构成。石材是最古老的土木工程材料之一，用石材建造的砌体结构物具有很高的抗压强度，良好的赖磨性和耐久性，且石砌体表面经加工后美观且富于装饰性。利用石砌体具有永久保存的可能性，人们用它来建造重要的建筑物和纪念性的结构物；利用石砌体给人以威严雄浑、庄重高贵的感觉，欧洲许多皇家建筑采用石砌体，例如欧洲最大的皇宫法国凡尔赛宫(16611689年建造)，宫殿建筑物
8、的墙体全部使用石砌体建成。另外，石砌体中的石材资源分布广，蕴藏量丰富，便于就地取材，生产成本低，故古今中外在修建城垣、桥梁、房屋、道路和水利等工程中多有应用。如用料石砌体砌筑房屋建筑上部结构、石拱桥、储液池等建筑物，用毛石砌体砌筑基础、堤坝、城墙、挡土墙等。,砌体的种类,四、配筋砌体为提高砌体强度、减少其截面尺寸、增加砌体结构(或构件)的整体性，可在砌体中配置钢筋或钢筋混凝土，即采用配筋砌体。配筋砌体可分为配筋砖砌体和配筋砌块砌体，其中配筋砖砌体又可分为网状配筋砖砌体、组合砖砌体，配筋砌块砌体又可分为均匀配筋砌块砌体、集中配筋砌块砌体以及均匀集中配筋砌块砌体。网状配筋砌砖体又称为横向配筋砖砌体
9、，是在砖柱或砖墙中每隔几皮砖的水平灰缝中设置直径为34mm的方格网式钢筋网片(如图2.3(a)所示)，或直径68mm的连弯式钢筋网片砌筑而成的砌体结构。在砌体受压时，网状配筋可约束和限制砌体的横向变形以及竖向裂缝的开展和延伸，从而提高砌体的抗压强度。网状配筋砖砌体可用作承受较大轴心压力或偏心距较小的较大偏心压力的墙、柱。组合砖砌体是由砖砌体和钢筋混凝土面层或钢筋砂浆面层构成的整体材料。工程应用上有两种形式，一种是采用钢筋混凝土或钢筋砂浆作面层的砌体，这种砌体可以用作承受偏心距较大的偏心压力的墙、柱(如图2.3(b)所示)；另一种是在砖砌体的转角、交接处以及每隔一定距离设置钢筋混凝土构造柱，并在
10、各层楼盖处设置钢筋混凝土圈梁，使砖砌体墙与钢筋混凝土构造柱、圈梁组成一个共同受力的整体结构(如图2.3(c)所示)。组合砖砌体建造的多层砖混结构房屋的抗震性能较无筋砌体砖混结构房屋的抗震性能有显著改善，同时它的抗压和抗剪强度亦有一定程度的提高。,砌体的种类,配筋混凝土砌块砌体是在混凝土小型空心砌块砌体的水平灰缝中配置水平钢筋，在孔洞中配置竖向钢筋并用混凝土灌实的一种配筋砌体(如图2.3(d)所示)。其中，集中配筋砌块砌体是仅在砌块墙体的转角、接头部位及较大洞口的边缘砌块孔洞中设置竖向钢筋，并在这些部位砌体的水平灰缝中设置一定数量的钢筋网片，主要用于中、低层建筑；均匀配筋砌块砌体是在砌块墙体上下
11、贯通的竖向孔洞中插入竖向钢筋，并用灌孔混凝土灌实，使竖向和水平钢筋与砌体形成一个共同工作的整体，故又称配筋砌块剪力墙，可用于大开间建筑和中高层建筑。均匀集中配筋砌块砌体在配筋方式和建造的建筑物方面均处于上述两种配筋砌块砌体之间。配筋砌体不仅加强了砌体的各种强度和抗震性能，还扩大了砌体结构的使用范围，比如高强混凝土砌块通过配筋与浇筑灌孔混凝土，作为承重墙体可砌筑1020层的建筑物，而且相对于钢筋混凝土结构具有不需要支模、不需再作贴面处理及耐火性能更好等优点。国外配筋砌体类型较多，大致可概括为两类，一类是在空心砖或空心砌块的水平灰缝或凹槽内设置水平直钢筋或桁架状钢筋，在孔洞内设置竖向钢筋，并灌筑混
12、凝土；另一类是在内外两片砌体的中间空腔内设置竖向和横向钢筋，并灌筑混凝土，其配筋形式如图2.3(d)所示。国外已采用配筋砌体建造了许多高层建筑，积累了丰富的经验。如美国拉斯维加斯的Excalibur Hotel五星级酒店，其4幢28层的大楼即采用的是配筋混凝土砌块砌体剪力墙承重结构。,配筋砌体,(a),(b),(c),(d),图2.3 配筋砌体截面,砌体的种类,五、墙板大型墙板可作为承重的内墙和悬挂的外墙，一些轻质板材可用作内隔墙。目前我国的预制大型墙板有矿渣混凝土墙板、空心混凝土墙板、振动砖墙板、稻草板以及采用滑模工艺生产的整体混凝土墙板等。大型墙板可进行工厂化定型生产，整体快速安装，大大减
