先裝拔出法檢測水泥砂漿薄層強度現場試驗研究*

卜良桃，侯 琦

(湖南大學 土木工程學院，湖南 長沙 410082)

先裝拔出法檢測水泥砂漿薄層強度現場試驗研究*

卜良桃?，侯 琦

(湖南大學 土木工程學院，湖南 長沙 410082)

通過對加固工程施工現場的燒結普通粘土磚墻體進行鋼筋網水泥砂漿薄層加固，分別進行先裝拔出法檢測和標準立方體抗壓強度測試.現場試驗采用M10，M15，M20，M25，M30，M35，M40，M45，M50九個強度等級的水泥砂漿，共設置54個試驗組.根據試驗結果，擬合出了先裝拔出法檢測水泥砂漿薄層抗壓強度的公式，并對回歸方程進行模型檢驗，提出了水泥砂漿抗壓強度個別值的區間預測.本文為水泥砂漿先裝拔出法現場檢測技術的推廣應用和相關技術標準的制訂提供了依據.

先裝拔出法；現場檢測；水泥砂漿薄層；回歸方程；區間預測

砌體結構是一種使用年代較早、在中國較為普遍的建筑結構形式.近年來，中國經歷了汶川大地震和雅安大地震等自然災害，震區房屋結構受到了不同程度影響[1].為此，砌體結構的加固一直受到人們的高度關注.對于安全性及抗震性能不符合要求的砌體結構房屋，鋼筋網水泥砂漿薄層加固是一種經濟可靠的加固方法，該方法通過在墻體上綁扎一定間距的鋼筋網，并抹壓砂漿薄層進行雙面加固，能有效提高砌體結構的承載力，增強結構的安全性和抗震性能.隨著砌體房屋安全隱患排查和震損房屋的修繕工作的展開，尋找一種準確、便捷、經濟的方法對在建結構和加固結構中水泥砂漿薄層抗壓強度進行現場檢測成為亟待解決的問題.

目前，國內對于水泥砂漿強度的現場檢測一直缺乏完善的技術手段和專門的技術標準.與砂漿材料性能相似的混凝土抗壓強度的現場檢測方法有很多，技術較為成熟，而在檢測混凝土抗壓強度的方法中，預埋拔出法是一種簡便可行的現場檢測方法.該方法通過對混凝土中預先埋設的錨盤進行拉拔試驗，測得極限拉拔力，并利用預先建立的測強曲線推算混凝土的抗壓強度[2].

考慮到水泥砂漿無粗骨料的影響，較為密實，而且水泥砂漿加固薄層厚度通常僅為25～35 mm，本文結合工程施工現場實際條件，借鑒預埋拔出法檢測混凝土強度的試驗裝置和試驗原理，通過對多功能強度檢測裝置進行技術改進，發明了用于水泥砂漿現場檢測的錨固件及其固定架，采用先裝拔出法對鋼筋網水泥砂漿加固薄層的抗壓強度進行現場檢測.

1 試驗方案

1.1 試驗材料

強度等級42.5 MPa的普通硅酸鹽水泥；中砂；潔凈自來水；直徑8 mm的HRB335級鋼筋；HPPC外加劑.

1.2 試件制作

試驗在某砌體房屋加固工程施工現場進行.選取9片2 m×3 m的240 mm厚燒結普通粘土磚墻體，采用鋼筋網水泥砂漿加固[3](圖1).墻體鑿除抹灰面層并鋪設間距為150 mm×150 mm的鋼筋網片，水泥砂漿加固層厚度為30mm.每片墻體采用一種強度等級的水泥砂漿加固，9片墻體分別采用M10，M15，M20，M25，M30，M35，M40，M45，M50.每片墻體制作6組試件，每組試件由單面墻體上一塊1 000 mm×1 000 mm區域的拔出試件和3個70.7 mm×70.7 mm×70.7 mm的標準立方體試塊組成.每組試件抹壓水泥砂漿時采用同盤水泥砂漿制作對應的標準立方體試塊，立方體試件采用帶底鋼模制作.標準立方體試塊和拔出試件在施工現場同等條件下養護.

