論飾面貼磚脫粘失效現場檢測及脫落風險評估

林志航

（福建省燕城建設工程有限公司， 福建 廈門 361006）

0 引言

作為常用的建筑結構外立面飾面墻形式之一，飾面磚已被大量應用在各種功能的建筑結構中，由于環境影響，飾面磚的耐久性及可靠性伴隨服役壽命的延長，將出現不同程度的鼓包、剝離等病害，這種病害嚴重影響了飾面墻的裝飾性和保護功能，使建筑本體結構被長期暴露于自然環境中。

1 工程概況

福州市地鐵1 號線達道站C 出站口周邊景觀改造，建設單位為福州市臺江區建設投資管理中心，施工單位為福建省燕城建設工程有限公司承建，本工程位于廣達路；本次環境綜合整治工程包括建筑外立面整治，建筑環境提升和基礎設施完善。本文依托此工程實踐，分析飾面貼磚脫粘失效現場檢測原理、方法及脫落風險評估，用以論證建筑外立面整治的必要性。

2 飾面貼磚粘結失效振動測試原理

（1）結構動力學響應被認為是結構固有的特性之一，結構動力學響應受邊界約束、結構損傷等因素影響顯著；從力學角度分析，外立面飾面磚的長寬尺寸明顯超過厚度尺寸，屬于典型的薄殼結構，基于彈性力學基本理論有，假定薄殼處于平衡狀態的撓度函數為，此時薄殼承受的橫向應力函數假定薄殼的自振函數為對應的自振微分方程表達式如下：

（2）設W為微分方程在邊界條件下的一個非零解，則根據可計算W對應的頻率。經理論計算發現，薄殼的自振頻率屬于其固有特性之一，設薄殼單位面積內的振動質量為同時令則（1-1）可等效為下式（2-2）

（3）貼附于建筑外立面的飾面磚在邊界條件改變的情況下，其自身的固有頻率和自振形將出現相應變化。

（4）如果飾面磚粘結可靠，則對應的固有頻率指標較高；相反，如果飾面磚與外立面粘結強度不足，則對應的固有頻率指標較低；故可通過測定飾面磚的固有頻率指標范圍，從而間接判定飾面磚是否處于失效或安全狀態。

3 飾面貼磚脫粘比例對其固有頻率的影響分析

（1）為了精確掌握脫粘比例差異對建筑外立面飾面磚固有頻率的影響程度，擬借助ANSYS 有限元分析軟件，建立飾面磚有限元模型，模型的長寬厚分別為500mm、350mm、15mm，材料參數如下：彈性模量50GPa，泊松比：0.3，表觀密度2500kg/m3；

（2）在ANSYS 有限元分析軟件中對建筑外立面飾面磚在不同粘脫比例下分別進行振動模態識別，通過移動被約束的節點，以實現模型的牢固脫粘，沒有約束的節點則認為處于粘結失效狀態；

（3）下圖1 展示了經ANSYS 有限元軟件模擬得到的外立面飾面磚模態頻率和脫粘比例之間的相關關系。

圖1：飾面貼磚模態頻率與脫粘比率的關系曲線

（4）分析上圖1 發現，飾面磚的模態頻率與脫粘失效覆蓋區域大小呈負相關關系，且擬合曲線呈指數關系；當脫粘比例分別為20%和45%時，對應的固有頻率分別降低了50%、76%。

4 基于固有頻率變化的飾面貼磚脫粘失效現場檢測方法

4.1 檢測裝置

（1）檢測設備主要有飾面磚動荷載激振設備、信號接收、處理及自動分析系統；

（2）使用木錘施加激振荷載，信號接收設備為位移傳感器，工作頻率應介于0.5～5.0kHz 范圍內；

（3）信號經信號放大器放大后接入波譜分析儀，以分析信號波譜特性，將監測數據利用用電腦軟件進行處理，獲取對應的頻率圖譜，并得到飾面磚的一階固有頻率。

4.2 檢測步驟

（1）現場量測建筑結構外立面飾面磚尺寸，尺寸精度應精確到1mm；

（2）采用振動監測設備量測飾面磚的固有頻率，為了避免量測誤差，每個量測點應至少采集3 個數據，量測精度應精確到0.1Hz；

（3）若同一個飾面磚量測到的固有頻率誤差超過5%，應重新量測，直至誤差達到合理范圍，再求解三組量測數據均值；

一方面指派一個部門為主要負責部門，領導其他各部門討論制定統一的危險品道路運輸行業規范和操作標準，完善對危險品道路運輸企業的安全生產和管理審查，并加強與公安、安監、交通監管部門之間的溝通協商，形成有效的多部門合作體系。嚴格界定不同部門的管理范圍，加大監管力度，有效推動危險品道路運輸安全。健全對危險品道路運輸全過程的安全監管力度。嚴格處罰非法運營的危險品物流個體或企業，情節嚴重的，直接取締經營資格或從業資格。