13、轻砌筑墙体繁重的体力劳动，加快施工进度，促进建筑工业化，施工机械化，还可在其墙板材料的内部或表面加入其他材料做成具有保温、隔声、吸音或其他特殊功能的墙板，满足建筑物对墙体在这些方面的功能要求，是一种有发展前途的墙体体系。但墙板在安装时，对施工吊装设备及施工工艺水平方面的要求亦有所提高。,构成砌体的材料包括块体材料和胶结材料，块体材料和胶结材料(砂浆)的强度等级主要是根据其抗压强度划分的，亦是确定砌体在各种受力状态下强度的基础数据。一、砖 砖是构筑砖砌体整体结构中的块体材料。我国目前用于砌体结构的砖主要可分为烧结砖和非烧结砖两大类。烧结砖可分为烧结普通砖与烧结多孔砖，一般是由粘土、煤矸石、页岩或
14、粉煤灰等为主要原料，压制成土坯后经烧制而成。烧结砖按其主要原料种类的不同又可分为烧结粘土砖、烧结页岩砖、烧结煤矸石砖及烧结粉煤灰砖等。烧结普通砖包括实心或孔洞率不大于25%且外形尺寸符合规定的砖，其规格尺寸为240mm115mm53mm，如图2.4(a)所示。烧结普通砖重力密度在1618 kNm3之间，具有较高的强度，良好的耐久性和保温隔热性能，且生产工艺简单，砌筑方便，故生产应用最为普遍，但因为占用和毁坏农田，在一些大中城市现已逐渐被禁止使用。,砌体的材料及其强度等级,砌体的材料及其强度等级,烧结多孔砖是指孔洞率不小于25%，孔的尺寸小而数量多，多用于承重部位的砖。多孔砖分为P型砖与M型砖，
15、P型砖的规格尺寸240mm115mm90mm，如图2.4(b)所示。M型砖的规格尺寸为190mml90mm90mm，如图2.4(c)所示，以及相应的配砖。此外，用粘土、页岩、煤矸石等原料还可经焙烧成孔洞较大、孔洞率大于35%的烧结空心砖，如图2.4(d)所示，多用于砌筑围护结构。一般烧结多孔砖重力密度在1114 kNm3之间，而大孔空心砖重力密度则在911 kNm3之间。多孔砖与实心砖相比，可以减轻结构自重、节省砌筑砂浆、减少砌筑工时，此外其原料用量与耗能亦可相应减少。非烧结砖包括蒸压灰砂砖和蒸压粉煤灰砖。蒸压灰砂砖是以石灰和砂为主要原料，经坯料制备、压制成型、蒸压养护而成的实心砖，简称灰砂砖
16、。蒸压粉煤灰砖是以粉煤灰、石灰为主要原料，掺加适量石膏和集料，经坯料制备、压制成型、高压蒸汽养护而成的实心砖，简称粉煤灰砖。蒸压灰砂砖与蒸压粉煤灰砖的规格尺寸与烧结普通砖相同。,砌体的材料及其强度等级,(a),(b),(c),(d),图2.4 砖的规格,砌体的材料及其强度等级,烧结砖中以烧结粘土砖的应用最为久远，也最为普遍，但由于粘土砖生产要侵占农田，影响社会经济的可持续发展，且我国因人口众多、人均耕地面积少，更应逐步限制或取消粘土砖的生产和应用，并进行墙体材料的改革，积极发展粘土砖的替代产品，利用当地资源或工业废料研制生产新型墙体材料。烧结粘土砖在我国目前已被列入限时、限地禁止使用地墙体材料
17、。蒸压灰砂砖与蒸压粉煤灰砖均属硅酸盐制品，这类砖的生产不需粘土，且可大量利用工业废料，减少环境污染，是值得大力推广应用的一类墙体材料。砖的强度等级按试验实测值来进行划分。实心砖的强度等级是根据标准试验方法所得到的砖的极限抗压强度值来划分的(烧结普通砖GB/T 51011998)，多孔砖强度等级的划分除考虑抗压强度外，尚应考虑其抗折荷重(烧结多孔砖GB l35442000)。烧结普通砖、烧结多孔砖的强度等级有MU30、MU25、MU20、MUl5和MUl0，其中MU表示砌体中的块体(Masonry Unit)，其后数字表示块体的抗压强度值，单位为MPa。蒸压灰砂砖与蒸压粉煤灰砖的强度等级有MU2
