水利工程砌筑砂浆强度检测方法探讨

魏净静

（安徽省建筑工程质量监督检测站，安徽 合肥 231800）

0 引言

砌体是由块体和砂浆砌筑而成的墙、柱、板、拱等，包括砖砌体、砌块砌体、石砌体和墙板砌体，在各类工程中已广泛使用。建于595年-605年的赵州桥、建于1375年我国最大的鼓楼凤阳鼓楼等都是砌体结构的不朽之作。

图1 赵州桥

图2 凤阳鼓楼

砌体结构在我国应用早且广泛，是因为工艺相对简单，又可以就地取材，有很好的结构强度和耐久性。与钢筋混凝土结构相比，砌筑时无需模板和特殊设备，可节约木材、水泥和钢材。砌体结构尤其是砌石结构的缺点是自重大、体积大，砌筑工作繁重，多用于各类基础工程和水利工程中。由于砖、石、砌块和砂浆间粘结力较弱，因此无筋砌体的抗拉、抗弯及抗剪强度很低，常用于提升水利工程堤防、护岸、挡土墙的稳定性、连续性及抗冲刷能力，如水闸底板、铺盖、翼墙等。砂浆强度影响着砌体的抗压强度和抗剪强度，因此，除所用石料需满足强度和尺寸等要求外，块石间的胶结材料如水泥砂浆等质量指标也应符合设计要求[1]。

目前，检测结构砌筑砂浆强度的方法有推出法、筒压法、砂浆片剪切法、贯入法、砂浆回弹法、冲击筛分法、点荷法和砂浆片剪切法等，并有相应的行业规程[2-4]。砌体砂浆强度测试方法大多以建筑工程为测试对象。“检测单元”常以一个楼层来定义，并要求总量不大于250m3、材料品种和设计强度等级相同；冲击筛分法是针对工业与民用建筑工程中已硬化的普通砌筑砂浆来制订的方法[4]；贯入法按批抽样检测时，对样品来源、抽检数量、样品所代表的体量等做了具体规定，也以楼层来划分[2]。而水利工程中的砌体多数为浆砌石，砌缝和硬化的砂浆形式、构件形式与建筑工程有很大差异，相关规程中并无针对性砂浆强度检测内容[5]，因此上述检测方法的适用性尚待研究。

1 试验方案

图3 浆砌石溢洪道翼墙和挡土墙

根据水利工程砌体工程特点，拟采用贯入法和冲击筛分法对实体砂浆强度进行检测，然后与砌体同条件试块强度进行对比分析。采用本地水利工程中常用的块石、砂、水泥和设计文件中的常用比例配制砂浆，按普通工艺砌筑一道砌石墙体，并按规范要求预留一组标准养护试块和一组同条件养护试块。砂、水泥质量检验结果见表1、表2，砂浆配合比见表3。

表1 砂检测结果表

表2 水泥检测结果表

表3 砂浆配合比

在砂浆达到28d龄期时，利用贯入法和冲击筛分法在墙体上检测砂浆强度，同时，对标准养护和同条件养护的试块进行抗压强度试验，并用砂浆破型后的试料进行冲击筛分试验。

2 贯入法和冲击筛分法测试砂浆原理

贯入法的工作原理是利用压缩弹簧释放的能量把特制的测钉贯入砂浆中，通过贯入深度与砂浆强度之间的相关关系来推定砌体砂浆强度。砂浆的抗压强度与贯入深度可用公式（1）表达：

式中:

α、β—测强曲线回归系数；

md—贯入深度平均值；

f2c—砂浆抗压强度换算值。

显然，砂浆强度与贯入深度成反比，即砂浆强度低，贯入深度深，砂浆强度高，贯入深度浅。

冲击筛分法检测砂浆强度是利用一组特定的能量对硬化砂浆试料施加冲击功，使之破碎后的砂浆表面积增加，而单位功表面积增量与砂浆抗压强度成良好负相关，以此确定砌体砂浆抗压强度。对粒状试料进行冲击破碎，破碎后新增表面积与冲击功成线性关系：

式中:

ω—冲击功；

S—冲击后试料表面积；

S0—冲击前试料表面积；

σ—比例系数。

而砂浆强度与单位功表面积增量ΔS/Δω成负相关：

式中，A与B均为大于零的系数。

由此可见，单位功引起的表面积增大越多，砂浆抗压强度越低，反之亦然，即越容易破碎的砂浆，其强度越低。

3 试验结果与分析

先进行贯入法检测。选择三个块石之间的砂浆，用记号笔标记为备测测点，按上下左右顺序，用贯入深度测量表测读各测点处的砂浆表面不平整读数di0。将测钉插入贯入杆的测钉座中，测钉尖端朝外，固定好测钉，用专用扳手使挂钩挂上，松开扳手，将贯入仪扁头对准先前已测读的di0处，测试位置尽可能重合。握住贯入仪把手，扳动扳机，将测钉贯入被测砂浆中，扳动扳机时用手托稳贯入仪，不能给贯入仪加上水平推力，更不能用身体抵紧贯入仪。将测钉拔出，用吹风器将测孔中的粉尘吹净，清除测钉上的水泥灰渣等杂物，同时用测钉量规检验测钉的长度。重复上述操作，直至测完16个测点。按测di0的顺序测量各测点的贯入深度测量表读数di1。

贯入法测试结束后，凿出砌石间的砂浆块，加工成直径8～10mm的球状试料，预估强度后，调整落锤重量和落锤高度，进行冲击筛分试验[4]。

在对砌墙实体砂浆强度检测的同时，对对应的标准养护试块和同条件养护试块进行抗压强度试验[6]。再将抗压破型后的砂浆块加工成直径8～10mm的球状试料，在同一天进行冲击筛分试验。各试验结果见表4。

表4 强度测试结果

从测试结果看，本次研究的砂浆在墙体中硬化后的28d抗压强度实际值接近9.5MPa，而在此强度附近，冲击筛分法所得的试块结果均比试块本身抗压强度低13.5%～25.0%。无论是标准养护试块还是同条件养护试块，冲击筛分法得到的结果均与在墙体上获取的砂浆测试结果相一致；贯入法测试的结果与同条件试块相比，偏高27%。

4 结语

1）本试验很多环节尚存局限性，如砂浆强度的范围、测试环境温度等设置较少。贯入法测试砂浆强度受测钉的型式、贯入力大小的影响大，最终的贯入深度只会在某一范围内较准确反映砂浆强度，而贯入深度特别浅或特别深都会偏离实际强度。冲击筛分法的测试精度受砂浆本身强度影响也较大，当砂浆强度较低时，球状样品不易成型，易成型的均为强度较高部分，获得的强度偏高；而强度较高时，因测强曲线问题导致强度偏低。当有同条件试件进行强度修正时，可利用贯入法和冲击筛分法对水利工程砂浆强度进行测试，作为质量控制资料的补充资料。

2）目前，对于水利工程砌石砂浆饱满度尚无方法标准，可研究采用钻芯法钻取一定数量的小直径芯样来定量评价，同时利用钻得的砂浆样品进行冲击筛分法试验，得到实体砂浆抗压强度。

3）利用贯入法检测水利工程砌体砂浆强度，可考虑制订团体标准或地方标准，完善构件定义、测区布置方式，并制订测强曲线。