（4）結合現場監測環境，微調測試參數，以優化獲取的頻率響應曲線；

（5）飾面貼磚的頻率將通過監測數據，利用電腦軟件處理技術得到振動頻譜圖，并由頻譜圖讀出。

5 飾面貼磚脫粘失效的風險評估

5.1 飾面貼磚脫落風險等級劃分

5.1.1 相對比較法

（1）從結構單元角度分析，飾面磚彼此相互獨立，因此，飾面磚的整體安全性并不具備實際意義，故可使用比較法，以定位出脫粘概率更大的飾面磚；

（2）比較法的基礎和關鍵在于同等條件，在實際工程中，同一建筑結構的飾面磚均可滿足上述同等條件，故可采用比較法識別脫粘概率。

（3）現場量測完全部的飾面磚固有頻率指標后，應將具備比較條件的飾面磚分別比較，通過其固有頻率指標間接判定其可靠性和安全性。如果量測后發現部分固有頻率較低的飾面磚，則應重點補強和加固。

（1）顧名思義，安全頻率區間法就是提前根據安全等級的頻率值大小，將其劃分為不同的區間范圍，劃分區間前應明確安全頻率的標準值，確認方法如下：1）按固有頻率指標大小排序（量測對象為同等條件下的外立面飾面磚）；2）選取固有頻率最大的外立面飾面磚，基于現有的建筑結構外立面飾面磚粘結強度檢測標準，進行粘結拉拔試驗；3）當量測結果滿足要求時，對應的固有頻率指標可認定為本次試驗的安全頻率參考標準，如果量測結果不滿足要求，則可直接判定該試驗批次的飾面磚存在安全風險；

（2）筆者采用劃分安全頻率標準值的方法，根據拉拔試驗數據結論，結合工程實踐檢測經驗，給出了表1 的劃分標準：

表1：飾面貼磚脫落風險等級劃分標準

5.2 現場檢測實例

（1）福州市地鐵1 號線達道站C 出站口周邊改造項目，房建部分的外立面飾面磚類型為陶瓷磚，磚尺寸規格統一，長寬厚分別為500mm、360mm、8mm，陶瓷磚與墻體外立面通過水泥砂漿粘結；

（2）使用振動試驗儀對陶瓷磚的固有頻率進行現場監測，以獲取磚體的振動頻譜和對應波形，具體詳見下圖2、3，結合圖3 對應的峰值點可得到陶瓷磚的固有頻率值；

圖2：陶瓷磚振動典型波形圖

圖3：陶瓷磚振動典型頻譜圖

（3）項目現場累計完成16 塊陶瓷磚的量測工作，采用上文提及的安全頻率區間法，明確振動頻率最大的對象及對應的頻率值，其中，2#陶瓷磚的頻率最大，達到245.0Hz，通過陶瓷磚拉拔試驗，得到磚與墻體的粘結強度為0.8MPa，強度指標滿足規范要求，故可將該批次的陶瓷磚安全頻率標準值設定為0.8Mpa；

（4）通過對比該批次陶瓷磚的固有頻率和安全頻率標準值發現，7#和8#陶瓷磚的實測頻率值分別達到170.0Hz、182.0Hz，達到Cu 安全級別，通過對8#陶瓷磚進行拉拔試驗，可得到其粘結強度為0.3MPa，其強度無法滿足規范要求；

（5）剩余陶瓷磚的實測頻率均介于150～190.0Hz 之間，安全等級達到Cu 級、Du 級，所以福州市地鐵1 號線達道站C 出站口周邊改造項目，其房建外墻裝飾原來采用的陶瓷貼磚，脫落風險嚴重，需重建整改；最終選的外墻裝飾方案為：采用真石漆、鋁單板安裝、裝飾單板安裝、石材墻面、鋁合金更換、外墻空調進行統一規整后安裝裝飾空調架等。

6 結論

（1）經ANSYS 有限元分析，明確了外立面飾面磚脫粘比例與固有頻率之間的關系，通過曲線擬合可知，在脫粘比例分別為20%、50%時，對應的固有頻率分別降低了45%、76%；

（2）將滿足比較法且外形尺寸相同的外立面飾面磚的固有頻率按大小排序，選取固有頻率最大值對應的飾面墻進行粘結強度拉拔試驗，若強度滿足要求，則可將該頻率作為安全頻率標準值使用；

（3）與其它參數相比，固有頻率的獲取難度較低，且指標不存在失真問題，故非常適用于飾面磚的掉落風險評定。