18、5、MU20、MUl5和MUl0。确定粉煤灰砖的强度等级时，其抗压强度应乘以自然碳化系数，当无自然碳化系数时，可取人工碳化系数的1.15倍。烧结普通砖、烧结多孔砖的强度等级指标分别见表2-1和表2-2。,砌体的材料及其强度等级,表2-1 烧结普通砖强度等级指标(MPa),砌体的材料及其强度等级,表2-2 烧结多孔砖强度等级指标,砌体的材料及其强度等级,二、砌块,砌块一般指混凝土空心砌块、加气混凝土砌块及硅酸盐实心砌块。此外还有用粘土、煤矸石等为原料，经焙烧而制成的烧结空心砌块，如图2.5所示。,图2.5 砌块材料,砌体的材料及其强度等级,砌块按尺寸大小可分为小型、中型和大型三种，我国通常把砌块
19、高度为180350mm的称为小型砌块，高度为360900mm的称为中型砌块，高度大于900mm的称为大型砌块。我国目前在承重墙体材料中使用最为普遍的是混凝土小型空心砌块，它是由普通混凝土或轻集料混凝土制成，主要规格尺寸为390mm190mm190mm，空心率一般在25%50%之间，一般简称为混凝土砌块或砌块。混凝土空心砌块的重力密度一般在在1218 kNm3之间，而加气混凝土砌块及板材的重力密度在10 kNm3以下，可用作隔墙。采用较大尺寸的砌块代替小块砖砌筑砌体，可减轻劳动量并可加快施工进度，是墙体材料改革的一个重要方向。实心砌块以粉煤灰硅酸盐砌块为主，其加工工艺与蒸压粉煤灰砖类似，其重力密
20、度一般在15-20kNm3之间，主要规格尺寸有880mm190mm380mm和580mm190mm380mm等。加气混凝土砌块由加气混凝土和泡沫混凝土制成，其重力密度一般在4-6 kNm3之间。由于自重轻，加工方便，故可按使用要求制成各种尺寸，且可在工地进行切锯，因此广泛应用于工业与民用建筑的围护结构。混凝土空心砌块的强度等级是根据标准试验方法，按毛截面面积计算的极限抗压强度值来划分的。根据普通混凝土小型空心砌块(GB 82391997)，混凝土小型空心砌块的强度等级为MU20、MUl5、MUl0、MU7.5、MU5和MU3.5六个等级，其强度等级指标见表2-3。根据轻集料混凝土小型空心砌块(
21、GB/T 152292002)，轻集料混凝土小型空心砌块的强度等级为MUl0、MU7.5、MU5、MU3.5、MU2.5和MU1.5六个等级，其强度等级指标见表2-4。非承重砌块的强度等级为MU3.5。,砌体的材料及其强度等级,表2-3 混凝土小型空心砌块强度等级指标(MPa),砌体的材料及其强度等级,表2-4 轻集料混凝土小型空心砌块强度等级指标(MPa),对掺有粉煤灰15%以上的混凝土砌块，在确定其强度等级时，砌块抗压强度应乘以自然碳化系数，当无自然碳化系数时，可取人工碳化系数的1.15倍。,砌体的材料及其强度等级,三、石材 天然建筑石材重力密度多大于18 kNm3，并具有很高的抗压强度，
22、良好的耐磨性、耐久性和耐水性，表面经加工后具有较好的装饰性，可在各种工程中用于承重和装饰，且其资源分布较广，蕴藏量丰富，是所有块体材料中应用历史最为悠久、最为广泛的土木工程材料之一。砌体中的石材应选用无明显风化的石材。因石材的大小和规格不一，通常由边长为70mm的立方体试块进行抗压试验，取3个试块破坏强度的平均值作为确定石材强度等级的依据。石材的强度等级划分为MUl00、MU80、MU60、MUS0、MU40、MU30和MU20。,砌体的材料及其强度等级,四、砌筑砂浆将砖、石、砌块等块体材料粘结成砌体的砂浆即砌筑砂浆，它由胶结料、细集料和水配制而成，为改善其性能，常在其中添加掺入料和外加剂。砂
23、浆的作用是将砌体中的单个块体连成整体，并抹平块体表面，从而促使其表面均匀受力，同时填满块体间的缝隙，减少砌体的透气性，提高砌体的保温性能和抗冻性能。砂浆按胶结料成分不同可分为水泥砂浆、水泥混合砂浆以及不含水泥的石灰砂浆、粘土砂浆和石膏砂浆等。水泥砂浆是由水泥、砂和水按一定配合比拌制而成，水泥混合砂浆是在水泥砂浆中加入一定量的熟化石灰膏拌制成的砂浆，而石灰砂浆、粘土砂浆和石膏砂浆分别是用石灰、粘土和石膏与砂和水按一定配合比拌制而成的砂浆。工程上常用的砂浆为水泥砂浆和水泥混合砂浆，临时性砌体结构砌筑时多采用石灰砂浆。对于混凝土小型空心砌块砌体，应采用由胶结料、细集料、水及根据需要掺入的掺合料及外加
