水利工程砌筑砂漿強度檢測方法探討

魏凈靜

（安徽省建筑工程質量監督檢測站，安徽 合肥 231800）

0 引言

砌體是由塊體和砂漿砌筑而成的墻、柱、板、拱等，包括磚砌體、砌塊砌體、石砌體和墻板砌體，在各類工程中已廣泛使用。建于595年-605年的趙州橋、建于1375年我國最大的鼓樓鳳陽鼓樓等都是砌體結構的不朽之作。

圖1 趙州橋

圖2 鳳陽鼓樓

砌體結構在我國應用早且廣泛，是因為工藝相對簡單，又可以就地取材，有很好的結構強度和耐久性。與鋼筋混凝土結構相比，砌筑時無需模板和特殊設備，可節約木材、水泥和鋼材。砌體結構尤其是砌石結構的缺點是自重大、體積大，砌筑工作繁重，多用于各類基礎工程和水利工程中。由于磚、石、砌塊和砂漿間粘結力較弱，因此無筋砌體的抗拉、抗彎及抗剪強度很低，常用于提升水利工程堤防、護岸、擋土墻的穩定性、連續性及抗沖刷能力，如水閘底板、鋪蓋、翼墻等。砂漿強度影響著砌體的抗壓強度和抗剪強度，因此，除所用石料需滿足強度和尺寸等要求外，塊石間的膠結材料如水泥砂漿等質量指標也應符合設計要求[1]。

目前，檢測結構砌筑砂漿強度的方法有推出法、筒壓法、砂漿片剪切法、貫入法、砂漿回彈法、沖擊篩分法、點荷法和砂漿片剪切法等，并有相應的行業規程[2-4]。砌體砂漿強度測試方法大多以建筑工程為測試對象?！皺z測單元”常以一個樓層來定義，并要求總量不大于250m3、材料品種和設計強度等級相同；沖擊篩分法是針對工業與民用建筑工程中已硬化的普通砌筑砂漿來制訂的方法[4]；貫入法按批抽樣檢測時，對樣品來源、抽檢數量、樣品所代表的體量等做了具體規定，也以樓層來劃分[2]。而水利工程中的砌體多數為漿砌石，砌縫和硬化的砂漿形式、構件形式與建筑工程有很大差異，相關規程中并無針對性砂漿強度檢測內容[5]，因此上述檢測方法的適用性尚待研究。

1 試驗方案

圖3 漿砌石溢洪道翼墻和擋土墻

根據水利工程砌體工程特點，擬采用貫入法和沖擊篩分法對實體砂漿強度進行檢測，然后與砌體同條件試塊強度進行對比分析。采用本地水利工程中常用的塊石、砂、水泥和設計文件中的常用比例配制砂漿，按普通工藝砌筑一道砌石墻體，并按規范要求預留一組標準養護試塊和一組同條件養護試塊。砂、水泥質量檢驗結果見表1、表2，砂漿配合比見表3。

表1 砂檢測結果表

表2 水泥檢測結果表

表3 砂漿配合比

在砂漿達到28d齡期時，利用貫入法和沖擊篩分法在墻體上檢測砂漿強度，同時，對標準養護和同條件養護的試塊進行抗壓強度試驗，并用砂漿破型后的試料進行沖擊篩分試驗。

2 貫入法和沖擊篩分法測試砂漿原理

貫入法的工作原理是利用壓縮彈簧釋放的能量把特制的測釘貫入砂漿中，通過貫入深度與砂漿強度之間的相關關系來推定砌體砂漿強度。砂漿的抗壓強度與貫入深度可用公式（1）表達：

式中:

α、β—測強曲線回歸系數；

md—貫入深度平均值；

f2c—砂漿抗壓強度換算值。

顯然，砂漿強度與貫入深度成反比，即砂漿強度低，貫入深度深，砂漿強度高，貫入深度淺。

沖擊篩分法檢測砂漿強度是利用一組特定的能量對硬化砂漿試料施加沖擊功，使之破碎后的砂漿表面積增加，而單位功表面積增量與砂漿抗壓強度成良好負相關，以此確定砌體砂漿抗壓強度。對粒狀試料進行沖擊破碎，破碎后新增表面積與沖擊功成線性關系：

式中:

ω—沖擊功；

S—沖擊后試料表面積；

S0—沖擊前試料表面積；

σ—比例系數。

而砂漿強度與單位功表面積增量ΔS/Δω成負相關：

式中，A與B均為大于零的系數。

由此可見，單位功引起的表面積增大越多，砂漿抗壓強度越低，反之亦然，即越容易破碎的砂漿，其強度越低。

3 試驗結果與分析

先進行貫入法檢測。選擇三個塊石之間的砂漿，用記號筆標記為備測測點，按上下左右順序，用貫入深度測量表測讀各測點處的砂漿表面不平整讀數di0。將測釘插入貫入桿的測釘座中，測釘尖端朝外，固定好測釘，用專用扳手使掛鉤掛上，松開扳手，將貫入儀扁頭對準先前已測讀的di0處，測試位置盡可能重合。握住貫入儀把手，扳動扳機，將測釘貫入被測砂漿中，扳動扳機時用手托穩貫入儀，不能給貫入儀加上水平推力，更不能用身體抵緊貫入儀。將測釘拔出，用吹風器將測孔中的粉塵吹凈，清除測釘上的水泥灰渣等雜物，同時用測釘量規檢驗測釘的長度。重復上述操作，直至測完16個測點。按測di0的順序測量各測點的貫入深度測量表讀數di1。

貫入法測試結束后，鑿出砌石間的砂漿塊，加工成直徑8～10mm的球狀試料，預估強度后，調整落錘重量和落錘高度，進行沖擊篩分試驗[4]。

在對砌墻實體砂漿強度檢測的同時，對對應的標準養護試塊和同條件養護試塊進行抗壓強度試驗[6]。再將抗壓破型后的砂漿塊加工成直徑8～10mm的球狀試料，在同一天進行沖擊篩分試驗。各試驗結果見表4。

表4 強度測試結果

從測試結果看，本次研究的砂漿在墻體中硬化后的28d抗壓強度實際值接近9.5MPa，而在此強度附近，沖擊篩分法所得的試塊結果均比試塊本身抗壓強度低13.5%～25.0%。無論是標準養護試塊還是同條件養護試塊，沖擊篩分法得到的結果均與在墻體上獲取的砂漿測試結果相一致；貫入法測試的結果與同條件試塊相比，偏高27%。

4 結語

1）本試驗很多環節尚存局限性，如砂漿強度的范圍、測試環境溫度等設置較少。貫入法測試砂漿強度受測釘的型式、貫入力大小的影響大，最終的貫入深度只會在某一范圍內較準確反映砂漿強度，而貫入深度特別淺或特別深都會偏離實際強度。沖擊篩分法的測試精度受砂漿本身強度影響也較大，當砂漿強度較低時，球狀樣品不易成型，易成型的均為強度較高部分，獲得的強度偏高；而強度較高時，因測強曲線問題導致強度偏低。當有同條件試件進行強度修正時，可利用貫入法和沖擊篩分法對水利工程砂漿強度進行測試，作為質量控制資料的補充資料。

2）目前，對于水利工程砌石砂漿飽滿度尚無方法標準，可研究采用鉆芯法鉆取一定數量的小直徑芯樣來定量評價，同時利用鉆得的砂漿樣品進行沖擊篩分法試驗，得到實體砂漿抗壓強度。

3）利用貫入法檢測水利工程砌體砂漿強度，可考慮制訂團體標準或地方標準，完善構件定義、測區布置方式，并制訂測強曲線。