發泡水泥復合板現場檢測抗壓強度技術研究

鄢 煒，崔 強，鄒國萍，趙 陽，孫 飛

（1.中國中鐵二院工程集團有限責任公司，四川 成都 610031；2.中國建筑科學研究院有限公司，北京 100013）

0 引言

發泡水泥復合板采用輕鋼及鋼筋桁架作為骨架，內填發泡水泥芯材構成，集輕質、高強、耐久、高效保濕、隔熱、隔聲、抗震及易于防水等諸多優良性能于一身。在一定程度上彌補了傳統混凝土板自重大等方面存在的不足，是目前一種綠色、節能、環保的輕質建筑板材。正是這些優點使得發泡水泥復合板廣泛應用于大型廠房等建筑的屋面、墻面及樓板［1］。

1 概述

1.1 背景

發泡水泥復合板采用輕鋼及鋼筋桁架作為骨架，內填發泡水泥芯材構成，集輕質、高強、耐久、高效保濕、隔熱、隔聲、抗震及易于防水等諸多優良性能，用于各類工業、商業和民用建筑結構中。

但隨著輕質復合屋面板的廣泛使用，這種材料也逐漸曝露出一些問題，如：屋面板上部有積水或滲水后，芯材浸水或受潮后強度損失較大、芯材與鋼絲網粘結能力不足、鋼絲網容易銹蝕、表層裝飾層剝落等。現有方法檢測出現質量問題的已使用發泡水泥復合屋面板芯材抗壓強度時，需在芯材上切割試件進行試驗室檢測，此種檢測方法受到很多限制，如芯材厚度、鋼筋間距、表面裝飾層等，且切割的破損面較大，有一定的安全隱患。

1.2 國內外研究現狀

1.2.1 國內研究現狀

發泡水泥復合板（太空板）是由鋼邊框或預應力混凝土邊框、鋼筋桁架、發泡水泥芯材、上下水泥面層（含玻纖網）復合而成的建筑板材。目前已有相應的技術圖集和標準，如 GB/T 33499－2017《鋼框架發泡水泥芯材復合板》、09CJ20 09CG12《鋼骨架輕型板》。

1.2.2 國外研究現狀

發達國家發泡水泥復合板材料發展迅速，廣泛應用于建筑、國防、外貿、貯存、能源等領域。美國建設行業所用的隔音發泡水泥復合板中已占 40 %；日本業已成立發泡水泥復合板普及協會以推廣這種新材料，但是目前國外方面將發泡水泥板應用于工業廠房屋面的情況較少。

國外對發泡水泥復合板的應用主要采用產品認證制度，認證單位對原材料采購、板材生產等方面進行認證，業主單位根據認證證書進行采購，現場安裝即可。在使用過程中若出現質量問題時，補救措施以更換為準，一般不涉及質量檢測鑒定和修復處理，也暫無質量檢測和加固處理的相關方法和標準。

1.3 研究意義

現行發泡水泥復合板標準規范及各圖集中，抗壓強度幾乎是衡量屋面復合板芯材力學性能的唯一指標，直接影響輕質復合屋面板的整體承載能力，因此對發泡水泥復合板芯材抗壓強度的檢測研究尤為必要。本文將研究發泡水泥復合板現場檢測抗壓強度的方法，為現場檢測提供便利。

2 發泡水泥復合屋面板芯材抗壓強度現場檢測方法

發泡水泥復合屋面板芯材質量檢測時，取樣方法為在板材中按標準要求尺寸鋸取出檢測用樣品，執行標準為 GB/T 33499－2017《鋼框架發泡水泥芯材復合板》［2］，檢測方法主要引用 GB/T 11969－2008《蒸壓加氣混凝土性能試驗方法》［3］。而各個廠家使用的專用圖集中，只對性能指標做了要求，并未提供檢測方法及依據。

本節將根據現行標準，通過兩個廠家生產發泡水泥芯材的輕質復合屋面板對其力學性能檢測方法進行研究。

2.1 發泡水泥芯材抗壓強度

由 A、B 兩個廠家依據 GB/T 33499－2017《鋼框架發泡水泥芯材復合板》，分別生產屋面板各 10 塊，同時按相同配合比和工藝單獨成型發泡水泥芯板各 10 塊，從芯板中鋸取 100 m m×100 m m×50 m m 的試件各 10 組，每組 3 塊，養護至 28 d 后，按照 GB/T 11969－2008《蒸壓加氣混凝土性能試驗方法》的規定進行檢測。

