机制土坯砖以地表干净生土为主要材料，同时掺入少量改性材料(如水泥、石灰、水玻璃、氯化钙等)及纤维增强材料，经搅拌均匀、机械压制而成。机制土坯砖取材不破坏耕地，其节能、环保等特点符合国家可持续发展战略，因此具有广阔的发展前景^[1,2]。机制土坯砖作为一种新型环保材料，目前国内尚未对其砌体基本力学性能进行系统研究。

　　 本文针对课题组前期以陕北黄土为主要材料研发的新型机制土坯砖，重点研究与之相匹配的砌筑砂浆及其配比。通过对36个机制土坯砖砌体试件进行灰缝抗剪试验，分析砌体沿灰缝抗剪的受力破坏特征和抗剪承载力，为机制土坯砖砌体的进一步研究提供理论依据。

　　 根据《砌体基本力学性能试验方法标准》(GB/T 50129—2011)^[3]的规定，试件采用6组不同配比外加剂的砂浆砌筑，每组6个，共计36个。机制土坯砖的尺寸为240mm×115mm×90mm。试件的尺寸示意图见图1。

　　 不同于普通烧结砖，机制土坯砖的抗压强度约6.0～7.0MPa，表面比较平整光滑，同普通水泥砂浆的粘结性能较差。为此课题组研究了采用多种配方、添加多种外加剂的新型砂浆，试验采用的添加剂为以下几种:增强剂、纤维素醚、水玻璃、消泡剂、可再分散乳胶粉。按照《建筑砂浆基本性能试验方法标准》(JGJ/T 70—2009)^[4]的规定严格制作了砂浆试块。试块所采用的砂浆配比如表1所示，采用70.7mm×70.7mm×70.7mm标准砂浆立方体试块进行抗压试验，试验结果见表2。S01～S03代表每组砂浆试块的编号，每一组砂浆做3个立方体砂浆试块。

　　 每个机制土坯砖试件均采用9块土坯砖砌筑而成，为双剪试件，受剪面尺寸为240mm×370mm。待砌体抗剪强度的砂浆强度达到100%以后，可将试件立放，先后对承压面和加荷面采用1∶3水泥砂浆找平。检查试件的平整度和垂直度，应使试件表面平行和垂直于灰缝，以减少偏心和应力集中带来的影响，图2为试件的加载方式。

　　 机制土坯砖砌体抗剪性能试验在西安建筑科技大学结构实验室进行，试验方法严格按照《砌体基本力学性能试验方法标准》(GB/T 50129—2011)的规定执行。具体试验步骤如下:1)测量抗剪截面尺寸;2)将抗剪试件放在铺好两块钢板的试验机下压板上，轻微挪动调整至试验机轴心处，使得试件的中心与试验机的上、下压板轴心重合，并用湿砂将试件的受压面与钢板找平，以确保试件受力均匀平稳。试件上部受力面放置一块规格为370mm×90mm×10mm的钢板，同时在钢板和试件的接触面上铺上湿沙，以保证受力均匀;3)试件开始匀速加载，并需避免冲击。加载速度宜按试件在1～3min内破坏进行，当有一个受剪面发生破坏即认为该试件破坏，并记录下试件的破坏特征及最大破坏荷载。

　　 试件加载破坏前既没有开裂，也没有发生滑移破坏，观察不到明显试验现象。随着荷载的逐渐增大，在达到抗剪极限荷载前，砌体靠近上压板部分出现裂缝，紧接着裂缝就突然全部贯通，达到抗剪极限荷载，直接发生脆性破坏。整个加载过程比较短，破坏具有突然性，试验结果见表3。经统计，试验中25个砌体试件都是双面剪切破坏，其余为单面剪切破坏，试验结果较为理想。

　　 根据试验现象并对比表1～3发现，不同种类和剂量的外加剂与砂浆抗压强度相关性不明显。虽然添加增强剂的第六组立方体试块的抗压强度很高，但是其与机制土坯砖之间粘结性较差，抗剪强度却最小，在土坯砖与砂浆粘结良好的情况下，抗剪强度随着砂浆抗压强度的提高而提高。

　　 试件沿灰缝截面的抗剪强度计算公式为:

