第三节 砌体的受压性能

砌体通常用作受压，是构成建筑的重要垂直受力构件。砌体的受压性是砌体最基本的力学性能。不同的砌块强度、不同的砂浆强度、不同的组砌形式及不同种类砌体的受压性能均不相同，但其受力机理有很多相似之处。下面以普通砖砌体为例说明砌体的受压性能。

一、砖砌体的受压破坏特征

1．轴心受压砖柱的破坏特征

砌体是由砂浆将单块块材黏结而成，是非均质的，它的受压性能和匀质材料有很大差别。受灰缝厚度和密实性的影响，以及块材与砂浆的相互作用的影响，块材的抗压强度不能充分发挥。砖柱轴心受压时，根据裂缝的出现和发展等特点，从开始加荷到破坏的过程可划分为3个阶段，如图1-10所示。

（1）第Ⅰ阶段。从砖柱开始加荷至单块砖内出现第一条（批）裂缝为第Ⅰ阶段。产生第一条（批）裂缝时的荷载值为破坏荷载的0.5～0.7倍，如不再继续加载，单块砖内的裂缝不会继续扩展或增加。

（2）第Ⅱ阶段。随着荷载的继续增加，单砖内的裂缝不断扩展，并向上下发展，单砖内的裂缝连接起来形成连续裂缝，并穿过若干皮砖，则进入第Ⅱ阶段。在第Ⅱ阶段后期，即使荷载不再增加，裂缝仍将继续发展。

（3）第Ⅲ阶段。当荷载达到破坏荷载的0.8～0.9时进入第Ⅲ阶段，此阶段砖柱内裂缝快速发展，最终竖向裂缝把砌体分割成若干个由半砖组成的小柱体，这时砌体中部明显向外鼓出，最后由小柱体失稳或压碎而导致砌体完全破坏。

2．砌体受压时的受力状态

试验研究表明，砌体的抗压强度明显低于砌筑所用块材的抗压强度，这种现象是由于单块块材在砌体中处于复杂的受力状态引起的。

（1）由于块材上下受压面不平整、水平灰缝中砂浆厚度不一以及水平灰缝中砂浆密实性不均匀，在砌体内块材的上下表面受力不均匀且上下不对应，因此砌体内的块材处于压、弯、剪的复杂受力状态下，而不是均匀受压的（图1-11）。由于块材的抗拉强度及抗折强度均低于抗压强度，当弯、剪引起的主拉应力超过块材的抗拉强度时，块材就会开裂。

（2）一般情况下，砌体中块材的强度等级高于砂浆的强度等级，由于砂浆的横向变形系数与块材的横向变形系数不同，在压力作用下，砂浆的横向变形一般大于块材的横向变形（图1-12）。在压力作用下，由于块材与砂浆之间黏结力和摩擦力的存在，块材约束了砂浆的横向变形，使砂浆水平受压（图1-13）；同时块材也受到砂浆传来的水平拉力，这种拉力可使块材提前开裂。块材与砂浆的强度等级差别越大，其横向变形差异越大，块材中的水平拉力也越大。

（3）砌筑时砌体的灰缝不可能完全填满，因此导致实际受荷面积减小；砌体竖向灰缝的质量不易保证，竖向灰缝对两侧块材的连接内力弱，导致竖向灰缝处砌体不连续，在竖向灰缝处的块材中产生应力集中。这些都加快了块体的开裂，降低了砌体的抗压强度。

块材在砌体内处于压、弯、剪、拉的复杂受力状态，与块材在抗压试验中的均匀受压状态有显著的区别，因此砌体的抗压强度明显低于它所用块材的抗压强度。

二、影响砌体抗压强度的因素

1．块材和砂浆的强度

块材和砂浆的强度指标是确定砌体强度最主要的因素。块材和砂浆的强度高，砌体的抗压强度亦高。试验证明，提高块材的强度等级对增大砌体抗压强度的效果好于提高砂浆强度等级，也就是说，块材的强度等级是影响砌体抗压强度的主要因素。砂浆强度对提高砌体的抗压强度也有一定效果，提高砂浆的强度等级将减小砂浆在受压时的横向变形，因此可减小砂浆对块材产生的水平拉力，有利于提高砌体的抗压强度。由于砂浆的强度等级对砌体的抗压强度影响不如块材的影响大，而且砂浆强度等级的提高需要更多的水泥，如砂浆等级由M5提高到M10，水泥用量大约要增加50%，因此，砌体结构中应按照块材的强度等级选用匹配的砂浆强度，不宜采用过高的砂浆强度。

试验表明，块材的抗弯强度对砌体的抗压强度也有影响，若块材的抗弯强度不足，则直接影响砌体的抗压强度，因此，材料验收规范中规定，块材必须有与其抗压强度相应的抗弯强度。当块材的抗弯强度符合标准时，砌体强度随块材和砂浆强度等级的提高而提高。

2．砂浆的弹塑性、和易性及保水性

砂浆具有较明显的弹塑性性质，砂浆的弹塑性性质对砌体强度亦具有决定性的影响。随着砂浆变形率的增大，砌体中的块材受到了更大的弯、剪应力和横向拉应力，产生了更大的横向变形，对砌体抗压强度产生不利影响，因此砌体抗压强度会有较大的降低。

