回弹法检测砌体中混凝土砖抗压强度技术的研究.pdf

2 0 1 2年第 4期 4月 混 凝 土 与 水 泥 制 品 CHI NA C0NCRETE AND CEMENT PRODUCTS 2 01 2 No 4 Ap r i l 回弹法检测砌体中混凝土砖抗压强度技术的研究 范红兵 ( 江苏三阳建设工程检测有限公司， 常州 2 1 3 0 2 3 ) 摘要 ： 近年来 ， 混凝 土砖正 以其 生产 能耗低 、 节土利废等特 点而为建设工程所广泛应 用， 随之而来的将是对既 有 建筑物或构筑物砌体 中混凝土砖的抗压强度的检 测提 出了要求。本文主要介 绍 了江 苏地 区采用回 弹法检测砌体 中混凝 土砖抗压 强度技术的研究情况。 关键词 ： 混凝土砖 ； 混凝土普通砖 ； 混凝土 多孔砖 ； 回弹法 Ab s t r a c t ： I n r e c e n t y e a r s ，t h e c o n c r e t e b r i c k s a r e w i d e l y u s e d i n c o n s t r u c t i o n p r o j e c t w i t h i t s l o w e n e r g y c o n s u mp t i o n， s a v i n g s o i l a n d wa s t e a d v a n t a g e ，t h e r e f o r e ，the t e s t f o r c o mp r e s s i v e s t r e n g t h o f c o n c r e t e b r i c k s i n e x i s t i n g b u i l d i n g o r s t r u c t u r e ma s o n r y i s r e q u i r e d I n t h i s p a p e r ，t h e r e s e a r c h s i t u a t i o n f o r t h e u s e o f r e b o u n d me t h o d t e s t i n g t h e c o mp r e s s i v e s t r e n gth o f c o n c r e t e b r i c k s i n the ma s o n r y i s i n t r o d u c e d i n J i a n g s u P r o v i n c e Ke y wo r d s ： Co n c r e t e b r i c k s ； C o n c r e t e c o mmo n b r i c k s ； C o n c r e t e p e r f o r a t e d b r i c k s ； Re b o u n d me t h o d 中图分类号 ： T U 5 2 2 文献标识码 ： A 文章编号 ： 1 0 0 0 4 6 3 7 ( 2 0 1 2 ) 0 4 5 0 0 4 0前言 为 了 保 护 耕 地 和 节 约 能 源 的 迫 切 需 要 ， 2 0 0 5 年， 国务院办公厅在国办发 2 0 0 5 3 3号 关于进一步 推进墙体材料革新和推广节能建筑 的通知 中明确 要求 ： “ 到 2 0 1 0年底 ，所有城市禁止使用实心黏土 砖 ” 。以推进墙体材料革新 ， 从而达到提高资源利用 率 、 改善环境 、 促进循环经济发展的的目的。因而 ， 促使混凝土砖得到了广泛 的应用和发展。 混凝土砖起源于上个世纪 9 0年代 中期 ，是 以 水泥为胶结材料 ， 以砂 、 石为主要集料 ， 并根据需要 加入掺合料 、 外加剂等 ， 通过加水搅拌 、 振动压制成 型、 自然养护或蒸汽养护制成的一种墙体材料 。 用于建筑物和构筑物的混凝土砖一般可分 为 混凝 土普 通砖 ( 也称混凝土实心砖 ) 和混凝 土多孔 砖两种 ， 其主要用于承重部位 。混凝 土砖为直角六 面体 ，普通 砖 的主规 格 尺 寸 为 2 4 0 m mx l 1 5 r n mX 5 3 m m，强度等级划分从 MU1 0 0到 MU 4 0 0七个级 别 ； 多孑 L 砖 的主规格尺寸为 2 4 0 mmx l 1 5 mmx 9 0 mm。 