24、剂等组分，按照一定比例，采用机械搅拌的专门用于砌筑混凝土砌块的砌筑砂浆。,砌体的材料及其强度等级,砂浆的强度等级是根据其试块的抗压强度确定，试验时应采用同类块体为砂浆试块底模，由边长为70.7mm的立方体标准试块，在温度为1525环境下硬化、龄期28d(石膏砂浆为7d)的抗压强度来确定。砌筑砂浆的强度等级为M15、M10、M7、M5和M2.5。其中M表示砂浆(Mortar)，其后数字表示砂浆的强度大小(单位为MPa)。混凝土小型空心砌块砌筑砂浆的强度等级用Mb标记(b表示block)，以区别于其他砌筑砂浆，其强度等级有Mb30、Mb25、Mb20、Mb15、Mb10、Mb7.5和Mb5，其后数
25、字同样表示砂浆的强度大小(单位为MPa)。当验算施工阶段砂浆尚未硬化的新砌体强度时，可按砂浆强度为零来确定其砌体强度。砌体施工时，应高度重视配置砂浆的强度等级和质量，应使用强度和安定性均符合标准要求的水泥，不同品种水泥不得混用，并应严格计量按设计配合比采用机械拌制，使配置的砂浆达到设计强度等级，减小砂浆强度和质量上的离散性。工程中由于砂浆强度低于设计规定的强度等级造成的事故将是十分严重的。对于砌体所用砂浆，总的要求是：砂浆应具有足够的强度，以保证砌体结构物的强度；砂浆应具有适当的保水性，以保证砂浆硬化所需要的水分；砂浆应具有一定的可塑性，即和易性应良好，以便于砌筑，提高工效，保证质量和提高砌体
26、强度。砂浆的保水性是指新拌砂浆在存放、运输和使用过程中能够保持其中水分不致很快流失的能力。保水性不好的砂浆在施工过程中容易泌水、分层、离析、失水而降低砂浆的可塑性。在砌筑时，保水性不好的砂浆中的水分很容易被砖或砌块迅速吸收，砂浆很快干硬失去水分，影响胶结材料的正常硬化，从而降低了砂浆的强度，最终导致降低砌体强度，影响砌筑质量。,砌体的材料及其强度等级,砂浆的可塑性是指砂浆在自重和外力作用下所具有的变形性能。砂浆的可塑性可用标准圆锥体沉入砂浆中的深度来测定，即用砂浆稠度表示。可塑性良好的砂浆在砌筑时容易铺成均匀密实的砂浆层，既便于施工操作又能提高砌筑质量。砂浆的可塑性可通过在在砂浆中掺入塑性掺料
27、来改变。试验表明，在砂浆中掺入一定量的石灰膏等无机塑化剂和皂化松香等有机塑化剂，可提高砂浆的塑性，提高劳动效率，还可提高砂浆的保水性，保证砌筑质量，同时还可节省水泥。根据砂浆的用途一般规定标准圆锥体的沉入深度为用于砖砌体的为70100mm；用于石材砌体的为4070mm；用于振动法石块砌体的为l030mm。对于干燥及多孔的砖、石，采用上述较大值，对于潮湿及密实的砖、石则应采用较小值。砂浆的强度等级、保水性、可塑性是砂浆性能的几个重要指标，在砌体工程的设计、和施工中一定保证砂浆的这几个性能指标要求，将其控制在合理的范围内。,砌体的材料及其强度等级,五、钢筋与混凝土砌体结构中所用钢筋及混凝土的强度设
28、计值与强度等级指标可查阅混凝土结构设计规范(GB 500102002)。混凝土小型空心砌块砌体需灌孔时，应采用专门的混凝土小型空心砌块灌孔混凝土，它由水泥、集料、水和根据需要所掺入的掺合料或外加剂等按一定比例，采用机械拌制而成。这种灌孔混凝土用于浇筑混凝土小型空心砌块砌体的芯柱或其他需要填实的孔洞，这是一种高流动性和低收缩的细石混凝土。混凝土小型空心砌块砌体用这种混凝土填实孔洞或浇筑芯柱能显著提高和改善砌体结构的整体工作性能、抗震性能以及局部承载的能力。,六、砌体材料的选择,砌体结构所用材料，应因地制宜，就地取材，并确保砌体在长期使用过程中具有足够的承载力和符合要求的耐久性，还应满足建筑物整体
