先裝拔出法檢測(cè)水泥砂漿薄層強(qiáng)度現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)研究

卜良桃+侯琦

摘要：通過(guò)對(duì)加固工程施工現(xiàn)場(chǎng)的燒結(jié)普通粘土磚墻體進(jìn)行鋼筋網(wǎng)水泥砂漿薄層加固，分別進(jìn)行先裝拔出法檢測(cè)和標(biāo)準(zhǔn)立方體抗壓強(qiáng)度測(cè)試.現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)采用M10，M15，M20，M25，M30，M35，M40，M45，M50九個(gè)強(qiáng)度等級(jí)的水泥砂漿，共設(shè)置54個(gè)試驗(yàn)組.根據(jù)試驗(yàn)結(jié)果，擬合出了先裝拔出法檢測(cè)水泥砂漿薄層抗壓強(qiáng)度的公式，并對(duì)回歸方程進(jìn)行模型檢驗(yàn)，提出了水泥砂漿抗壓強(qiáng)度個(gè)別值的區(qū)間預(yù)測(cè).本文為水泥砂漿先裝拔出法現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)技術(shù)的推廣應(yīng)用和相關(guān)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)的制訂提供了依據(jù).

關(guān)鍵詞：先裝拔出法;現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè);水泥砂漿薄層;回歸方程;區(qū)間預(yù)測(cè)

中圖分類號(hào)：TU376 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

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， Hunan410082， China）

Abstract：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.

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

砌體結(jié)構(gòu)是一種使用年代較早、在中國(guó)較為普遍的建筑結(jié)構(gòu)形式.近年來(lái)，中國(guó)經(jīng)歷了汶川大地震和雅安大地震等自然災(zāi)害，震區(qū)房屋結(jié)構(gòu)受到了不同程度影響[1].為此，砌體結(jié)構(gòu)的加固一直受到人們的高度關(guān)注.對(duì)于安全性及抗震性能不符合要求的砌體結(jié)構(gòu)房屋，鋼筋網(wǎng)水泥砂漿薄層加固是一種經(jīng)濟(jì)可靠的加固方法，該方法通過(guò)在墻體上綁扎一定間距的鋼筋網(wǎng)，并抹壓砂漿薄層進(jìn)行雙面加固，能有效提高砌體結(jié)構(gòu)的承載力，增強(qiáng)結(jié)構(gòu)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(kāi)，尋找一種準(zhǔn)確、便捷、經(jīng)濟(jì)的方法對(duì)在建結(jié)構(gòu)和加固結(jié)構(gòu)中水泥砂漿薄層抗壓強(qiáng)度進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)成為亟待解決的問(wèn)題.

目前，國(guó)內(nèi)對(duì)于水泥砂漿強(qiáng)度的現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)一直缺乏完善的技術(shù)手段和專門的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn).與砂漿材料性能相似的混凝土抗壓強(qiáng)度的現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)方法有很多，技術(shù)較為成熟，而在檢測(cè)混凝土抗壓強(qiáng)度的方法中，預(yù)埋拔出法是一種簡(jiǎn)便可行的現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)方法.該方法通過(guò)對(duì)混凝土中預(yù)先埋設(shè)的錨盤進(jìn)行拉拔試驗(yàn)，測(cè)得極限拉拔力，并利用預(yù)先建立的測(cè)強(qiáng)曲線推算混凝土的抗壓強(qiáng)度[2].

考慮到水泥砂漿無(wú)粗骨料的影響，較為密實(shí)，而且水泥砂漿加固薄層厚度通常僅為25～35 mm，本文結(jié)合工程施工現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際條件，借鑒預(yù)埋拔出法檢測(cè)混凝土強(qiáng)度的試驗(yàn)裝置和試驗(yàn)原理，通過(guò)對(duì)多功能強(qiáng)度檢測(cè)裝置進(jìn)行技術(shù)改進(jìn)，發(fā)明了用于水泥砂漿現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)的錨固件及其固定架，采用先裝拔出法對(duì)鋼筋網(wǎng)水泥砂漿加固薄層的抗壓強(qiáng)度進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè).

1試驗(yàn)方案

1.1試驗(yàn)材料

強(qiáng)度等級(jí)42.5 MPa的普通硅酸鹽水泥;中砂;潔凈自來(lái)水;直徑8 mm的HRB335級(jí)鋼筋;HPPC外加劑.

1.2試件制作

試驗(yàn)在某砌體房屋加固工程施工現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行.選取9片2 m×3 m的240 mm厚燒結(jié)普通粘土磚墻體，采用鋼筋網(wǎng)水泥砂漿加固[3]（圖1）.墻體鑿除抹灰面層并鋪設(shè)間距為150 mm×150 mm的鋼筋網(wǎng)片，水泥砂漿加固層厚度為30mm.每片墻體采用一種強(qiáng)度等級(jí)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(qū)域的拔出試件和3個(gè)70.7 mm×70.7 mm×70.7 mm的標(biāo)準(zhǔn)立方體試塊組成.每組試件抹壓水泥砂漿時(shí)采用同盤水泥砂漿制作對(duì)應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)立方體試塊，立方體試件采用帶底鋼模制作.標(biāo)準(zhǔn)立方體試塊和拔出試件在施工現(xiàn)場(chǎng)同等條件下養(yǎng)護(hù).