能 够 承 重 的 混 凝 土 多 孔 砖 最 小 外 壁 厚 不 小 于 1 5 m m， 最小肋厚应不小 于 l O mm， 强度 等级划分从 MU 1 0 0到 MU 3 0 0五个级别 。随着生产和应用技术 的成熟 ， 混凝土砖的材料性能、 砌体力学性能、 墙体 抗震性能 、 隔声和保温隔热性 能以及干湿交替环境 的抗冻性能等 ， 均能满足现行标准要求 ， 是一种替 代黏土砖 的理想产品。 目前 ， 混凝土砖 已开始大量使用 ， 对其原材料 性能的检测 已有较为完善的方法 ， 而对 已建工程砌 体 中混凝土砖 的抗压强度检测 尚在探 索之 中。近 一 5 0一 期 ， 江苏地区就采用 回弹法检测砌体 中混凝 土砖抗 压 强度 技术进 行 了研究 。 1 方案设 计 本项 研究 的 目的是 寻找既有建 筑物或构筑物 砌体 中混凝土砖 回弹值与其强度之间的相互关 系 ， 即测强 曲线。因为研究的区域为江苏地 区， 所 以需 要在全省各地 ，取当地 的各类混凝土砖进行试验 ， 取得有代表性的结果。这项工作由江苏省各地区的 多家单位共同承担 ， 采用先在实验室 内模拟工程环 境条件下经试验获取测强曲线 ， 再经工程实践验证 的方法。为 了避免产生方法上 的差异 ， 以及保证后 期数据的统一 ， 除了规定用 同一种方法进行数据统 计 和处理外 ， 还规定采用统一试验 的方法 ， 确保数 据 的准确可靠。 1 1 样 品选择 1 1 1 混凝 土普通 砖 每个地区在常用的强度等级 中选取若干组 ， 每 组不少于 l 0块砖 ，尽可能覆盖各强度等级 MUI O 、 MU1 5 、 MU 2 0 、 MU 2 5 、 MU 3 0 、 MU 3 5 、 MU 4 0的范 围 。 1 1 2 混凝 土多 孔砖 每个地区在常用的强度等级 中选取若干组 ， 每 组不少于 1 0块砖 ，尽可能覆盖各强度等级 MU1 0 、 M U1 5 、 MU 2 0 、 MU 2 5 、 MU 3 0的范 围。 1 2 试件( 样品) 制备 1 2 1 混凝土普通砖 同一块试样 的两半截砖切断 口相反叠放 ， 叠合 部分不得小于 1 0 0 m m，如图 1 所示 。如果不足 1 0 0 m m时， 则应剔除， 另取备用试样补足。 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 范红兵 回弹法检测砌体 中混凝土砖抗压强度技术 的研究 图 1混 凝 土 晋 通 砖 样 品制 备 不 意 图 1 2 2 混凝土多孔砖 处理试件 的坐浆 面和铺浆面 ， 使之成为互相平 行的平面。将钢板置于稳固的底座上 ， 平整面向上 ， 用水平尺调至水平 。在钢板上先薄薄地涂一层 机 油 ， 或铺 一层 湿纸 ， 然后铺一层 以 1 份 重量 的强度 等级为 4 2 5的水泥和 2份细砂 ， 加入适量的水调成 的砂浆 ， 将试件 的坐浆面湿润后平稳地压人砂浆层 内， 使砂浆层尽可能均匀 ， 厚度为 3 - 5 m m。 将多余的 砂浆沿试件棱边刮掉 ， 静置 2 4 h以后 ， 再按上述方 法处理试件的铺浆面。为使两面能彼此平行 ， 在处 理铺浆面时 ， 应将水平尺置于现 已向上 的坐浆面上 调 至水平 。 净浆层厚 3 5 ram 图 2混 凝 土 多 孔 砖 样 品 制 备 不 恿 图 1 3 试件( 样品) 养护 由于试验样品的龄期 、 含水率等因素对试验结 果的影响 ， 应选择合适的方式将试 验的样 品状态调 节到尽可能地接近于实际砌体 中的样品状态。 1 3 1 混凝土普通砖 试件应置于相对湿度( 6 0 _+ 1 0 ) 、温度不低于 l 0 的不通风的环境下养护至 2 8 d 。 1 3 2 混凝土多孔砖 试件应置于相对湿度( 6 0 - 1 0 ) 、温度不低于 1 O 的不通风实验室 内养护 3 d ， 然后在 同样 的温湿 度环境下养护至 2 8 d 。 1 4试验步骤 ( 1 ) 测量每个试件连接面或受压 面的长 、 宽尺 寸各两个 ， 分别取其平均值 ， 精确至 l m m。 ( 2 ) 将试件平放在加压板 的中央 ， 垂直 于受压 面加荷 ， 应均匀平稳 ， 不得发生 冲击或振动。给试件 加载至 2 5 k N( 以模拟实 际受压状态 ) 后进行 回弹试 验 。