29、或局部部位所处于不同环境条件下正常使用时建筑物对其材料的特殊要求。除此之外，还应贯彻执行国家墙体材料革新政策，研制使用新型墙体材料来代替传统的墙体材料，以满足建筑结构设计的经济、合理、技术先进的要求。对于具体的设计，砌体材料的选择应遵循如下原则:对于地面以下或防潮层以下的砌体所用材料，应提出最低强度要求，对于潮湿房间所用材料的最低强度等级要求见表2-5；对于长期受热200以上、受急冷急热或有酸性介质侵蚀的建筑部位，规范规定不得采用蒸压灰砂砖和粉煤灰砖，MUl5和MUl5以上的蒸压灰砂砖可用于基础及其他建筑部位，蒸压粉煤灰砖用于基础或用于受冻融和干湿交替作用的建筑部位必须使用一等砖；对于五层及五
30、层以上房屋的墙，以及受振动或层高大于6m的墙、柱所用材料的最低强度等级：砖MU10、砌块MU30、砌筑砂浆M5；对于安全等级为一级或设计使用年限大于50年的房屋，墙、柱所用材料的最低强度等级，还应比上述规定至少提高一级。,砌体的材料及其强度等级,砌体的材料及其强度等级,表2-5 地面以下或防潮层以下的砌体、潮湿房间墙体所用材料的最低强度等级,注：在冻胀地区，地面以下或防潮层以下的砌体，当采用多孔砖时，其孔洞应用水泥砂浆灌实；当采用混凝土砌块时，其孔洞应采用强度等级不低于Cb20的混凝土灌实。,砌体的受压性能,一、砌体的受压破坏特征,试验研究表明，砌体轴心受压从加载直到破坏，按照裂缝的出现、发展
31、和最终破坏，大致经历三个阶段，如图2.4所示。,第一阶段，从砌体受压开始，当压力增大至50%70%的破坏荷载时，砌体内出现第一条(批)裂缝。对于砖砌体，在此阶段，单块砖内产生细小裂缝，且多数情况下裂缝约有数条，但一般均不穿过砂浆层，如果不再增加压力，单块砖内的裂缝也不继续发展。如图2.6(a)所示。对于混凝土小型空心砌块，在此阶段，砌体内通常只产生一条细小裂缝，但裂缝往往在单个块体的高度内贯通。第二阶段，随着荷载的增加，当压力增大至80%90%的破坏荷载时，单个块体内的裂缝将不断发展，裂缝沿着竖向灰缝通过若干皮砖或砌块，并逐渐在砌体内连接成一段段较连续的裂缝。此时荷载即使不再增加，裂缝仍会继续
32、发展，砌体已临近破坏，在工程实践中可视为处于十分危险状态，如图2.6(b)所示。,第三阶段，随着荷载的继续增加，则砌体中的裂缝迅速延伸、宽度扩展，连续的竖向贯通裂缝把砌体分割形成小柱体，砌体个别块体材料可能被压碎或小柱体失稳，从而导致整个砌体的破坏，如图2.6(c)所示。以砌体破坏时的压力除以砌体截面面积所得的应力值称为该砌体的极限抗压强度。,砌体的受压性能,(a)(b)(c)图2.6 砖砌体受压破坏形态,砌体是由块体与砂浆粘结而成，砌体在压力作用下，其强度将取决于砌体中块体和砂浆的受力状态，这是与单一匀质材料的受压强度是不同的。在砌体试验时，测得的砌体强度是远低于块体的抗压强度，这是因其砌体
33、中单个块体所处复杂应力状态所造成的，其复杂应力状态可用砌体本身的性质加以说明。首先，由于砌体中的块体材料本身的形状不完全规则平整、灰缝的厚度不一且不一定均匀饱满密实，故使得单个块体材料在砌体内受压不均匀，且在受压的同时还处于受弯和受剪状态，如图2.7所示。由于砌体中的块体的抗弯和抗剪的能力一般都较差，故砌体内第一批裂缝的出现在单个块体材料内，这是因单个块体材料受弯、受剪所引起的。,砌体的受压性能,二、砌体的受压应力状态,图2.7 砌体中单个块体的受压状态,其次，砌体内的块体材料可视为作用在弹性地基上的梁，砂浆可视为这一弹性地基。当砌体受压时，由于砌块与砂浆的弹性模量及横向变形系数并不同，砌体中
34、块体材料的弹性模量一般均比强度等级低的砂浆的弹性模量大。而砂浆强度越低，砂浆弹性模量与块体材料的弹性模量差值越大时，块体和砂浆在同一压力作用下其变形的差值越大，即在砌体受压时块体的横向变形将小于砂浆的横向变形，但由于砌体中砂浆的硬化粘结，块体材料和砂浆间存在切向粘结力，在此粘结力作用下，块体将约束砂浆的横向变形，而砂浆则有使块体横向变形增加的趋势，并由此在块体内产生拉应力，故而单个块体在砌体中处于压、弯、剪及拉的复合应力状态，其抗压强度降低；相反砂浆的横向变形由于块体的约束而减小，因而砂浆处于三向受压状态，抗压强度提高。由于块体与砂浆的这种交互作用，使得砌体的抗压强度比相应块体材料的强度要低很
