不同加固措施对洪水浸泡作用下砖墙性能的影响

刘 刚

(本溪市桓仁县雅河乡政府，辽宁 本溪 117123)

0 引言

我国是具有悠久历史的农业大国，国土面积辽阔。近年来，随着经济社会的发展，我国的城镇化水平不断提升。但是，仍有近四成的居民居住在农村地区。随着城乡一体化的发展和乡村振兴战略的实施，村镇地区的房屋建设和防灾减灾方面仍存在诸多问题[1]。在常见的自然灾害中，洪水灾害的影响范围和造成的损失都是最严重的。在洪灾发生时，村镇建筑的破坏主要有三种形式，分别是洪水冲击作用造成的破坏、洪水冲刷地基造成的破坏以及洪水浸泡造成的破坏。其中，洪水浸泡产生的破坏主要是建筑的洪水的长期浸泡过程中，砌体中的砂浆层发生强度软化而失去承载力，导致建筑本身在水平荷载的作用下发生破坏[2]。根据相关文献记载，我国的农村地区仍旧有大量建设于20世纪70、80年代的砖木结构房屋，且墙体砌筑时大多用黄泥材料，极易受到暴雨洪水危害[3]。基于此，此次研究与洪水浸泡为背景，通过模型试验的方式探讨不同加固措施对洪水浸泡作用下砖墙抗剪性能的影响，以便为农村地区的防洪减灾工作提供有益的支持和借鉴。

1 试验材料与方法

1.1 试验材料

此次试验使用的原料有黄泥、普通硅酸盐水泥、MU10普通烧结黏土砖、砂子和水渗透结晶型防水材料[4]。为了保证试验用黄泥材料与农村地区建筑中的黄泥材料接近。研究中向农村地区的砌墙师傅请教，最终确定黄泥材料的配合比为黄土∶砂子∶水=1∶3∶2.5。其中，黄土和砂子均来源于朝阳市的农村地区。普通烧结砖在沧州市的一家砖瓦厂采购，水泥采用的是P.O42.5普通硅酸盐水泥。水渗透结晶型防水材料是近年来发展起来的一种混凝土和砖面墙体防水材料，可以直接喷涂施工，成本较低且比较方便，因此将其作为砖砌体结构抗洪水浸泡能力提升的重要加固材料[5]。

1.2 试验方案

为了对比不同加固措施的工程效果，研究中设计制作三组试件。其中，第一组试件砌体完全由黄泥砂浆砌成，没有采取任何加固措施，为试验中的对照方案(记为对照方案)；第二组为黄泥砂浆砌筑后利用水泥砂浆进行勾缝处理(记为加固方案1)[6]；第三组试件在第二组的基础上在砌体表面喷涂水渗透结晶型防水材料(记为加固方案2)。砌体试件制作完成之后在其顶部放置四皮砖进行养护，在试件砂浆达到设计强度70%后将上述四皮砖取下，然后对试件进行找平处理。在养护结束之后，对其进行洪水浸泡模拟，浸泡时间分别为0min、5min、10min、15min、20min、25min、30min、35min、40min。在浸泡结束之后进行砌体试件的强度测试，根据试验结果的对比分析，对不同加固措施的加固效果进行评价。

1.3 试验方法

根据黏土砖的尺寸，此次试验的砌体尺寸为50cm×24cm×40cm，黄泥砂浆缝的厚度为1cm，每个砌体需要32块黏土砖。在进行砌体强度的之前，首先需要对其尺寸进行精确测量，测量结果的误差要小于1mm。抗剪试验设备采用的是300T微机控制电液伺服万能试验机[7]。试验中首先将砌体试件立放在试验机上，然后在加载和承压面上分别垫上钢垫块，其尺寸为240mm×53mm×20mm，以保证试验的顺利进行[8]。鉴于黏土砖表面并不是特别平整，在试件制作中也存在一定的误差，因此试验中可以利用砂子垫平砌体试件和钢垫块之间仍旧存在的缝隙[9]。在试验过程中应该保持匀速加载，同时保证试件能够在1～3min之内破坏[10]。在试件破坏后记录好极限荷载数据，并计算出各方案试件的强度。