和易性及保水性好的砂浆流动性好，容易铺成厚度和密实性较均匀的灰缝，因而可以减少块材内的弯、剪应力，在一定程度上提高砌体的强度。采用混合砂浆代替水泥砂浆可以提高砂浆的和易性及保水性。纯水泥砂浆的和易性及保水性较差，所以采用相同强度等级的块材和砂浆，纯水泥砂浆砌筑的砌体强度比混合砂浆砌筑的砌体强度降低5%～15%。但是，砂浆流动性对砌体强度的有利影响也不能过高地估计，因为一般流动性大的砂浆硬化后的变形率亦大，所以在某些情况下，如过多地使用有机塑化剂时，砂浆的流动性虽增加，但受压时的横向变形亦将增大，这时砌体的强度有可能不仅不增大，反而会有较大的降低，因此不能过多地使用塑化剂。理想的砂浆应当同时具有好的流动性和高的密实性。

3．砌筑质量

灰缝质量是砌体工程施工质量的一项基本要求，砌体砌筑时水平灰缝的饱满度、均匀性及砌合方法等因素都影响着砌体质量。从前面进行的砌体受压时的受力状态分析可知，水平灰缝的饱满度、均匀性对砌体抗压强度的影响很大，因此，砌体的砌筑质量对砌体的抗压强度有很大影响。砌筑质量对砌体抗压强度的影响，实质上是反映它对砌体内复杂应力的影响。如砂浆层不饱满或不均匀，则块材受力也不均匀，增加了块材中应力的复杂程度；块材的含水率过低，块材将过多吸收砂浆的水分，影响砂浆内水泥的水化反应，降低砂浆的强度；若砖的含水率过高，将影响砖与砂浆的黏结力，造成构件中砂浆流淌、表面污损等。实验表明，水平灰缝砂浆越饱满，砌体抗压强度越高，因此，砌体施工及验收规范中要求水平灰缝砂浆饱满度应大于80%。砌体的砌合方法对砌体的强度和整体性也有明显影响。常用的一顺一丁、梅花丁和三顺一丁等砌筑方法可以保证砌体的整体性和抗压强度，但应注意，不能采用包心砌法，包心砌法砌筑的砌体整体性差，块材不能协调受力，抗压强度明显降低。此外，砌体的龄期及受荷方式等，也将影响砌体的抗压强度。

在保证质量的前提下快速砌筑对砌体强度起着有利的影响，因为在砂浆硬化前砌体即受压，这可减轻灰缝中砂浆密实性不均匀的影响。

砌体结构的施工质量根据施工现场的质量保证体系、砂浆和混凝土强度、砂浆拌和方式、砌筑工人技术等级等方面的综合水平划分成A、B、C3个控制等级，以考虑施工质量对砌体整体性、强度的影响，它反映了施工技术、管理水平和材料消耗水平的关系。砌体强度设计值对不同施工质量采用不同的材料性能分项系数。施工质量为A级时，砌体结构的材料性能分项系数取1.5；施工质量为B级时，砌体结构的材料性能分项系数取1.6；施工质量为C级时，砌体结构的材料性能分项系数取1.8。

考虑到我国目前的施工质量水平，对一般多层房屋宜按B级控制。对配筋砌体剪力墙高层建筑，设计时宜选用B级的砌体强度指标，而在施工时宜采用A级的施工质量控制等级。这样做是有意提高这种结构体系的安全储备。

4．灰缝厚度和块材的形状、尺寸

砌体砌筑时水平灰缝的厚度对砌体的抗压强度有很大影响。如砂浆层过厚，则砂浆的横向变形过大，在块材中产生过大的水平拉力；砂浆层过薄，不易铺砌均匀，加剧应力的复杂程度；砌体内水平灰缝越厚，砂浆横向变形越大，砖内水平拉应力亦越大，砌体内的复杂应力状态越不利，砌体的抗压强度降低，因此通常要求砖砌体的水平灰缝厚度为8～12mm。

块材形状的规则程度对砌体强度也有显著影响。当表面不平整时将导致水平灰缝厚度的变化，增加了水平砂浆层的不均匀性，由此产生的较大附加弯曲应力会引起块材的过早断裂。块材的尺寸，尤其是块材的高度对砌体抗压强度有较大影响。块材的截面高度越大，其截面的抗弯、剪、拉的能力越强，砌体的抗压强度越大。但应注意，块体高度增大后，砌体受压时的脆性亦有增大。

此外，对砌体抗压强度的影响因素还有龄期、竖向灰缝的填满程度、试验方法等。

三、砌体的抗压强度

根据砌体轴心受压试验结果，《砌体结构设计规范》（GB 50003—2011）给出了各类砌体的轴心抗压强度平均值的计算公式，即

式中 fm——砌体轴心抗压强度平均值，MPa；

f1——块体（砖、石、砌块）的抗压强度等级值或平均值，MPa；

f2——砂浆抗压强度平均值，MPa；

k1——与砌体类别和砌筑方法有关的系数，见表1-1；

a——与块材种类有关的系数，见表1-1；

k2——砂浆强度对砌体强度的修正系数，见表1-1。

砌体抗压强度标准值fk，是取具有95%保证率的抗压强度值，亦即按概率分布的0.05分位值确定。

式中σf——砌体抗压强度的标准差。

各类砌体抗压强度标准值可由式（12）求出，也可查表1-2～表1-5。