一种新型砂浆强度现场检测方法及其研究胡发旺1李文润2黑小龙3杨学鑫4张峰5

一种新型砂浆强度现场检测方法及其研究胡发旺1 李文润2 黑小龙3 杨学鑫4 张峰5
发布时间：2021-08-30T06:22:04.199Z 来源：《中国科技人才》2021年第13期作者：胡发旺1 李文润2 黑小龙3 杨学鑫4 张峰5
[导读] 研究结果表明，该方法具有很好的重复精度，双孔剪切法检测的砂浆剪切强度与砂浆抗压强度之间具有线性关系，为现场砂浆强度测定提供了一种方便、可靠地新方法。

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摘要：建筑施工时需要对各种类砂浆进行强度评定，本文提出一种基于双孔剪切法的砂浆强度现场测量方法，即在被测砂浆材料区域两侧开两个小孔，剪切压头从其中一孔对被测区域加载直到破坏，根据加载过程中的剪切强度，确定砂浆的强度。

对同条件不同强度等级的砂浆试块分别进行双孔剪切试验和立方体抗压强度试验，应用最小二乘法原理，建立砂浆剪切强度与砂浆抗压强度之间的对应关系模型。

研究结果表明，该方法具有很好的重复精度，双孔剪切法检测的砂浆剪切强度与砂浆抗压强度之间具有线性关系，为现场砂浆强度测定提供了一种方便、可靠地新方法。

关键词：双孔剪切法；砂浆强度；最大剪应力；抗压强度
0前言
砂浆是建筑工程中普遍应用的水泥基材料之一，广泛用于建筑物的砌筑和抹面工程[1]。

砂浆不仅可以将砖块或石块粘结形成整体受力的结构，而且可以填满砖块之间的缝隙，保持砖石体的强度和稳定性，并使砖石墙密不透风，从而起到更好的保暖作用，还可以涂抹墙面和天花板，使之免受气候变化及风雨的侵蚀，从而增加建筑物的耐久性和美观。

此外，不透水砂浆可保护结构不受侵蚀，多孔砂浆则具有吸音的性能[2]。

由此可见，砂浆一方面作为无粗骨料的混凝土，另一方面作为混凝土的重要组成部分，在我国建筑结构体系中占有重要地位[3]。

在工民建筑中，约50%的建筑物均因为砂浆强度不合格而存在问题，需进行可靠性鉴定和维修改造，其中20％急待鉴定加固[4]。

砂浆强度随龄期的增加而提高，但在不同温度和龄期下，强度增长过程不同，因此实际工程中常需要多次现场测量其强度[5]。

目前常用的砌筑砂浆现场检测方法有回弹法、点荷法、推出法和筒压法，各种方法都有其不同的特点[4]。

回弹法只提供了砂浆的表面强度值，且其受砂浆表面碳化和干湿状态的影响，测试误差较大[6]；点荷法和筒压法工序较为繁琐，也不宜推广[4]；推出法的测试对象有一定的局限性，也不宜选用。

对于抹灰砂浆，尽管其对抗压强度要求不高，但关于抹灰砂浆的质量争议和纠纷仍是存在的[7]，所以也需要有一种方法来检测已硬化的抹灰砂浆强度。

针对上述问题，本文提出一种双孔剪切法，同时适用于砌筑砂浆和抹灰砂浆，可以克服传统检测方法存在的缺点，能够在现场准确、快速、有效、简便地测量出任意区域砂浆的强度。

1实验设备及试验原理
依据砂浆强度工程现场检测的要求，研制开发了一套双孔剪切砂浆强度便携式专用装置。

装置结构如图1所示，由装置固定单元、驱动加载单元、剪切单元和载荷传感器组成。

其中，装置固定单元由左旋转固定爪、右固定爪、固定块和紧定螺栓组成，左旋转固定爪由铰链连接在支撑板上，右固定爪固定在支撑板上；驱动加载单元由电机减速器、凸轮、滚轮、摆杆、轴、柄套组成。

