0 引言

　　2010年，西安建筑科技大学、哈尔滨工业大学等高校对修建时间为近百年、涵盖15种类型的100多栋砌体结构展开调研^[1]，调研结果表明，在我国北方地区，冻融为砌体墙面风化的主要原因，最大风化深度>100mm。已有统计资料表明^[2]，我国可发生冻融侵蚀的土地面积约127.0万km²，占国土总面积的13.4%左右。砌体冻融损伤是水和温度共同作用的结果，环境温度过低时，砌体毛细管中残余的水分结成冰，由于冰的体积大于水的体积，毛细管中的冰使砌体产生膨胀应力，环境温度升高后冰开始融化，如此循环往复，导致砌体由表及里发生开裂、剥落。国内外学者已对砌体冻融损伤开展了研究，如郑怡等^[3]开展烧结普通砖在不同冻融循环次数下的对比试验;曹新宇等^[4]对古砖砌体进行冻融循环作用下的受压破坏研究;Arizzi等^[5]对石灰砂浆进行冻融损伤试验;Williams等^[6]通过现场测试研究冻融循环作用对砖砌体耐久性的影响。通过文献调研可知，大多数研究仅针对砖块体或砌筑砂浆开展冻融损伤试验，通过砖块体或砌筑砂浆抗冻性能反映砌体抗冻性能;设计一定尺寸的砌体试件进行冻融损伤试验往往较麻烦，且受试验设备的限制，实现难度较大;另外，现场检测往往针对某个时间点，难以反映砌体冻融的时变特性。基于上述研究现状，设计并制作2块砖大面相叠的单元体试件，中间砌筑砂浆厚10mm，砌筑要求均匀饱满。该单元体试件可同时反映砖块体和砌筑砂浆对冻融损伤的影响，也方便批量进行冻融损伤试验。

　　1 试验概况

　　1.1 原材料

　　块体采用黏土实心红砖，实测尺寸235mm×105mm×45mm(长×宽×高)，强度等级MU15，实测抗压强度18.41MPa。砌筑砂浆采用混合砂浆，设计强度等级M2.5(配合比为P·O42.5水泥∶石灰∶中砂∶水=1.00∶1.66∶11.15∶1.54)，实测抗压强度2.03MPa。

　　1.2 试件设计

　　砌体冻融损伤试件为2块砖大面相叠形成的单元体，砖块体中间为均匀饱满的10mm厚砌筑砂浆，砌筑后自然养护28d，然后进行冻融损伤试验。

　　1.3 冻融损伤试验设计

　　1)冻融环境采用-40FDS/500型冻融试验机，试验机内部尺寸1 170mm×500mm×800mm(长×宽×高)，外形尺寸2 065mm×695mm×1 135mm(长×宽×高)，总功率4 800W;冻结温度-5～-40℃，融化温度15～(20±3)℃。

　　2)冻融损伤制度共制作5组试件，每组6个，分别在0,15,30,45,60次冻融循环时选择1组试件进行测试。冻融循环制度按GB/T 2542—2012《砌墙砖试验方法》^[7]中的要求执行。砌体试件冻融损伤试验如图1所示。

　　图1 冻融损伤试验  

　　3)测试内容砌体试件冻融损伤后的表观现象、质量变化规律及抗压强度变化规律。

　　2 试验结果分析

　　2.1 表观损伤情况

　　图2所示为经历不同冻融循环次数后的砌体试件表观损伤情况，由图2a可知，经历15次冻融循环后，砖块体出现可见裂缝，但砖块体和砂浆均未出现明显剥落;由图2b可知，经历30次冻融循环后，砖块体表面普遍剥蚀，且局部出现大块剥落;由图2c可知，经历45次冻融循环后，砖块体出现多条裂缝，砂浆也出现剥落，砖块体和砂浆之间出现局部脱黏;由图2d可知，经历60次冻融循环后，砖块体被冻酥，砂浆剥落严重，砖块体和砂浆之间完全脱黏，砌体试件整体性丧失。

　　图2 表观损伤情况  

　　2.2 质量变化规律

　　经历15,30,45,60次冻融循环后的砌体试件质量损失率分别为4.7%,6.3%,10.2%,18.7%，质量损失与表观损伤情况相符。后期质量损失不断增大，主要由砖块体和砂浆不断剥落导致。

　　2.3 抗压强度变化规律

　　经历15,30,45,60次冻融循环后的砌体试件抗压强度损失率分别为18.2%,24.5%,32.7%,100.0%。随着砖块体和砂浆的开裂、剥落，除砖块体和砂浆自身强度降低外，砌体试件整体抗压承载面积不断减小，抗压强度随之降低。经历60次冻融循环后，砌体试件整体性丧失，导致抗压承载力丧失。图3所示为抗压强度损失率(y)和质量损失率(x)的相关关系，二者关系为y=10.67e^{0.118 x}，相关系数R²=0.990，可知抗压强度损失率和质量损失率表现出较强的相关性。

　　图3 抗压强度损失率和质量损失率的相关关系  

　　2.4 不同类型砖块体抗冻性能

　　本次试验所用黏土实心红砖为材质均匀的块体，曾采用一批材质非均匀的块体进行试验，抗压强度虽与材质均匀的砖块体相近，但抗冻性能较差，当冻融循环次数<10时便完全破坏，砖块体破碎，砂浆剥落、脱黏，抗压承载力完全丧失，如图4所示。虽然在材质非均匀的砖块体中掺入一定固体废弃物，充分利用了固体废弃物资源，具有节能环保作用，但其抗冻性能较差，因此如果抗冻性能不符合标准要求，应严禁在北方严寒地区使用。

　　图4 材质非均匀的砖块体破坏情况  

　　3 结语

　　1)随着冻融循环次数的增加，砌体试件不断开裂、剥落，质量损失率和抗压强度损失率不断增大，经历60次冻融循环后，砖块体被冻酥，砂浆剥落严重，砖块体和砂浆之间完全脱黏，砌体试件整体性丧失，导致抗压承载力丧失。

　　2)在本研究范围内，砌体试件抗压强度损失率(y)和质量损失率(x)的关系为y=10.67e^{0.118 x}，相关系数R²=0.990，抗压强度损失率和质量损失率表现出较强的相关性。

　　3)当掺有一定固体废弃物材质非均匀的砖块体抗冻性能不符合标准要求时，应严禁在北方严寒地区使用。