35、多，而当用较低强度等级的砂浆砌筑砌体时，砌体的抗压强度却接近或超过砂浆本身的强度，甚至刚砌筑好的砌体，砂浆强度为零时也能承受一定荷载，这即与砌块和砂浆的交互作用有关。对于用较低强度等级砂浆砌筑的砌体，由于砌块内附加拉应力产生早、发展快，从而砌块内裂缝出现较早，发展也较快。对于用较高强度等级砂浆砌筑的砌体，由于砂浆和砌块的弹性模量相差不大，其横向变形也相差不大，故两者之间的交互作用不明显，砌体强度就不能高于砂浆本身的强度。,砌体的受压性能,再次，砌体的竖向灰缝不饱满、不密实，易在竖向灰缝上产生应力集中，同时竖向灰缝内的砂浆和砌块的粘结力也不能保证砌体的整体性。因此，在竖向灰缝上的单个块体内将产生
36、拉应力和剪应力的集中，从而加快块体的开裂，引起砌体强度的降低。,砌体的受压性能,三、影响砌体抗压强度的因素,砌体是一种复合材料，其抗压性能不仅与块体和砂浆材料的物理、力学性能有关，还受施工质量以及试验方法等多种因素的影响。通过对各种砌体在轴心受压时的受力分析及试验结果表明，影响砌体抗压强度的主要因素有以下几个。,1.块体与砂浆的强度 块体与砂浆的强度等级是确定砌体强度最主要的因素。一般来说，砌体强度将随块体和砂浆强度的提高而增高，且单个块体的抗压强度在某种程度上决定了砌体的抗压强度，块体抗压强度高时，砌体的抗压强度也较高，但砌体的抗压强度并不会与块体和砂浆强度等级的提高同比例增高。例如，对于一
37、般砖砌体，当砖的抗压强度提高一倍时，砌体的抗压强度大约提高60%。此外，砌体的破坏主要由于单个块体受弯剪应力作用引起，故对单个块体材料除了要求要有一定的抗压强度外，还必须有一定的抗弯或抗折强度。对于砌体结构中所用砂浆，其强度等级越高，砂浆的横向变形越小，砌体的抗压强度也将有所提高。对于灌孔的混凝土小型空心砌块砌体，块体强度和灌孔混凝土强度是影响其砌体强度的主要因素，而砌筑砂浆强度的影响则不明显，为了充分发挥材料的强度，应使砌块混凝土的强度和灌孔混凝土的强度接近。,砌体的受压性能,2.砂浆的性能 除了强度以外，砂浆的保水性、流动性和变形能力均对砌体的抗压强度有影响。砂浆的流动性大与保水性好时，容
38、易铺成厚度均匀和密实性良好的灰缝，可降低单个块体内的弯剪应力，从而提高砌体强度。但如用流动性过大的砂浆，如掺入过多塑化剂的砂浆，砂浆在硬化后的变形率大，反而会降低砌体的强度。而对于纯水泥砂浆，其流动性差，且保水性较差，不易铺成均匀的灰缝层，影响砌体的强度，所以同一强度等级的混合砂浆砌筑的砌体强度要比相应纯水泥砂浆砌体高。砂浆弹性模量的大小及砂浆的变形性能对砌体强度亦具有较大的影响。当块体强度不变时，砂浆的弹性模量决定其变形率，砂浆强度等级越低，变形越大，块体受到的拉应力与剪应力就越大，砌体强度也就越低。而砂浆的弹性模量越大，其变形率越小，相应砌体的抗压强度也越高。,砌体的受压性能,3.块体的尺
39、寸、形状与灰缝的厚度 块体的尺寸、几何形状及表面的平整程度对砌体的抗压强度的影响也较为明显。砌体中的块体的高度增大，其块体的抗弯、抗剪及抗拉能力增大，砌体受压破坏时第一批裂缝推迟出现，其抗压强度提高；砌体中块体的长度增加时，块体在砌体中引起的弯、剪应力也较大，砌体受压破坏时第一批裂缝相对出现早，其抗压强度降低。因此砌体强度随块体高度的增大而加大，随块体长度的增大而降低。而当块体的形状越规则，表面越平整时，块体的受弯、受剪作用越小，单块块体内的竖向裂缝将推迟出现，故而砌体的抗压强度可得到提高。砂浆灰缝的作用在于将上层砌体传下来的压力均匀地传到下层去。灰缝厚，容易铺砌均匀，对改善单块砖的受力性能有