( 注意 ： 多孔砖 回弹时不管孔 的位置 ， 但尽量在 砖的中间部位进行回弹) 。 ( 3 ) 测量回弹值 混凝土普通砖 在每个试件的两面各弹击 4点 ， 弹击点距边缘 间距 不小 于 2 0 m m， 各弹击点 间距不小于 2 0 m m( 按 照图 3所示) ， 记录下每次的回弹值 。 图 3 混凝 土普通砖 弹击点位示意图 混凝土多孔砖 在每个试件弹击 8点 ， 弹击点距边缘间距不小 于 2 0 mm， 各弹击点间距不小于 2 0 mm( 按照 图 4所 示 ) ， 记 录下每次的回弹值 。 净浆层 3 - 5 mm 色 m 吕 m 图 4 混凝土多孔砖弹击点位示意图 ( 4 ) lJ 量抗压强度值 回弹值测量后 ， 随即以4 k N s 的速度加荷， 直 至试件破坏为止， 记录最大破坏荷载 P 。 每块试样的抗压强度( R 。 ) 按下式计算， 精确 至 0 O l MP a 。 Rp： 式 中， 一 抗压强度 ， MP a ； P一 最大破坏荷载， N； 一 受压面( 连接面) 的长度 ， m m； B一 受压面( i S接面) 的宽度 ， mm。 1 5 数据处理 由于砖的抗压强度离散性较大 ， 故在数据处理 时 ， 取每组( 1 O块) 砖的回弹平均值和抗压强度平均 值进行分析。利用最小二乘法原理 ， 将试验数据进 行统计 ， 分别采用对数 、 二 阶多项式 、 幂 函数 、 指数 函数等 四种 回归曲线进行 回归 ，并对 比其相关系 数 、 平均相对误差 、 相对标准差 ， 从中选择一种相关 系数高 、 平均相对误差和相对标准差较小的曲线形 式作为相应的测强曲线。平均相对误差和相对标准 差按下式计算 ： 一 51 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 2 0 1 2年第 4期 混凝土与水泥制品 总第 1 9 2期 1 儿i = 1 一 1 l I 。 。 1 0 0 式 中， 一 回归方程式中的强度平均相对误差 ， 精 确至 0 1 ； e ， 一 回归方程式的强度相对标准差 ，精确至 0 1 ： 厂 一 由第 组试件抗压试验得 出的砖抗 压强 度平均值 ， 精确至 0 1 M P a ； l一 由同一组试件 的平均 回弹值按 回归方,j 程式算 出的砖的强度换算值 ， 精确至 0 1 MP a ； n一 制定 回归方程式的试件数 。 2含水率对检测结果的影响 由于 回弹法是通过回弹仪检测砖表面硬度从 而推算砖强度的方法 ， 因此样 品表面的硬度将直接 影 响到检测结果 。对于混凝土砖样品而言 ， 表 面相 对平整 ， 而含水率的大小对其 硬度影响较大 ， 直接 到影响 回弹值。研究人员抽取混凝土普通砖 、 凝土 多孔砖各 5组 ， 测试其在 自然 、 干燥 、 调湿 8 、 水饱 和四种状态 的回弹值 。两种砖的试验结果分别见表 1 和 表 2 。 表 1 混凝土普通砖 四种状态下的 回弹值 表 2 混凝土多孑 L 砖四种状态下的回弹值 注 ： 自然状态指试件 置于相对湿度 ( 6 0 1 0 ) 、 温度不低 于 1 0 的环境下不少于 2 8 d ； 干燥状态 指试 件 4 O 环境下烘 干至恒重。 一 5 2 一 据表 1 、 表 2中的数据分析 ， 混凝土普通砖 、 凝 土多孔砖在 自然和干燥状态下的 回弹值基本一致 ， 随着含水率的不断增加 ， 回弹值逐渐 降低 ， 当含水 率为 8 时，回弹值下降分别为 1 5 、 2 1 左右 ； 当 样品达到饱和状态时 ， 回弹值下降分别为 2 5 、 3 0 左右。结果表 明， 受潮的样 品会给测试的结果带来 较大的影响。因此 ， 本项 目的研究基于样品在 自然 状 态下 的数据 。 3测强 曲线 的建立 3 1 混凝土普通砖 抽取江苏南京 、 无锡 、 徐州 、 常州 、 昆山、 泰州 、 扬州 、 镇江 、 盐城共 9家砖厂生产 的混凝土普通砖 ( 部分地区未取到相应的样 品) ， 按规定的试验步骤 进行回弹值和抗压强度值的测量， 结果见图 5 。 5 0 4 0 3 O 羔 雷2 0 1 O O 实测值 一回归曲线 。 ， ： 0 1 0 2 0 3 0 4 0 5 0 回弹值 图 5 混凝 土普通砖试验散 点图 将混凝土普通砖的试验数据 ，分别采用对数 、 二阶多项式 、 幂 函数 、 指数 函数按最小二乘法进行 回归 ， 得 到 的 回归成 果见 表 3 。 