圖1 鋼筋網水泥砂漿加固墻體

1.3 先裝拔出試驗

每組試件上取3個鋼筋網網格中心作為測點，將砂漿錨固件旋入固定架連接牢固，并安放在測點位置，調節固定架使錨固件與墻面垂直并將固定架在墻體基層上釘緊.抹壓15 mm厚底層水泥砂漿，將錨固件周圍緊密覆蓋住，在底層砂漿終凝前拆除固定架，然后抹壓15 mm厚面層水泥砂漿，使錨固件周圍測試面平整無缺陷.

拔出試件養護28 d后，進行先裝拔出試驗.拔出試驗裝置采用山東樂陵回彈儀廠生產的ZH-60型多功能后錨固拔出儀，試驗裝置示意圖如圖2所示.安裝拔出儀，按照儀器使用手冊的要求施加拔出力直至水泥砂漿加固薄層出現錐狀破壞(如圖3和圖4所示)，記錄極限拔出力.

1—錨固件；2—拔出儀拉桿；3—反力支承圓環；4—水泥砂漿薄層；5—基層墻體

1.4 立方體抗壓強度試驗

標準立方體試塊養護28 d后，采用標準試驗方法將其加荷至破壞，記錄試驗結果，參照JG70—2009《建筑砂漿性能試驗方法》確定每組標準立方體試塊的立方體抗壓強度.

2 試驗結果分析

2.1 試驗結果

將各組拔出試件的先裝拔出力與立方體抗壓強度值匯總，見表1.由于本文依據的試驗采用了M10，M15，M20，M25，M30，M35，M40，M45和M50九個強度等級的水泥砂漿，試驗數據數量大，強度等級覆蓋面廣，因而更有利于試驗結果的統計分析和曲線擬合.

(a) 安裝反力支承圓環

(b) 安裝拉拔儀主機

近年來國內相關研究成果顯示，采用圓環式拔出儀測得的砂漿拔出力與其抗壓強度存在顯著的線性關系[4-6]，因此本文考慮采用最小二乘法對自變量和因變量進行線性回歸分析，擬定的回歸方程式為：

(1)

(2)

表1 試驗數據匯總

注:表中F為試件拔出力 (kN)；fm,cu為水泥砂漿立方體抗壓強度(MPa)；fm,c為水泥砂漿強度換算值(MPa).

(3)

將試驗所得的54組構件拔出力和立方體抗壓強度代入式(2)和式 (3)得：

所得的先裝拔出法檢測水泥砂漿薄層抗壓強度的回歸方程式為fm,c=4.83F-24.47，其中F>5.07.先裝拔出法現場檢測鋼筋網水泥砂漿薄層抗壓強度的試驗數據擬合結果如圖5所示.由于此次現場試驗研究數據基數大，采用的水泥砂漿強度等級較多，試驗結果有代表性，可以推廣到工程中常用的鋼筋網水泥砂漿抗壓強度的先裝拔出法現場檢測.

F/kN

2.2 回歸方程的統計檢驗

F0.05(1,52)=4.03,F0.01(1,52)=7.17.

2.3 關于水泥砂漿抗壓強度個別值的區間預測

(4)

其中

本文所依據的試驗中，共進行了54組水泥砂漿薄層的先裝拔出法檢測，根據這54組試驗數據擬合的回歸曲線可以用于水泥砂漿抗壓強度的現場檢測和推定.

例如，X40-3組采集的先裝拔出力F0為13.07 kN，其中，n=54，取α=0.05時，代入公式(4)得δ(13.07)=4.15.由此可以推定，對應于X40-3組水泥砂漿抗壓強度推定值對應于置信水平面為95%的預測區間為(40.67-4.15，40.67+4.15).