　　 式中:f_v为试件的沿灰缝截面的抗剪强度，MPa;N_v为试件的抗剪破坏荷载值，N;A为试件的一个受剪面的面积，mm²。

　　 抗剪试件的破坏一般有三种破坏形式。第1种是砂浆本身与土坯砖粘结强度不足发生的破坏，施加较小荷载便发生破坏，破坏面比较光滑(图3)，其抗剪强度最小。

　　 第2种是砂浆与土坯砖的粘结强度大于砖的强度而发生的破坏，施加较大荷载以后，砖的强度不足发生拉结破坏。土坯砖被带下1cm左右的土层，并被不均匀地黏着在砂浆表面上，形成凹凸不平的粗糙表面(图4)，虽然砂浆强度没充分发挥，但该砌体试件剪切强度最高。

　　 第3种是砂浆与土坯砖的粘结强度小于砖的强度而发生的破坏，这时砌体试件的破坏主要是砂浆强度不足而引起的剪切破坏。砂浆层被土坯砖拉断并黏着在砖的表面上(图5)，该试件能最大程度地发挥砂浆的抗剪强度，其剪切强度居中。

　　 (1)土坯砖表面较为光滑，其粘结强度是影响机制土坯砖砌体抗剪强度的主要原因。试验发现，使用与砖匹配的外加剂砂浆砌筑的抗剪试件，粘结强度越好，抗剪强度越高。

　　 (2)材料强度对抗剪强度也有较大影响。在砂浆和土坯砖的粘结较好时，会出现两种破坏形态:一种是在未达到砖的破坏强度前，随着砂浆强度的提高，砌体抗剪强度也提高，直到砂浆强度不足发生剪切破坏;另外一种是砖的强度不足，达到砖的破坏强度以后，砌体发生剪切破坏。

　　 (3)其他因素对试件结果也有一定影响。试件砌筑时，灰缝饱满度均在90%以上，可排除砌筑质量对试件的影响。同时砌筑完成后，会很好养护，避免天气对试件的影响。试验开始前，搬运试件应格外小心、轻搬轻放，避免大幅度搬运震荡对试验结果产生不利影响。

　　 根据《砌体结构设计规范》(GB 50003—2011)^[5]，各类砌体抗剪强度的平均值统一采用的计算公式为:

　　 式中:f_v,m为试件沿灰缝截面的抗剪强度平均值，MPa;f₂为砂浆的抗压强度平均值，MPa;k₅为与砌体种类有关的系数，烧结砖取0.125。

　　 可根据实测砂浆强度值计算出普通烧结砖抗剪强度值，与土坯砖砌体实测抗剪强度值对比^[6,7]，对比结果见表4。

　　 第五组、第六组砂浆与机制土坯砖表面粘结性较差，抗剪强度较小，不符合机制土坯砖的砌筑要求。相比之下，第一、二、三、四组的砌筑砂浆适合作为机制土坯砖的专用砂浆。基于第2,3种破坏形态，参考公式(2)的形式，采用第一、二、三、四组的试验值对系数k₅进行回归分析。在机制土坯砖同砂浆粘结较好的情况下，只考虑砂浆的强度对试件抗剪强度的影响，得到机制土坯砖砌体抗剪强度建议计算公式，为:

　　 根据试验实测值同回归公式计算出来的结果进行对比，结果见表5，并对试验结果进行分析。

　　 在采用同本试验专用砂浆粘结性能类似的情况下，考虑到施工、配比略有差异，抗剪离散性较大等因素，建议公式在回归公式的基础上进行80%折减^[8]。将公式(3)修改为:

　　 通过表5发现，抗剪实测值基本上都能大于回归公式的计算值，具有较高的保证率。在对回归公式进行修正以后，实测值都能够大于修正值，且修正以后的公式具有一定的安全储备性。

　　 (1)影响机制土坯砖砌体通缝抗剪强度的主要因素有:砂浆与砌块之间的粘结强度、砌块的强度、砂浆的强度。对应的破坏形态分别为:砖与砂浆界面丧失粘结强度破坏、砌块表面一层被带下随砂浆破坏、砂浆自身剪切破坏。

　　 (2)试验结果表明:外加剂掺入对砂浆与砖之间粘结强度影响较大。在土坯砖与砂浆粘结较好的情况下，抗剪强度随着砂浆强度的提高而提高。

　　 (3)本次所配第一、二、三、四组砂浆与该土坯砖相匹配且满足规范要求，可作为砌筑该机制土坯砖的专用砂浆使用，也可为相关工程实践提供一定参考，有助于机制土坯砖在实际项目中的推广应用。