發(fā)泡水泥復(fù)合板現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)抗壓強(qiáng)度技術(shù)研究

鄢 煒，崔 強(qiáng)，鄒國萍，趙 陽，孫 飛

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

0 引言

發(fā)泡水泥復(fù)合板采用輕鋼及鋼筋桁架作為骨架，內(nèi)填發(fā)泡水泥芯材構(gòu)成，集輕質(zhì)、高強(qiáng)、耐久、高效保濕、隔熱、隔聲、抗震及易于防水等諸多優(yōu)良性能于一身。在一定程度上彌補(bǔ)了傳統(tǒng)混凝土板自重大等方面存在的不足，是目前一種綠色、節(jié)能、環(huán)保的輕質(zhì)建筑板材。正是這些優(yōu)點(diǎn)使得發(fā)泡水泥復(fù)合板廣泛應(yīng)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(fā)泡水泥復(fù)合板采用輕鋼及鋼筋桁架作為骨架，內(nèi)填發(fā)泡水泥芯材構(gòu)成，集輕質(zhì)、高強(qiáng)、耐久、高效保濕、隔熱、隔聲、抗震及易于防水等諸多優(yōu)良性能，用于各類工業(yè)、商業(yè)和民用建筑結(jié)構(gòu)中。

但隨著輕質(zhì)復(fù)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(qiáng)度損失較大、芯材與鋼絲網(wǎng)粘結(jié)能力不足、鋼絲網(wǎng)容易銹蝕、表層裝飾層剝落等?，F(xiàn)有方法檢測(cè)出現(xiàn)質(zhì)量問題的已使用發(fā)泡水泥復(fù)合屋面板芯材抗壓強(qiáng)度時(shí)，需在芯材上切割試件進(jìn)行試驗(yàn)室檢測(cè)，此種檢測(cè)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(nèi)外研究現(xiàn)狀

1.2.1 國內(nèi)研究現(xiàn)狀

發(fā)泡水泥復(fù)合板（太空板）是由鋼邊框或預(yù)應(yīng)力混凝土邊框、鋼筋桁架、發(fā)泡水泥芯材、上下水泥面層（含玻纖網(wǎng)）復(fù)合而成的建筑板材。目前已有相應(yīng)的技術(shù)圖集和標(biāo)準(zhǔn)，如 GB/T 33499－2017《鋼框架發(fā)泡水泥芯材復(fù)合板》、09CJ20 09CG12《鋼骨架輕型板》。

1.2.2 國外研究現(xiàn)狀

發(fā)達(dá)國家發(fā)泡水泥復(fù)合板材料發(fā)展迅速，廣泛應(yīng)用于建筑、國防、外貿(mào)、貯存、能源等領(lǐng)域。美國建設(shè)行業(yè)所用的隔音發(fā)泡水泥復(fù)合板中已占 40 %；日本業(yè)已成立發(fā)泡水泥復(fù)合板普及協(xié)會(huì)以推廣這種新材料，但是目前國外方面將發(fā)泡水泥板應(yīng)用于工業(yè)廠房屋面的情況較少。

國外對(duì)發(fā)泡水泥復(fù)合板的應(yīng)用主要采用產(chǎn)品認(rèn)證制度，認(rèn)證單位對(duì)原材料采購、板材生產(chǎn)等方面進(jìn)行認(rèn)證，業(yè)主單位根據(jù)認(rèn)證證書進(jìn)行采購，現(xiàn)場(chǎng)安裝即可。在使用過程中若出現(xiàn)質(zhì)量問題時(shí)，補(bǔ)救措施以更換為準(zhǔn)，一般不涉及質(zhì)量檢測(cè)鑒定和修復(fù)處理，也暫無質(zhì)量檢測(cè)和加固處理的相關(guān)方法和標(biāo)準(zhǔn)。

1.3 研究意義

現(xiàn)行發(fā)泡水泥復(fù)合板標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范及各圖集中，抗壓強(qiáng)度幾乎是衡量屋面復(fù)合板芯材力學(xué)性能的唯一指標(biāo)，直接影響輕質(zhì)復(fù)合屋面板的整體承載能力，因此對(duì)發(fā)泡水泥復(fù)合板芯材抗壓強(qiáng)度的檢測(cè)研究尤為必要。本文將研究發(fā)泡水泥復(fù)合板現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)抗壓強(qiáng)度的方法，為現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)提供便利。

2 發(fā)泡水泥復(fù)合屋面板芯材抗壓強(qiáng)度現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)方法