檢測方法：

①測量試件的尺寸，精確至 1 mm，并計算試件的受壓面積 A1；

②將試件放在材料實驗機的下壓板的中心位置，以（2.0±0.5）kN/s 的速度連續而均勻地加荷，直至試件破壞，記錄破壞荷載 p1；

③按式（1）計算試件的抗壓強度：

式中：fcc為試件的抗壓強度，MPa；p1為破壞荷載，N；A1為試件受壓面積，mm2。結果按 3 塊試件的算術平均值表示，修約至 0.01 MPa。

A、B 兩廠的檢測結果如表 1、表 2 所示。

表1 A廠家發泡水泥芯材抗壓強度檢測結果

2.2 發泡水泥芯材抗拉強度

本節擬參照 GB 50404－2017《硬泡聚氨酯保溫防水工程技術規范》［4］中附錄 B 進行，采用現場拉伸粘結強度的試驗方法來進行發泡水泥復合板芯材抗拉強度的檢測研究。

檢測方法：

①宜在芯材板中及兩端距離邊框 100 mm 的位置，用鋼筋掃描儀探測出鋼絲網或鋼桁架，避開其位置選擇 3 個測點（檢測時需要避開鋼絲網的影響，以保證檢測結果為芯材的抗拉強度）；

表2 B 廠家發泡水泥芯材抗壓強度檢測結果

②在測點處用記號筆畫出 100 mm×100 mm 的方框，用手持切割機進行切槽，槽深以切透面層至芯材內部為宜（切割時一定要切割至芯材內部，以保證粘結抗拉檢測結果即為芯材的抗拉強度）；

③清理被測部位表面污漬并保持干燥；

④采用雙組份粘結劑在被測部位粘貼 100 mm×100 mm 鋼標準塊，并及時固定，粘結示意如圖 1 所示；

圖1 粘結示意圖

⑤粘結劑固化后，采用拉拔儀連接鋼標準塊，勻速加荷直至被測部位破壞，記錄破壞時的荷載 F 及破壞形式；

⑥因本試驗方法是通過現場切割試件的拉伸試驗來確定芯材的抗拉強度，因此，只有破壞形式為芯材內聚破壞時，測試數據才認為有效；若破壞形式為混合破壞和破壞界面不在芯材內部時，都應另選點重測，當防護面層對檢測結果有影響時，應將其鏟除，直接在板材芯材上試驗，芯材內聚破壞如圖 2 所示；

⑦以 3 個有效數據按式（2）計算芯材的抗拉強度 P：

圖2 發泡水泥芯材內聚破壞

式中：P 為抗拉強度，MPa；F 為破壞荷載，N；A 為粘接面積，mm2。

單塊板檢測結果以 3 個測點的算術平均值表示。

兩個廠家的輕質復合屋面板芯材抗拉強度檢測結果如表 3、表 4 所示。

表3 A 廠家發泡水泥芯材抗拉強度檢測結果

表4 B 廠家發泡水泥芯材抗拉強度檢測結果

圖3 發泡水泥芯材抗拉強度與抗壓強度線性回歸分析圖

圖4 發泡水泥芯材抗拉強度與抗壓強度乘冪回歸分析圖

試驗過程中所有芯材的破壞形式均為芯材內聚破壞，可以認為此檢測方法能有效檢測發泡水泥復合板芯材的抗拉強度。

2.3 發泡水泥復合板芯材抗壓強度與抗拉強度相關性

對比發泡水泥復合板芯材的抗拉強度與抗壓強度，發現具有一定的相關性，采用最小二乘法進行回歸分析，線性回歸分析結果如圖 3 所示，非線性回歸分析結果如圖 4 所示。

對比分析結果，兩種回歸分析方法均具有高度正相關性，且相關系數相同，均為 0.97。按不同回歸方程計算的抗壓強度與實測抗壓強度的平均相對誤差及相對標準差結果如表 5 所示。

表5 發泡水泥芯材線性回歸方程與乘冪回歸方程的誤差分析

誤差分析結果表明，采用兩種回歸方程計算的結果平均相對誤差及相對標準差滿足制定測強曲線的要求。因乘冪回歸結果計算的平均相對誤差及相對標準差更小，將乘冪回歸結果作為發泡水泥芯材的測強曲線，乘冪函數方程為：

平均相對誤差：6.7 %，相對標準差：8.4 %，相關系數：0.97。

2.4 現場檢測方法

通過對發泡水泥復合屋面板芯材的力學性能研究與力學性能的對比試驗，確定可通過抗拉強度檢測推定芯材抗壓強度的檢測方法。工程現場檢測發泡水泥復合板芯材抗壓強度時，按本文第 2.1 節的步驟進行進行檢測，發泡水泥復合板芯材抗壓強度的推定值按式（4）計算：

式中：fccT為發泡水泥復合板芯材抗壓強度推定值，MPa。

3 結語

本文提出的現場通過抗拉強度檢測推定發泡水泥復合板芯材抗壓強度的檢測方法，僅針對芯材采用發泡水泥體系的復合板，且測強曲線受到樣本覆蓋區域與樣本量的限制，在使用前宜進行誤差驗證。