1.3先裝拔出試驗(yàn)

每組試件上取3個(gè)鋼筋網(wǎng)網(wǎng)格中心作為測(cè)點(diǎn)，將砂漿錨固件旋入固定架連接牢固，并安放在測(cè)點(diǎn)位置，調(diào)節(jié)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(cè)試面平整無(wú)缺陷.

拔出試件養(yǎng)護(hù)28 d后，進(jìn)行先裝拔出試驗(yàn).拔出試驗(yàn)裝置采用山東樂(lè)陵回彈儀廠生產(chǎn)的ZH-60型多功能后錨固拔出儀，試驗(yàn)裝置示意圖如圖2所示.安裝拔出儀，按照儀器使用手冊(cè)的要求施加拔出力直至水泥砂漿加固薄層出現(xiàn)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(huán);

4—水泥砂漿薄層;5—基層墻體

1.4立方體抗壓強(qiáng)度試驗(yàn)

標(biāo)準(zhǔn)立方體試塊養(yǎng)護(hù)28 d后，采用標(biāo)準(zhǔn)試驗(yàn)方法將其加荷至破壞，記錄試驗(yàn)結(jié)果，參照J(rèn)G70—2009《建筑砂漿性能試驗(yàn)方法》確定每組標(biāo)準(zhǔn)立方體試塊的立方體抗壓強(qiáng)度.

2試驗(yàn)結(jié)果分析

2.1試驗(yàn)結(jié)果

將各組拔出試件的先裝拔出力與立方體抗壓強(qiáng)度值匯總，見(jiàn)表1.由于本文依據(jù)的試驗(yàn)采用了M10，M15，M20，M25，M30，M35，M40，M45和M50九個(gè)強(qiáng)度等級(jí)的水泥砂漿，試驗(yàn)數(shù)據(jù)數(shù)量大，強(qiáng)度等級(jí)覆蓋面廣，因而更有利于試驗(yàn)結(jié)果的統(tǒng)計(jì)分析和曲線擬合.

（a） 安裝反力支承圓環(huán)

（b） 安裝拉拔儀主機(jī)

近年來(lái)國(guó)內(nèi)相關(guān)研究成果顯示，采用圓環(huán)式拔出儀測(cè)得的砂漿拔出力與其抗壓強(qiáng)度存在顯著的線性關(guān)系[4-6]，因此本文考慮采用最小二乘法對(duì)自變量和因變量進(jìn)行線性回歸分析，擬定的回歸方程式為：

fm，c=1F+2，（1）

1=∑ni=1fiFi-1n×（∑ni=1Fi）（∑ni=1fi）∑ni=1F2i-1n×（∑ni=1Fi）2， （2）

式中：fm，c為水泥砂漿強(qiáng)度換算值， MPa;F為拔出力， kN;1為測(cè)強(qiáng)公式回歸系數(shù)， 103/mm2;2為測(cè)強(qiáng)公式回歸系數(shù)， MPa;n為先裝拔出法試驗(yàn)構(gòu)件數(shù)量;Fi為第i個(gè)構(gòu)件的拔出力， kN;fi為第i個(gè)構(gòu)件的水泥砂漿立方體試塊抗壓強(qiáng)度， MPa;為拔出力平均值， kN;為水泥砂漿立方體試塊抗壓強(qiáng)度平均值， MPa.

將試驗(yàn)所得的54組構(gòu)件拔出力和立方體抗壓強(qiáng)度代入式（2）和式 （3）得：

1=4.83，2= -24.47.

所得的先裝拔出法檢測(cè)水泥砂漿薄層抗壓強(qiáng)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(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)鋼筋網(wǎng)水泥砂漿薄層抗壓強(qiáng)度的試驗(yàn)數(shù)據(jù)擬合結(jié)果如圖5所示.由于此次現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)研究數(shù)據(jù)基數(shù)大，采用的水泥砂漿強(qiáng)度等級(jí)較多，試驗(yàn)結(jié)果有代表性，可以推廣到工程中常用的鋼筋網(wǎng)水泥砂漿抗壓強(qiáng)度的先裝拔出法現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè).

2.2回歸方程的統(tǒng)計(jì)檢驗(yàn)

以往的研究中，對(duì)于線性擬合結(jié)果的檢驗(yàn)常采用相關(guān)系數(shù)法.本文對(duì)于一元回歸方程的統(tǒng)計(jì)檢驗(yàn)，采用F檢驗(yàn)法，其本質(zhì)與相關(guān)系數(shù)檢驗(yàn)法相同 [7].建立統(tǒng)計(jì)假設(shè)H0：1=0，并根據(jù)文獻(xiàn)[7]中提供的公式：

回歸平方和：SSR=∑ni=1（i-）=8 340.37，

剩余平方和：SSE=∑ni=1（fi-i）=215.9，

F=SSRSSE/（n-2）=8 340.37215.9/（54-2）=2 008.82，

F0.05（1，52）=4.03，F(xiàn)0.01（1，52）=7.17.