40、利，但砂浆横向变形的不利影响也相应增大。灰缝薄，虽然砂浆横向变形的不利影响可大大降低，但难以保证灰缝的均匀与密实性，使单块块体处于弯剪作用明显的不利受力状态，严重影响砌体的强度。因此，应控制灰缝的厚度，使其处于既容易铺砌均匀密实，厚度又尽可能的薄。实践证明，对于砖和小型砌块砌体，灰缝厚度应控制在812mm，对于料石砌体，一般不宜大于20mm。,砌体的受压性能,4.砌筑质量 砌筑质量的影响因素是多方面的，砌体砌筑时水平灰缝的饱满度，水平灰缝厚度，块体材料的含水率以及组砌方法等关系着砌体质量的优劣。砂浆铺砌饱满、均匀，可改善块体在砌体中的受力性能，使之较均匀地受压而提高砌体抗压强度；反之，则降低砌
41、体强度。因此砌体施工及验收规范规定，砌体水平灰缝的砂浆饱满程度不得低于80%，砖柱和宽度小于lm的窗间墙竖向灰缝的砂浆饱满程度不得低于60%。在保证质量的前提下，采用快速砌筑法能使砌体在砂浆硬化前即受压，可增加水平灰缝的密实性而提高砌体的抗压强度。砌体在砌筑前，应先将块体材料充分湿润。例如，在砌筑砖砌体时，砖应在砌筑前提前12天浇水湿透。砌体的抗压强度将随块体材料砌筑时的含水率的增大而提高，而采用干燥的块体砌筑的砌体比采用饱和含水率块体砌筑的砌体的抗压强度约下降15%。砌体的组砌方法对砌体的强度和整体性的影响也很明显。工程中常采用的一顺一丁、梅花丁和三顺一丁法砌筑的砖砌体，整体性好，砌体抗压强
42、度可得到保证。但如采用包心砌法，由于砌体的整体性差，其抗压强度大大降低，容易酿成严重的工程事故。,砌体的受压性能,砌体工程除与上述砌筑质量有关外，还应考虑施工现场的技术水平和管理水平等因素的影响。砌体工程施工质量验收规范(GB 502032002)依据施工现场的质量管理、砂浆和混凝土强度、砌筑工人技术等级综合水平，从宏观上将砌体工程施工质量控制等级分为A、B、C三级，将直接影响到砌体强度的取值。在表2-6中，砂浆与混凝土强度有离散性小、离散性较小和离散性大之分，与砂浆、混凝土施工质量为“优良”、“一般”、“差”三个水平相应，其划分方法见表2-7和表2-8。,砌体的受压性能,表2-6 砌体施工质
43、量控制等级,砌体的受压性能,砌体的受压性能,表2-7 砌筑砂浆质量水平,砌体的受压性能,表2-8 混凝土质量水平,砌体的受压性能,砌体的抗压强度除以上一些影响因素外，还与砌体的龄期和抗压试验方法等因素有关。因砂浆强度随龄期增长而提高，故砌体的强度亦随龄期增长而提高，但在龄期超过28d后，强度增长缓慢。砌体抗压时试件的尺寸、形状和加载方式的不同，其所得的抗压强度也不同。砌体抗压强度及其基本力学性能试验，应按照砌体基本力学性能试验方法标准(GB 312990)的规定进行。,砌体的受压性能,四、砌体抗压强度的计算,影响砌体抗压强度的因素很多，如若能建立一个相关关系式，全面而正确地反映影响砌体抗压强度
44、的各种因素，就能准确计算出砌体的抗压强度，而这在目前是比较困难的。在我国，有关单位多年来对各类砌体进行了大量的抗压强度的试验，根据所取得了大量试验数据表明，各类砌体轴心抗压强度平均值主要取决于块体的抗压强度平均值f1，其次为砂浆的抗压强度平均值f2，新的砌体结构设计规范依据物理概念明确，变异系数尽量小，在表达式方面尽量向国际靠拢的原则，提出了如下的计算公式。(2.1)式中 砌体轴心抗压强度平均值(MPa)。块体的抗压强度平均值(MPa)。砂浆的抗压强度平均值(MPa)。与块体类别及砌体类别有关的参数，见表2-9。砂浆强度影响的修正参数，见表2-9。与块体类别及砌体类别有关的参数，见表2-9。,
45、砌体的受压性能,表2-9 的计算参数,注：混凝土砌块砌体的轴心抗压强度平均值，当f210MPa时应乘系数1.1-0.01 f2，MU20的砌体应乘以系数0.95，且满足f1 f2，f120MPa。在表列条件以外时均等于1.0。,砌体的受压性能,新规范关于砌体抗压强度平均值计算公式(2.1)具有以下特点：(1)各类砌体的抗压强度平均值计算公式是统一的，避免了不同砌体采用不同计算公式的缺点，公式形式简单，与国际标准接近，而且式中各参数的物理概念明确。(2)引入了近年来的新型材料，如蒸压灰砂砖、蒸压粉煤灰、轻集料混凝土砌块及混凝土小型空心砌块灌孔砌体的计算指标。(3)为适应砌块建筑的发展，增加了MU
