回彈法評定燒結普通磚強度等級的探討

李 文

0 引言

在我國工程建設中，磚砌體結構應用最廣泛。其中大部分已接近或達到設計基準期，需要進行檢測加固［1］，在不破壞結構本身的情況下對結構進行檢測、評定，得出加固方法一直是人們關注的問題。

回彈法是一種方便、無損的現場檢測方法，在房屋檢測中大量使用。如何提高回彈法的精度，以下從回彈儀原理上進行分析，分別探討砌筑砂漿和豎向壓力對砌體結構檢測［2］的影響。

1 回彈法和回彈儀原理

回彈法是建立構件的抗壓強度fcu與回彈值R之間的函數關系:

此函數關系一般由公式(回歸方程)或曲線(校準曲線)表示。回彈標準狀態和考慮構件碳化深度(一般適用混凝土、砂漿等)的測強曲線，這樣可以控制回彈法相對誤差在±15%以內［3］。實際中，只要測出構件R值，就可以由建立的公式或曲線計算出構件的強度fcu。其本質是建立的一種硬度與強度［4］的關系。回彈值R的大小與硬度成正相關。

回彈儀即施密特錘［5］，原理是借助已獲得一定能量的與彈擊彈簧相連的彈擊錘沖擊彈擊桿后，彈擊錘向后回彈，并在回彈儀上指示回彈值。回彈值的大小，取決于回彈能量，而回彈能量主要取決于被測構件的彈塑性性能。

假設回彈儀沖擊前的能量為E(儀器水平狀態時，其沖擊能量為2．207 J)，由能量守恒:

其中，E1為使構件產生塑性變形的功;E2為使構件、彈擊桿和彈擊錘產生彈性變形的功;E3為彈擊錘在沖擊過程中和指針在移動過程中因摩擦損耗的功;E4為彈擊錘在沖擊過程中和指針在移動過程中克服空氣阻力的功;E5為混凝土產生塑性變形時增加自由表面所損耗的功;E6為儀器在沖擊時由于構件的顫動和彈擊桿與構件表面移動而損耗的功。

彈擊錘所獲得的回彈功能主要來自E2轉化，測燒結普通磚，一般情況下E3，E4，E5都很小，可忽略不計。如果砂漿對磚的約束較弱，磚容易產生顫動，E6損耗就會增大，而混凝土構件一般約束較強，顫動損耗可以忽略。

2 豎向壓力和建筑砂漿的影響

砌體結構是由燒結普通磚和砂漿砌筑而成，燒結普通磚之間存在砂漿約束，而且砌體結構中的燒結普通磚一般承受很大的豎向壓力，這同標準實驗狀態不同。

2． 1 豎向壓力的影響

豎向壓力雖然對燒結普通磚受力狀態有一定改變，但在檢測過程中構件跟約束之間是靜摩擦，在沖擊檢測過程中沒有能量損耗，對反彈能量影響不大。相關實驗認為對評定燒結普通磚強度的影響不大［7，8］。

2． 2 建筑砂漿的影響

砂漿對燒結普通磚強度評定有著不同的結論。一方認為砌筑砂漿對砌體中燒結普通磚采用回彈公式測強的有小幅度降低，考慮抗壓強度推定值偏低對檢測結果偏于安全，可以不予考慮［7］;另一方認為磚在用砂漿砌筑后，其回彈值增大，并建立了砌筑前后磚塊平均回彈值的線性回歸公式［8］。

在線性范圍內，可以把燒結普通磚看作彈性系數為k0(與構件本身性質，檢測位置等有關)的彈簧，同樣砂漿對普通磚的約束可以看作串聯在普通磚上的彈簧，設其彈性系數為k1(與砂漿強度、厚度等有關)。在力F作用下有:

其中，x0為燒結普通磚本身在力F作用下的位移;x1為砂漿在力F作用下的位移。

燒結普通磚與砂漿組成總體的彈性系數為:

在一定范圍內，k越小，沖擊作用時間Δt越長(此時可以忽略構件顫動的能量損失)，由 F=mv/Δt，在mv一定的情況下，F減小，彈擊桿端面積一定，則局部集中應力減小，相應塑性變形減小，塑性變形能損失減小，回彈能量增加。

當k減小至某一值k'以下時，塑性變形能損失雖然減少，但普通磚會產生較大的顫動，損失較多的能量，其損失能量的和反而增大。

再分析回彈儀評定燒結普通磚強度等級標準實驗時的剛度，回彈值測試裝置的砌筑和加工尺寸如圖1所示［3］。

圖1 回彈值測試裝置

磚樣后有磚墩約束，可以忽略其受沖擊時的變形，k1→+∞，即磚樣的總體剛度為k0。而當k=0時，易知回彈能量為0，即沒有強度。根據以上做k—E回彈圖(見圖2)。

圖2 剛度—回彈能量圖

從圖2可以看出燒結普通磚在砂漿粘結后，當總體剛度小于k'0時，燒結普通磚回彈值偏小，相應磚的強度推定值偏小;在k'0附近時，回彈值能較好的反映實際情況;當總體剛度大于k'0時，回彈值偏大，相應磚的強度推定值偏大。這樣就可以解釋論文［7，8］中砂漿對磚強度等級評定的不同結論。由于不同性質的構件一般有不同的k'，k0，因此難以定量分析。

3 結語

在實際檢測中，可以不考慮豎向壓力對燒結普通磚強度等級評定［9］的影響。砂漿對燒結普通磚強度等級評定的影響則最好是通過實驗得出相應的回歸方程。如果沒有條件做實驗得出回歸方程的，考慮到建筑規范一般對砂漿厚度有要求;砂漿強度也要與磚的強度等級相適應等因素［10］。因此k1雖然會在一定范圍內波動，其誤差一般是在工程容許的范圍內。

［1］ 閻繼紅，胡云昌，林志伸．回彈法和超聲回彈綜合法判定高溫后抗壓強度的實驗研究［J］．工業建筑，2001，31(12):46-47．

［2］ GB/T 50315-2000，砌體工程現場檢測技術標準［S］．

［3］ JC/T 796-1999，回彈儀評定燒結普通磚強度等級的方法［S］．

［4］ 唐 芳．回彈法檢測混凝土抗壓強度中一個常見錯誤的剖析［J］．基建優化，2007，28(4):103-104．

［5］ 譚國煥，李啟光，徐 鉞，等．香港巖石的硬度與點荷載指標和強度的關系［J］．巖土力學，1999，20(2):52-56．

［6］ 吳新璇．混凝土無損檢測技術手冊［M］．北京:人民交通出版社，2003．

［7］ 焦 莉，張 海，劉 明．回彈法檢測砌體中燒結普通磚抗壓強度［J］．沈陽建筑大學學報(自然科學版)，2004，20(4):284-286．

［8］ 管小軍，顧祥林，顧 雋，等．回彈法現場檢測既有砌體結構中燒結普通磚的強度［J］．結構工程師，2004，20(5):44-46．

［9］ GB/T 5101-1998，燒結普通磚［S］．

［10］ GB 50003-2001，砌體結構設計規范［S］．