2 试验结果与分析

2.1 抗压强度

对不同试验方案的抗压强度进行试验，根据试验结果计算出不同试验方案的抗压强度值，结果如表1所示。从试验结果可知，在没有浸泡的情况下，对照方案的抗压强度值为8.95MPa，加固方案1和加固方案2的抗压强度值分别为10.43和10.53MPa，与对照方案有一定程度的增加。究其原因，主要是水泥砂浆勾缝可以提升砌体的整体性，同时水泥砂浆的强度与黄泥砂浆相比具有较大的优势，因此砌体的整体强度有所提升。另一方面，表面喷涂水渗透结晶型防水材料可以提升砌体表面的防水性能，防止水分深入砌体内部，但是在提升砌体整体抗压强度方面作用极为有限。随着浸泡时间的增加，不同方案砌体的抗压强度值均呈现出不断减小的变化趋势，但是在具体的变化特征方面仍存在一定的差异。基于此，研究中以试验数据为基础，绘制出砌体抗压强度值随浸泡时间的变化曲线，结果如图1所示。由图1可以看出，对照方案的抗压强度呈现出先迅速减小后趋于平稳的变化趋势。原因是由于没有任何阻挡，水分可以迅速深入砖体和黄泥砂浆内部，导致黄泥砂浆迅速软化而失去承载作用。具体来看，在浸泡20min后砌体的抗压强度基本接近于0，说明此时黄泥砂浆已经完全吸水软化失去承载力。由此可见，在没有任何防护措施的情况下，黄泥砂浆建设的砖木结构建筑洪水浸泡20min的情况下会有较大的失稳倒塌风险。在加固方案1的情况下，砌体的抗压强度呈现出先小幅降低后迅速减小之后趋于稳定的变化特点。究其原因，主要是水泥砂浆勾缝之后，水分通过砂浆缝直接渗入的通道几乎被直接截断，水分渗入量极为有限，因此砌体的抗压强度值下降幅度较小。但是，黏土砖存在较多的内部孔隙，渗水性相对较好，因此在洪水浸泡的情况下会大量吸水，最终导致黄泥砂浆材料吸水软化失去承载力。从试验数据来看，加固方案1砌体在浸泡15min之后加固方案1的抗压强度值迅速减小，并在30～35min后失去承载力。在加固方案2条件下，由于采用水渗透结晶型防水材料封堵黏土砖表面的缝隙，因此洪水浸泡条件下的水分渗入作用显著减弱，因此抗压强度呈现出缓慢下降的变化趋势，在洪水浸泡40min时抗压强度仍有原来的50%左右，建筑物仍旧处于稳定状态。

图1 抗压强度随浸泡时间变化曲线

表1 抗压强度试验结果

2.2 抗拉强度

对不同试验方案的抗拉强度进行试验，根据试验结果计算出不同试验方案的抗拉强度值，结果见表2，抗拉强度随浸泡时间的变化曲线如图2所示。从试验结果可以看出，各试验方案的抗拉强度变化规律与抗压强度类似，对照方案的抗拉强度在浸泡开始后迅速降低，在第15min后基本稳定且趋近于零；加固方案1的抗拉强度在第15min后开始迅速减小，并在第25min后基本稳定在较小的状态；加固方案2的抗拉强度呈现出稳定减小的变化趋势，在试验结束是仍具有一定的抗拉强度，可以保证砌体的基本稳定。

图2 抗拉强度随浸泡时间变化曲线

表2 抗拉强度试验结果

2.3 抗剪强度

对不同试验方案的抗剪强度进行试验，根据试验结果计算出不同试验方案的抗剪强度值，结果见表3，抗剪强度随浸泡时间的变化曲线如图3所示。从试验结果可以看出，抗剪强度的变化规律与抗压强度和抗拉强度类似：对照方案的抗剪强度在浸泡开始后迅速降低，在第15min后基本稳定且趋近于零；加固方案1的抗剪强度在第15min后开始迅速减小，并在第25min后基本稳定在较小的状态；加固方案2的抗剪强度呈现出稳定减小的变化趋势，在试验结束是仍具有一定的抗剪强度，可以保证砌体的基本稳定。

图3 抗剪强度随浸泡时间变化曲线

表3 抗剪强度试验结果

3 结语

我国农村地区还存在大量的黄泥砂浆材料砌筑的建筑结构，这些建筑结构在洪水浸泡作用下极易发生失稳破坏，从而导致更多的洪水次生灾害发生。因此，采用有效的措施对这些建筑进行加固具有重要的意义和作用。从此次试验研究的结果来看，单纯采用水泥砂浆勾缝可以发挥一定的抗洪水浸泡作用，但是作用效果并不显著，而配合水渗透结晶型防水材料的加固措施效果显著，能够保证建筑墙体在短时间洪水浸泡情况下的稳定性。墙体的加固方式较多，在今后的研究中可以对砂浆抹面、喷射水泥浆等加固方式进行对比试验研究，以获得具有良好经济性、施工便捷性的加固方案，为减轻农村地区洪灾损失提供有益的支持和借鉴。