回彈法評定燒結(jié)普通磚強(qiáng)度等級的探討

李 文

0 引言

在我國工程建設(shè)中，磚砌體結(jié)構(gòu)應(yīng)用最廣泛。其中大部分已接近或達(dá)到設(shè)計(jì)基準(zhǔn)期，需要進(jìn)行檢測加固［1］，在不破壞結(jié)構(gòu)本身的情況下對結(jié)構(gòu)進(jìn)行檢測、評定，得出加固方法一直是人們關(guān)注的問題。

回彈法是一種方便、無損的現(xiàn)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(jìn)行分析，分別探討砌筑砂漿和豎向壓力對砌體結(jié)構(gòu)檢測［2］的影響。

1 回彈法和回彈儀原理

回彈法是建立構(gòu)件的抗壓強(qiáng)度fcu與回彈值R之間的函數(shù)關(guān)系:

此函數(shù)關(guān)系一般由公式(回歸方程)或曲線(校準(zhǔn)曲線)表示。回彈標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)和考慮構(gòu)件碳化深度(一般適用混凝土、砂漿等)的測強(qiáng)曲線，這樣可以控制回彈法相對誤差在±15%以內(nèi)［3］。實(shí)際中，只要測出構(gòu)件R值，就可以由建立的公式或曲線計(jì)算出構(gòu)件的強(qiáng)度fcu。其本質(zhì)是建立的一種硬度與強(qiáng)度［4］的關(guān)系?；貜椫礡的大小與硬度成正相關(guān)。

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?；貜椫档拇笮?，取決于回彈能量，而回彈能量主要取決于被測構(gòu)件的彈塑性性能。

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

其中，E1為使構(gòu)件產(chǎn)生塑性變形的功;E2為使構(gòu)件、彈擊桿和彈擊錘產(chǎn)生彈性變形的功;E3為彈擊錘在沖擊過程中和指針在移動(dòng)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(dòng)過程中克服空氣阻力的功;E5為混凝土產(chǎn)生塑性變形時(shí)增加自由表面所損耗的功;E6為儀器在沖擊時(shí)由于構(gòu)件的顫動(dòng)和彈擊桿與構(gòu)件表面移動(dòng)而損耗的功。

彈擊錘所獲得的回彈功能主要來自E2轉(zhuǎn)化，測燒結(jié)普通磚，一般情況下E3，E4，E5都很小，可忽略不計(jì)。如果砂漿對磚的約束較弱，磚容易產(chǎn)生顫動(dòng)，E6損耗就會(huì)增大，而混凝土構(gòu)件一般約束較強(qiáng)，顫動(dòng)損耗可以忽略。

2 豎向壓力和建筑砂漿的影響

砌體結(jié)構(gòu)是由燒結(jié)普通磚和砂漿砌筑而成，燒結(jié)普通磚之間存在砂漿約束，而且砌體結(jié)構(gòu)中的燒結(jié)普通磚一般承受很大的豎向壓力，這同標(biāo)準(zhǔn)實(shí)驗(yàn)狀態(tài)不同。

2． 1 豎向壓力的影響

豎向壓力雖然對燒結(jié)普通磚受力狀態(tài)有一定改變，但在檢測過程中構(gòu)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(guān)實(shí)驗(yàn)認(rèn)為對評定燒結(jié)普通磚強(qiáng)度的影響不大［7，8］。

2． 2 建筑砂漿的影響

砂漿對燒結(jié)普通磚強(qiáng)度評定有著不同的結(jié)論。一方認(rèn)為砌筑砂漿對砌體中燒結(jié)普通磚采用回彈公式測強(qiáng)的有小幅度降低，考慮抗壓強(qiáng)度推定值偏低對檢測結(jié)果偏于安全，可以不予考慮［7］;另一方認(rèn)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(nèi)，可以把燒結(jié)普通磚看作彈性系數(shù)為k0(與構(gòu)件本身性質(zhì)，檢測位置等有關(guān))的彈簧，同樣砂漿對普通磚的約束可以看作串聯(lián)在普通磚上的彈簧，設(shè)其彈性系數(shù)為k1(與砂漿強(qiáng)度、厚度等有關(guān))。在力F作用下有:

其中，x0為燒結(jié)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(jié)普通磚與砂漿組成總體的彈性系數(shù)為:

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

當(dāng)k減小至某一值k'以下時(shí)，塑性變形能損失雖然減少，但普通磚會(huì)產(chǎn)生較大的顫動(dòng)，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(jié)普通磚強(qiáng)度等級標(biāo)準(zhǔn)實(shí)驗(yàn)時(shí)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(shí)的變形，k1→+∞，即磚樣的總體剛度為k0。而當(dāng)k=0時(shí)，易知回彈能量為0，即沒有強(qiáng)度。根據(jù)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(jié)普通磚在砂漿粘結(jié)后，當(dāng)總體剛度小于k'0時(shí)，燒結(jié)普通磚回彈值偏小，相應(yīng)磚的強(qiáng)度推定值偏小;在k'0附近時(shí)，回彈值能較好的反映實(shí)際情況;當(dāng)總體剛度大于k'0時(shí)，回彈值偏大，相應(yīng)磚的強(qiáng)度推定值偏大。這樣就可以解釋論文［7，8］中砂漿對磚強(qiáng)度等級評定的不同結(jié)論。由于不同性質(zhì)的構(gòu)件一般有不同的k'，k0，因此難以定量分析。

3 結(jié)語

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

［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(qiáng)度的實(shí)驗(yàn)研究［J］．工業(yè)建筑，2001，31(12):46-47．

［2］ GB/T 50315-2000，砌體工程現(xiàn)場檢測技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)［S］．

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

［4］ 唐 芳．回彈法檢測混凝土抗壓強(qiáng)度中一個(gè)常見錯(cuò)誤的剖析［J］．基建優(yōu)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(diǎn)荷載指標(biāo)和強(qiáng)度的關(guān)系［J］．巖土力學(xué)，1999，20(2):52-56．

［6］ 吳新璇．混凝土無損檢測技術(shù)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(jié)普通磚抗壓強(qiáng)度［J］．沈陽建筑大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版)，2004，20(4):284-286．

［8］ 管小軍，顧祥林，顧 雋，等．回彈法現(xiàn)場檢測既有砌體結(jié)構(gòu)中燒結(jié)普通磚的強(qiáng)度［J］．結(jié)構(gòu)工程師，2004，20(5):44-46．

［9］ GB/T 5101-1998，燒結(jié)普通磚［S］．

［10］ GB 50003-2001，砌體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范［S］．