發(fā)泡水泥復(fù)合屋面板芯材質(zhì)量檢測(cè)時(shí)，取樣方法為在板材中按標(biāo)準(zhǔn)要求尺寸鋸取出檢測(cè)用樣品，執(zhí)行標(biāo)準(zhǔn)為 GB/T 33499－2017《鋼框架發(fā)泡水泥芯材復(fù)合板》［2］，檢測(cè)方法主要引用 GB/T 11969－2008《蒸壓加氣混凝土性能試驗(yàn)方法》［3］。而各個(gè)廠家使用的專用圖集中，只對(duì)性能指標(biāo)做了要求，并未提供檢測(cè)方法及依據(jù)。

本節(jié)將根據(jù)現(xiàn)行標(biāo)準(zhǔn)，通過兩個(gè)廠家生產(chǎn)發(fā)泡水泥芯材的輕質(zhì)復(fù)合屋面板對(duì)其力學(xué)性能檢測(cè)方法進(jìn)行研究。

2.1 發(fā)泡水泥芯材抗壓強(qiáng)度

由 A、B 兩個(gè)廠家依據(jù) GB/T 33499－2017《鋼框架發(fā)泡水泥芯材復(fù)合板》，分別生產(chǎn)屋面板各 10 塊，同時(shí)按相同配合比和工藝單獨(dú)成型發(fā)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(yǎng)護(hù)至 28 d 后，按照 GB/T 11969－2008《蒸壓加氣混凝土性能試驗(yàn)方法》的規(guī)定進(jìn)行檢測(cè)。

檢測(cè)方法：

①測(cè)量試件的尺寸，精確至 1 mm，并計(jì)算試件的受壓面積 A1；

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

③按式（1）計(jì)算試件的抗壓強(qiáng)度：

式中：fcc為試件的抗壓強(qiáng)度，MPa；p1為破壞荷載，N；A1為試件受壓面積，mm2。結(jié)果按 3 塊試件的算術(shù)平均值表示，修約至 0.01 MPa。

A、B 兩廠的檢測(cè)結(jié)果如表 1、表 2 所示。

表1 A廠家發(fā)泡水泥芯材抗壓強(qiáng)度檢測(cè)結(jié)果

2.2 發(fā)泡水泥芯材抗拉強(qiáng)度

本節(jié)擬參照 GB 50404－2017《硬泡聚氨酯保溫防水工程技術(shù)規(guī)范》［4］中附錄 B 進(jìn)行，采用現(xiàn)場(chǎng)拉伸粘結(jié)強(qiáng)度的試驗(yàn)方法來進(jìn)行發(fā)泡水泥復(fù)合板芯材抗拉強(qiáng)度的檢測(cè)研究。

檢測(cè)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(cè)出鋼絲網(wǎng)或鋼桁架，避開其位置選擇 3 個(gè)測(cè)點(diǎn)（檢測(cè)時(shí)需要避開鋼絲網(wǎng)的影響，以保證檢測(cè)結(jié)果為芯材的抗拉強(qiáng)度）；

表2 B 廠家發(fā)泡水泥芯材抗壓強(qiáng)度檢測(cè)結(jié)果

②在測(cè)點(diǎn)處用記號(hào)筆畫出 100 mm×100 mm 的方框，用手持切割機(jī)進(jìn)行切槽，槽深以切透面層至芯材內(nèi)部為宜（切割時(shí)一定要切割至芯材內(nèi)部，以保證粘結(jié)抗拉檢測(cè)結(jié)果即為芯材的抗拉強(qiáng)度）；

③清理被測(cè)部位表面污漬并保持干燥；

④采用雙組份粘結(jié)劑在被測(cè)部位粘貼 100 mm×100 mm 鋼標(biāo)準(zhǔn)塊，并及時(shí)固定，粘結(jié)示意如圖 1 所示；

圖1 粘結(jié)示意圖

⑤粘結(jié)劑固化后，采用拉拔儀連接鋼標(biāo)準(zhǔn)塊，勻速加荷直至被測(cè)部位破壞，記錄破壞時(shí)的荷載 F 及破壞形式；

⑥因本試驗(yàn)方法是通過現(xiàn)場(chǎng)切割試件的拉伸試驗(yàn)來確定芯材的抗拉強(qiáng)度，因此，只有破壞形式為芯材內(nèi)聚破壞時(shí)，測(cè)試數(shù)據(jù)才認(rèn)為有效；若破壞形式為混合破壞和破壞界面不在芯材內(nèi)部時(shí)，都應(yīng)另選點(diǎn)重測(cè)，當(dāng)防護(hù)面層對(duì)檢測(cè)結(jié)果有影響時(shí)，應(yīng)將其鏟除，直接在板材芯材上試驗(yàn)，芯材內(nèi)聚破壞如圖 2 所示；