F>F0.01，說(shuō)明假設(shè)1=0不成立，可視為回歸方程在檢驗(yàn)水平α=0.01下具有統(tǒng)計(jì)意義，即認(rèn)為回歸方程各變量之間為線性關(guān)系的可能性很大.

2.3關(guān)于水泥砂漿抗壓強(qiáng)度個(gè)別值的區(qū)間預(yù)測(cè)

由上述分析得出F和f的線性相關(guān)關(guān)系具有統(tǒng)計(jì)意義，即本文擬合的方程有效.然而，在實(shí)際應(yīng)用中，我們需要通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)測(cè)得的拔出力（即方程中的F）來(lái)預(yù)測(cè)對(duì)應(yīng)的砂漿抗壓強(qiáng)度（即f）的取值區(qū)間.區(qū)間范圍內(nèi)的波動(dòng)可近似看作由于施工誤差和試驗(yàn)誤差等原因造成的影響，因而在先裝拔出法檢測(cè)鋼筋網(wǎng)水泥砂漿薄層強(qiáng)度時(shí)，區(qū)間預(yù)測(cè)可以為技術(shù)人員推定水泥砂漿抗壓強(qiáng)度個(gè)別值提供參考.現(xiàn)場(chǎng)采用先裝拔出法檢測(cè)時(shí)，水泥砂漿抗壓強(qiáng)度推定值f對(duì)應(yīng)于置信水平為95%的預(yù)測(cè)區(qū)間可以表示為（0-δ（F0），0+δ（F0））.

δ（x0）=tα2（n-2）1+1n+（F0-）∑ni=1F2i-1n（∑ni=1Fi）2，（4）

其中

=1n-2{∑ni=1（fi-）2-[∑ni=1（Fi-）（fi-）]2∑ni=1（Fi-）2}.

本文所依據(jù)的試驗(yàn)中，共進(jìn)行了54組水泥砂漿薄層的先裝拔出法檢測(cè)，根據(jù)這54組試驗(yàn)數(shù)據(jù)擬合的回歸曲線可以用于水泥砂漿抗壓強(qiáng)度的現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)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(shí)，代入公式（4）得δ（13.07）=4.15.由此可以推定，對(duì)應(yīng)于X40-3組水泥砂漿抗壓強(qiáng)度推定值對(duì)應(yīng)于置信水平面為95%的預(yù)測(cè)區(qū)間為（40.67-4.15，40.67+4.15）.

3不同砂漿先裝拔出法試驗(yàn)結(jié)果對(duì)比

本文采用相同的試驗(yàn)裝置和試驗(yàn)方法，參與完成了對(duì)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(qiáng)度的先裝拔出法試驗(yàn)研究.以上3種纖維砂漿強(qiáng)度等級(jí)共設(shè)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(cè)強(qiáng)曲線（見(jiàn)圖6）.本文水泥砂漿的現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)與3種纖維砂漿的拔出試驗(yàn)所采用的方法和試驗(yàn)裝置完全相同，而且試驗(yàn)條件與實(shí)際工程中的施工工況相同，更有利于進(jìn)行對(duì)照比較.目前，各地已紛紛建立拔出法檢測(cè)混凝土強(qiáng)度的地方測(cè)強(qiáng)曲線[8]，因此，本文的試驗(yàn)成果也可為先裝拔出法現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)水泥砂漿抗壓強(qiáng)度測(cè)強(qiáng)曲線的建立提供依據(jù).

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(cè)強(qiáng)曲線的對(duì)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(duì)砂漿強(qiáng)度貢獻(xiàn)不大.而鋼纖維砂漿曲線在坐標(biāo)軸上更靠右側(cè)，鋼纖維砂漿抗壓強(qiáng)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(jié)應(yīng)力，起到阻止裂縫引發(fā)、擴(kuò)散的作用，同時(shí)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(qiáng)度和抗拉強(qiáng)度.

4結(jié)論

1）采用先裝拔出法現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)水泥砂漿加固薄層抗壓強(qiáng)度的測(cè)強(qiáng)公式為fm，c=4.83F-24.47.

2）本文采用的回歸模型對(duì)樣本數(shù)據(jù)擬合的效果總體較好，即解釋變量“水泥砂漿先裝拔出力”對(duì)被解釋變量“水泥砂漿抗壓強(qiáng)度”的絕大部分差異做出了解釋.

3）本文對(duì)先裝拔出法現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)水泥砂漿抗壓強(qiáng)度的模型進(jìn)行了回歸預(yù)測(cè)，預(yù)測(cè)區(qū)間內(nèi)的數(shù)值波動(dòng)可以部分解釋施工誤差和試驗(yàn)誤差等因素的干擾，通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)測(cè)得的先裝拔出力，可以估計(jì)水泥砂漿抗壓強(qiáng)度個(gè)別值的取值區(qū)間.通過(guò)X40-3組水泥砂漿抗壓強(qiáng)度推定值與立方體抗壓強(qiáng)度實(shí)測(cè)值的比較，證明該預(yù)測(cè)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(yàn)結(jié)果明顯高于以上三者.

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