46、20强度等级的混凝土砌块，补充收集了高强混凝土砌块抗压强度试验数据，发现原规范(GBJ 388)对于高强砌块砌体的计算结果偏高，并进行了适当的修正使之更符合试验结果。,在实际工程中，因砌体具有良好的抗压性能，故多将砌体用作承受压力的墙、柱等构件。与砌体的抗压强度相比，砌体的轴心抗拉、弯曲抗拉以及抗剪强度都低很多。但有时也用它来承受轴心拉力、弯矩和剪力，如砖砌的圆形水池、承受土壤侧压力的挡土墙以及拱或砖过梁支座处承受水平推力的砌体等。一、砌体的轴心受拉性能 砌体轴心受拉时，依据拉力作用于砌体的方向，有三种破坏形态。当轴心拉力与砌体水平灰缝平行时，砌体可能沿灰缝齿状截面(或阶梯形截面)破坏，即为砌
47、体沿齿状灰缝截面轴心受拉破坏，如图2.8(a)所示。在同样的拉力作用下，砌体也可能沿块体和竖向灰缝较为整齐的截面破坏，即为砌体沿块体(及灰缝)截面的轴心受拉破坏，如图2.8(a)所示。当轴心拉力与砌体的水平灰缝垂直时，砌体可能沿通缝截面破坏，即为砌体沿水平通缝截面轴心受拉破坏，如图2.8(b)所示。,砌体的受拉、受弯、受剪性能,砌体的受拉、受弯、受剪性能,（a）,（b）,图2.8 砌体轴心受拉破坏形态,上述各种受力形态下的砌体的抗拉强度主要取决于块体与砂浆连接面的粘结强度。当轴心拉力与砌体水平灰缝平行作用时，若块体与砂浆连接面的切向粘结强度低于块体的抗拉强度时，则砌体将沿水平和竖向灰缝成齿状或
48、阶梯形破坏。此时砌体的抗拉力主要由水平灰缝的切向粘结力提供，砌体的竖向灰缝因其一般不能很好的填满砂浆，且砂浆在其硬化过程中的收缩大大削弱、甚至完全破坏了块体与砂浆的粘结，故不考虑竖向灰缝参与受力。而块体与砂浆间的粘结强度取决于砂浆的强度等级，这样，砌体的抗拉强度将由破坏截面上水平灰缝的面积和砂浆的强度等级决定。在同样的拉力作用下，若块体与砂浆连接面的切向粘结强度高于块体的抗拉强度，即砂浆的强度等级较高，而块体的强度等级较低时，砌体则可能沿块体与竖向灰缝截面破坏。此时，砌体的轴心抗拉强度完全取决于块体的强度等级。由于同样不考虑竖向灰缝参与受力，实际抗拉截面面积只有砌体受拉面积的一半，而一般为了计
49、算方便，仍取用全部受拉面积，但强度以块体强度的一半计算。当轴心拉力与砌体的水平灰缝垂直作用时，由于砂浆和块体之间的法向粘结强度数值非常小，故砌体容易产生沿水平通缝的截面破坏。而实际工程中受砌筑质量等因素的影响，此法向粘结强度往往得不到保证，因此在设计中不允许采用如图2.8(b)所示沿水平通缝截面轴心受拉的构件。,砌体的受拉、受弯、受剪性能,在现行的砌体结构设计规范中，提高了块体的最低强度等级，一般可防止和避免砌体沿块体与竖向灰缝截面的受拉破坏情况。故而砌体的轴心受拉主要考虑沿齿缝破坏的形式，规范规定砌体沿齿缝截面破坏的轴心抗拉强度平均值计算公式为：(2.2)式中 砌体轴心抗拉强度平均值(MPa
50、)。砂浆的抗压强度平均值(MPa)。与块体类别有关的参数，其取值见表2-10。,砌体的受拉、受弯、受剪性能,表2-10 砌体轴心抗拉强度平均值计算参数,二、砌体的受弯性能,砌体结构弯曲受拉时，按其弯曲拉应力使砌体截面破坏的特征，同样存在三种破坏形态。即可分为沿齿缝截面受弯破坏(如图2.9(a)所示)、沿块体与竖向灰缝截面受弯破坏(如图2.9(b)所示)以及沿通缝截面受弯破坏(如图2.9(c)所示)三种形态。,砌体的受拉、受弯、受剪性能,(a)齿缝破坏,(b)块体破坏,(c)通缝破坏,图2.9 弯曲受拉破坏形式,与轴心受拉时情况相同，砌体的弯曲抗拉强度主要取决于砂浆和块体之间的粘结强度。沿齿缝截