滚轮与凸轮接触，并通过轴承与摆杆相连。

摆杆固定于柄套上，柄套与轴焊接为一体，轴固定在支撑板上；剪切单元由装有剪切头的施力柄和紧定螺栓组成。

施力柄穿过套筒并与载荷传感器的一端连接，剪切头连接在载荷传感器的另一端；载荷传感器固定于施力柄与剪切头之间。

式中：为最大剪切载荷；为剪切面的面积， =（2L+b）d。

该装置的特点是不用在被测砂浆区域凿取试块，而是在被测砂浆区域打两个孔，直接在现场进行剪切测量，通过载荷传感器得出剪切强度，评定砂浆的强度等级。

该装置采用小爪固定装置，可直接固定在被测砂浆区域的表面，易于测量。

施力柄可在柄套内壁竖直方向上移动，方便调节剪切头的位置，提高了装置的灵活性。

装置采用电机减速器、凸轮和摆杆作为驱动装置，可以稳定控制剪切头对小桥所施加力大小的增加速率，降低测量的操作难度，提高测量数据的准确性。

采用高精度的载荷传感器使测量数据更加准确。

整套实验装置可以
方便地进行安装调试，准确采集载荷信号。

因其测试时间短，测量难度小，测量数据准确性高，同时该测量对砂浆造成的损伤小，故可进行多区域、多点、多次现场测量，可以更加全面而准确地了解被测砂浆的强度。

2 材料及试验
试验中所用材料为边长70.7mm×70.7mm×70.7mm不同强度的标准水泥混合砂浆试块。

每一强度等级试块在标准养护（温度20±3℃、相对湿度60%～80%）条件下，养护至28d龄期，共做三组，每组3个试块。

先将一组砂浆试块通过电液式压力试验机（YA-3000）做局部承压强度试验得出砂浆抗压强度，再用另一组砂浆试块进行双孔剪切实验，另一组作备用。

砂浆试块按《建筑砂浆基本性能试验方法》（JGJ70—90）在试验当天进行砂浆抗压强度试验[5]。

双孔剪切试验首先用直径为20mm的玻璃钻头对砂浆进行打孔，之所以选用玻璃钻头是因为其可以有效减少钻孔时对小孔周遭砂浆的损伤。

其中孔径宜选为20mm，孔深和小桥宽度约为7mm。

试验时，先将左旋转固定爪和右固定爪插入到已钻好的孔内，并使右固定爪与小孔内壁右侧接触，调节紧定螺栓使左旋转固定爪顺时针旋转直至紧压小口内壁左侧。

装置固定好后，打开直流电源通过电机减速器驱动凸轮转动，通过专用的剪切头在左孔内表面施加向右的力，使两孔间的被测小桥发生剪切变形直到破裂。

载荷传感器记录下从剪切头对小桥施加压力，直至小桥断裂对应时刻小桥受到载荷的大小，测量出小桥断裂时的最大载荷。

用最大载荷除以剪切头在小桥上形成的剪切面积计算出剪切强度，从而得到砂浆强度。

3试验结果及讨论
经多次双孔剪切试验后发现，部分试块的破损表面并不是十分整齐，其面积往往要大于理论上的破损面积。

所以公式（1）仅仅是名义上的最大剪切强度。

试验发现，砂浆试块的强度越大，剪切头对小桥的加载速度越快，其破损面积就更接近理论上的数值。

每一强度等级试块双孔剪切试验的平均值和抗压强度试验结果见表1。

混凝土的剪切强度和抗压强度之比，随混凝土的强度而异，其值在0.085与0.351之间。

表1 双孔剪切试验的平均值和抗压强度试验结果
将各组砂浆的剪切强度（MPa）与砂浆试块承压强度（MPa）按最小二乘法原理进行回归分析。

建立砂浆的剪切强度Y（MPa）与砂浆试块承压强度X（MPa）之间的对应关系。

砂浆测强曲线如图2所示。

其回归方程为：Y=0.3929X-9.1403。

在以后的试验中，可以通过双孔剪切实验测定不同种类、不同龄期的砂浆来做进一步的研究。

同时，通过精确计算剪切时对砂浆破坏的面积，可以更准确地计算出砂浆的剪切强度。

4 结论
1）双孔剪切法能够在现场快速而准确地测量出不同砂浆的强度。

2）双孔剪切法在最大载荷时的剪应力和抗压强度有一定的相关性。

建立砂浆的最大剪切强度Y（MPa）与砂浆试块承压强度X（MPa）之间的对应关系，可用于评定砂浆的抗压强度。

3）混凝土的剪切强度和抗压强度之比，随混凝土的强度而异，其值在0.085与0.351之间。

参考文献：
[1]任昭君，孙志伟，苏卿.表面能对砂浆断裂能、强度及收缩性能的影响[J].混凝土与水泥制品，2010，3：13-16
[2]陈尚翰.砂浆[M].1版1印.建筑工程出版社，1959-07
[3]GJ70-90，建筑砂浆基本性能试验方法[S]。