⑦以 3 個(gè)有效數(shù)據(jù)按式（2）計(jì)算芯材的抗拉強(qiáng)度 P：

圖2 發(fā)泡水泥芯材內(nèi)聚破壞

式中：P 為抗拉強(qiáng)度，MPa；F 為破壞荷載，N；A 為粘接面積，mm2。

單塊板檢測(cè)結(jié)果以 3 個(gè)測(cè)點(diǎn)的算術(shù)平均值表示。

兩個(gè)廠家的輕質(zhì)復(fù)合屋面板芯材抗拉強(qiáng)度檢測(cè)結(jié)果如表 3、表 4 所示。

表3 A 廠家發(fā)泡水泥芯材抗拉強(qiáng)度檢測(cè)結(jié)果

表4 B 廠家發(fā)泡水泥芯材抗拉強(qiáng)度檢測(cè)結(jié)果

圖3 發(fā)泡水泥芯材抗拉強(qiáng)度與抗壓強(qiáng)度線性回歸分析圖

圖4 發(fā)泡水泥芯材抗拉強(qiáng)度與抗壓強(qiáng)度乘冪回歸分析圖

試驗(yàn)過程中所有芯材的破壞形式均為芯材內(nèi)聚破壞，可以認(rèn)為此檢測(cè)方法能有效檢測(cè)發(fā)泡水泥復(fù)合板芯材的抗拉強(qiáng)度。

2.3 發(fā)泡水泥復(fù)合板芯材抗壓強(qiáng)度與抗拉強(qiáng)度相關(guān)性

對(duì)比發(fā)泡水泥復(fù)合板芯材的抗拉強(qiáng)度與抗壓強(qiáng)度，發(fā)現(xiàn)具有一定的相關(guān)性，采用最小二乘法進(jìn)行回歸分析，線性回歸分析結(jié)果如圖 3 所示，非線性回歸分析結(jié)果如圖 4 所示。

對(duì)比分析結(jié)果，兩種回歸分析方法均具有高度正相關(guān)性，且相關(guān)系數(shù)相同，均為 0.97。按不同回歸方程計(jì)算的抗壓強(qiáng)度與實(shí)測(cè)抗壓強(qiáng)度的平均相對(duì)誤差及相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)差結(jié)果如表 5 所示。

表5 發(fā)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(jié)果表明，采用兩種回歸方程計(jì)算的結(jié)果平均相對(duì)誤差及相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)差滿足制定測(cè)強(qiáng)曲線的要求。因乘冪回歸結(jié)果計(jì)算的平均相對(duì)誤差及相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)差更小，將乘冪回歸結(jié)果作為發(fā)泡水泥芯材的測(cè)強(qiáng)曲線，乘冪函數(shù)方程為：

平均相對(duì)誤差：6.7 %，相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)差：8.4 %，相關(guān)系數(shù)：0.97。

2.4 現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)方法

通過對(duì)發(fā)泡水泥復(fù)合屋面板芯材的力學(xué)性能研究與力學(xué)性能的對(duì)比試驗(yàn)，確定可通過抗拉強(qiáng)度檢測(cè)推定芯材抗壓強(qiáng)度的檢測(cè)方法。工程現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)發(fā)泡水泥復(fù)合板芯材抗壓強(qiáng)度時(shí)，按本文第 2.1 節(jié)的步驟進(jìn)行進(jìn)行檢測(cè)，發(fā)泡水泥復(fù)合板芯材抗壓強(qiáng)度的推定值按式（4）計(jì)算：

式中：fccT為發(fā)泡水泥復(fù)合板芯材抗壓強(qiáng)度推定值，MPa。

3 結(jié)語

本文提出的現(xiàn)場(chǎng)通過抗拉強(qiáng)度檢測(cè)推定發(fā)泡水泥復(fù)合板芯材抗壓強(qiáng)度的檢測(cè)方法，僅針對(duì)芯材采用發(fā)泡水泥體系的復(fù)合板，且測(cè)強(qiáng)曲線受到樣本覆蓋區(qū)域與樣本量的限制，在使用前宜進(jìn)行誤差驗(yàn)證。