3 不同砂漿先裝拔出法試驗結果對比

本文采用相同的試驗裝置和試驗方法，參與完成了對聚乙烯醇纖維砂漿、聚丙烯纖維砂漿、鋼纖維砂漿薄層的抗壓強度的先裝拔出法試驗研究.以上3種纖維砂漿強度等級共設置了M20，M30，M40，M50，M60，M70，M80，M90和M100九種，各自擬合出了先裝拔出法測強曲線(見圖6).本文水泥砂漿的現場試驗與3種纖維砂漿的拔出試驗所采用的方法和試驗裝置完全相同，而且試驗條件與實際工程中的施工工況相同，更有利于進行對照比較.目前，各地已紛紛建立拔出法檢測混凝土強度的地方測強曲線[8]，因此，本文的試驗成果也可為先裝拔出法現場檢測水泥砂漿抗壓強度測強曲線的建立提供依據.

F/kN(a) 聚乙烯醇纖維水泥砂漿

F/kN(b) 聚丙烯纖維水泥砂漿

F/kN(c) 鋼纖維水泥砂漿

從以上先裝拔出法測強曲線的對比可以看出，聚乙烯醇纖維砂漿曲線與聚丙烯纖維砂漿曲線差別不大，且與水泥砂漿較為接近.這是由于合成纖維在纖維砂漿中主要起到增韌抗裂的作用，對砂漿強度貢獻不大.而鋼纖維砂漿曲線在坐標軸上更靠右側，鋼纖維砂漿抗壓強度明顯高于水泥砂漿和其他2種纖維砂漿，這主要是由于鋼纖維摻入砂漿后，纖維跨越砂漿微觀裂縫的兩邊，在鋼纖維與裂縫兩邊砂漿之間形成粘結應力，起到阻止裂縫引發、擴散的作用，同時鋼纖維自身能吸收部分能量，因而能大幅度提高砂漿的抗彎強度和抗拉強度.

4 結 論

1)采用先裝拔出法現場檢測水泥砂漿加固薄層抗壓強度的測強公式為fm,c=4.83F-24.47.

2)本文采用的回歸模型對樣本數據擬合的效果總體較好，即解釋變量“水泥砂漿先裝拔出力”對被解釋變量“水泥砂漿抗壓強度”的絕大部分差異做出了解釋.

3)本文對先裝拔出法現場檢測水泥砂漿抗壓強度的模型進行了回歸預測，預測區間內的數值波動可以部分解釋施工誤差和試驗誤差等因素的干擾，通過現場測得的先裝拔出力，可以估計水泥砂漿抗壓強度個別值的取值區間.通過X40-3組水泥砂漿抗壓強度推定值與立方體抗壓強度實測值的比較，證明該預測方法合理有效.

4)聚乙烯醇纖維砂漿曲線與聚丙烯纖維砂漿曲線差別不大，且與水泥砂漿曲線較為接近，而鋼纖維砂漿先裝法試驗結果明顯高于以上三者.

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Field Test Research on Strength of Cement Mortar Thin Layer Detected by Cast-in-place Pullout Method

BU Liang-tao?, HOU Qi

(College of Civil Engineering, Hunan Univ, Changsha, Hunan 410082, China)

Based on a local project of the sintered brick wall reinforced with steel mesh cement mortar, pullout inspection and standard cube compressive strength test were constructed. The field test adopts nine kinds of cement mortar with a strength grade of M10, M15, M20, M25, M30, M35, M40, M45, M50. According to the test results, we have obtained the formula of compressive strength of cement mortar thin layer detected by cast-in-place pullout method，inspected the model of linear regression equation and proposed the interval estimation for the individual value of the compressive strength of cement mortar, This paper provides not only a basis for technology popularization and application of cast-in-place pullout method ,but also a basis of the establishment of relevant technical standards for cement mortar field tests.

cast-in-place pullout method; field test; cement mortar thin layer; regression equation; interval prediction

1674-2974(2015)05-0053-05

2014-05-12

中國工程建設標準化協會標準研制項目([2010]建標協字第27號文)

卜良桃(1963-)， 男，湖南南縣人，湖南大學教授

?通訊聯系人，E-mail:plt63@126.com

TU376

A