建筑材料力学性能测试中的抗剪强度与粘结强度关系探讨

建筑材料的力学性能是保障结构安全的核心支撑，其中抗剪强度与粘结强度作为两类关键指标，既分别对应材料内部或界面的剪切破坏抵抗能力、不同材料间的界面粘结能力，又并非孤立存在——在砌体、钢筋混凝土、复合材料等工程场景中，两者常呈现“你中有我、我中有你”的互动关系。深入探讨这种关系，能厘清力学性能的本质规律，为工程设计与质量控制提供精准依据。本文从定义、测试、机制、材料、荷载及工程应用等维度，系统解析两者的内在关联。

抗剪强度与粘结强度的基础定义辨析

抗剪强度是材料或界面抵抗剪切破坏的极限能力，表现为受剪面剪应力达到临界值时的强度。例如，砌体水平灰缝的抗剪强度，反映砂浆与砖界面抵抗水平剪切的能力；木材顺纹抗剪强度，是纤维沿纹理方向抵抗剪切撕裂的极限。其破坏形态多为材料内部或界面的滑移、撕裂，本质是剪应力超过内聚力或摩擦力的结果。

粘结强度聚焦于不同材料界面的结合能力，由化学、机械或物理作用形成。以钢筋混凝土为例，粘结强度包括水泥水化产物与钢筋的化学粘结力、钢筋肋纹与混凝土的机械咬合力，以及界面摩擦力。其破坏通常表现为界面滑移或剥离，直接影响材料间的协同工作性能。

两者的核心交集在于：当抗剪破坏发生在不同材料界面时，抗剪强度等同于界面粘结强度。例如，砌体灰缝的抗剪破坏即砂浆与砖的粘结破坏，此时两类强度的边界趋于模糊，需结合具体场景辨析。

两类强度测试方法的差异与关联性

抗剪强度测试以剪切应力测量为核心：砌体采用直接剪切试验——将试件置于剪切仪，施加水平荷载至灰缝破坏，记录极限剪应力；混凝土用立方体抗剪试验（施加垂直棱边的剪切力）或梁斜截面抗剪试验（通过三点弯曲测斜截面破坏荷载）。这些方法直接或间接反映材料或界面的剪切极限。

粘结强度测试聚焦界面作用：钢筋混凝土用拉拔试验——将带肋钢筋埋入混凝土，拔出示力计算粘结强度；复合材料用剥离试验——将复合材料从基体剥离，测剥离力算单位面积粘结强度。需注意，多数粘结测试伴随界面剪切滑移，结果本质包含抗剪分量。

测试的关联性体现在：当粘结破坏为界面剪切时，粘结强度等于界面抗剪强度。例如，砌体灰缝的粘结强度测试与抗剪试验方法一致，数据可直接对比；钢筋拉拔试验若发生界面滑移，粘结强度即为界面抗剪强度——这种重叠让两类数据具备对比基础。

力学作用机制的内在联系

两者的内在关联源于共享的力学机制。以钢筋混凝土为例，粘结强度的化学粘结力是基础，但剪切变形时化学粘结先破坏，随后机械咬合与摩擦力起主导——钢筋肋嵌入混凝土，受拉时混凝土对肋的反作用力形成机械咬合阻力，本质是混凝土在肋处的剪切抗力；摩擦力来自界面压力与粗糙度，与剪切变形密切相关。

抗剪强度的机制同样依赖内聚力与摩擦力：单一材料（如木材顺纹）抗剪由纤维内聚力决定；界面抗剪（如砌体灰缝）由砂浆与砖的内聚力及摩擦力共同决定。可见，无论是单一材料抗剪还是界面粘结，机制均可拆解为“内聚力+摩擦力（或机械咬合）”，仅作用对象不同。

这种重叠让两者呈现“互为支撑”特征：粘结强度的机械咬合分量直接贡献于界面抗剪强度；抗剪强度的内聚力分量构成粘结强度的基础。例如，钢筋肋越清晰，机械咬合越强，界面抗剪与粘结强度均会提升——两者通过共同机制实现协同。

材料类型对两者关系的调节作用

材料组成与结构会调节两者关系。木材的顺纹抗剪强度（约1.5-2.0MPa）较低，与金属连接件的握裹力（粘结强度）依赖木材孔壁的抗剪能力——螺栓受拉时，木材孔壁发生顺纹剪切破坏，握裹力极限等于木材抗剪强度，此时抗剪强度直接决定粘结强度。

复合材料（如CFRP与混凝土）中，树脂层抗剪强度（10-20MPa）低于CFRP层间抗剪（50-80MPa）与混凝土抗剪（2-3MPa）。当CFRP粘贴于混凝土时，粘结破坏通常发生在混凝土表面（因混凝土抗剪更低），此时粘结强度极限由混凝土抗剪强度决定——材料薄弱环节成为关系的“调节阀”。

砖石材料的关系更直接：砌体抗剪强度完全由灰缝粘结强度决定。普通砖顺纹抗剪（3-5MPa）远高于砂浆（1-2MPa），因此砌体水平抗剪破坏必发生在灰缝——灰缝粘结强度即为砌体抗剪强度，成为砖石结构设计的核心指标。

工程实践中的互动表现

钢筋混凝土梁的斜截面抗剪设计需协同两者：箍筋的作用是约束混凝土剪切变形，而箍筋与混凝土的粘结强度（握裹力）决定其有效性——若箍筋间距过大或混凝土强度低，粘结不足会导致箍筋无法传递剪力，斜截面抗剪能力下降。设计中需通过控制箍筋间距、混凝土强度保证粘结强度，进而提升抗剪承载力。

砖石砌体墙的抗剪依赖灰缝粘结：抗震区要求灰缝砂浆粘结强度不低于0.2MPa（MU10砖），因墙身水平抗剪破坏沿灰缝发生——粘结不足会导致地震时墙身出现水平裂缝甚至倒塌，此时粘结强度要求本质是抗剪强度要求。

复合材料加固中，协同是关键：用CFRP布加固混凝土梁时，粘结强度需高于CFRP层间抗剪强度——若粘结不足，CFRP会剥离，无法发挥抗拉能力；若CFRP层间抗剪不足，会发生层间破坏。设计需选高粘结树脂与高抗剪CFRP，实现两者协同。