表 3 混凝土普通砖测强 曲线计算成果 表 3数据表明 ， 在 四种 回归 曲线 中 ， 采用幂 函 数式的曲线得到了 0 9 1 的相关系数 ， 达到了高度相 关 ， 而且该曲线平均相对误差和相对标准差均 比较 小 ， 故使用幂函数式的测强曲线可以较为准确地反 映出混凝 土普通砖 回弹值与抗压强度值之 间相互 关 系 。 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 范红兵 回弹法检测砌体中混凝土砖抗压强度技术 的研究 3 2 混凝 土 多孔 砖 抽取江苏南 京 、 无锡 、 徐州 、 常州 、 昆山 、 泰州 、 扬州 、 镇江共 8家砖厂生产 的混凝 土多孔砖 ( 部分 地 区未取 到相应 的样 品) ，按规定 的试验步骤进行 回弹值和抗压强度值的测量 ， 结果见图 6 。 3 O 2 5 2 0 善 1 5 骥 1 O 5 0 实测值 一回归 曲线 ， O 1 0 2 O 3 O 4 0 5 0 回弹值 图 6 混凝 土多孑 L 砖试验 散点 图 将混凝土多孑 L 砖的试验数据 ，分别采用对数 、 二阶多项式 、 幂 函数 、 指数 函数按最小二乘法进行 回归， 得到的回归成果见表 4 。 表 4混凝 土多孑 L 砖 测强 曲线计算成果 表 4数据 表明 ， 在 四种 回归 曲线 中， 采 用指数 函数式 的曲线得到了 O 8 8的相关系数 ， 达到了高度 相关 ， 而且该 曲线平均相对误差和相对标准差均 比 较小 ， 故使用指数函数式的测强曲线可以较为准确 地反 映出混凝土多孔砖 回弹值与抗压强度值 之问 相 互关 系 。 4测强 曲线 的应用 和验 证 研究人员选择某工程进行 了验证 ， 在混凝土普 通砖砌体上选取 5组 ，每组各选取 1 O块砖进行回 弹 ， 然后从砌体 中取 出带 回实验室进行抗压强度试 验 ， 结果见 表 5 。 表 5的结果反 映， 用 回弹法测得的混凝土普通 表 5 混凝土普通砖对 比试验结果 砖抗压强度换算值与实测抗压强度值 的相对误差 在一 1 1 - + 5 之 间 。 由于在 实 际 工程 中未 能找 到 强度 等 级大 于 MU1 0的混凝土多孔砖砌体 ，故未能取得有关混凝 土多孔砖的工程实践和对 比试验的结果。 5结语 ( 1 ) 工程验证结果证 明 ， 采用 回弹法 检测砌体 中混凝 土普通砖 ( 也称混凝土实心砖 ) 抗压强度时 ， 0 8 4 6 使用幂函数式的测强 曲线( 厂 = O 5 2 9 R ) ， 可 以 较为准确地反映出混凝土普通砖的抗压强度。 ( 2 ) 本项 目研究结果表 明 ： 由于参 与研究 的试 验样品中， 混凝土普通砖 的强度等级范 围为 MU1 0 - MU 2 0 、混凝土 多孑 L 砖 的强度 等级 范 围为 MU1 0 MU 2 5 ， 故采用本项研究 的幂函数式的测强曲线的适 用范围宜限于砌体 中强度等级为 M U1 0 MU 2 O混凝 土普通砖 、 采用本项研究 的指数函数式 的测强曲线 的适用范围宜限于砌体 中强度等级为 MU1 0 MU 2 5 混凝土多孔砖。 ( 3 ) 本项研究是以实验室试验数据为基础的 ， 虽然已考虑到从龄期、 环境条件( 温度、 湿度 ) 、 受力 状态等方面进行 了控制 ， 将试验的样 品状态调节到 尽可能地接近于实际砌体 中的样品状态 ，但是 ， 由 于条 件的限制 ， 模拟 自然环境 中的冻 、 融 、 风 、 雨 、 酸 、 碱等物理 和化学等状态的影响比较困难 ， 而且 ， 相对于实际砌体中的样 品来说 ， 试 验样品的龄期也 比较短 ， 故本方法还有待于工程实践 中的不断检验 和 完善 。 收稿 日期 ： 2 0 1 2 0 3 0 2 作者简介 ： 范红兵 ( 1 9 6 7 一 ) ， 男 ， 高级工程师 。 通讯地址 ： 江苏省常州市钟楼区西林 街道 富林路 8号 联系电话 ： 1 8 9 3 2 3 8 1 8 0 9 E ma i I ： h b 0 0 O 9 1 6 3 c o rn 一 5 3 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m