砖石砌体力学性能现场检测技术PPT

1、1、回弹法2、冲击法3、筒压法4、压强筒压法5、单砖单剪法6、单砖双剪法7、射钉法8、剪切法9、点荷法（二）砖强度1、取样法2、回弹法砖石砌体力学性能现场检测技术一、概况二、砌体强度检测1、切割法2、原位剪切法3、扁顶法4、原位轴压法5、取芯法6、动测综合法7、应力波法8、超声法三、砌体材料强度检测（一）砂浆强度一、概况砌体用砖、石块、砌块及土坯等各种块体，以灰浆（砂浆、粘土浆等）砌筑而成的一种组合体。砌体结构由砌体所构成的工程结构称谓砌体结构，或称砖石结构。以砌体作为承压构件，RC作为受弯构件，二者组合而成的房屋结构称为砖混结构。砌体结构强度的特点：砌体结构强度各向异性，其值取决于块材强度f

2、1及砂浆强度f2，与砌筑方法及质量密切相关；砌体抗压强度fk远远低于块材强度f1；砌体抗拉、抗弯、抗剪强度ft, k、ftm,k、fv,k与块材强度f1无关，仅与砂浆强度f2有关。砌体强度现场检测方法分类按损伤程度 按测试内容 非破损检测 局部破损检测 砌体强度材料强度 工作应力o弹性模量E 砂浆强度f2 块材强度f1 砌体力学性能现场检测方法一览表方法名称测试原理及内容适用范围优点存在问题单位切割法按GBJ19290标准，直接从墙体上切取标准砌体试件，确定砌体f和fvM1.0的各种砌体与GBJ12990标准一致，可作它种方法的校准需专用切割机，局部破坏建研院原位剪切法测定砌体通缝抗剪强度fv

3、，推断砂浆强度f2墙厚、砌体种类、砂浆种类及强度不限最接近标准法,人为因素影响最小,无须任何修正局部破坏建研院扁顶法用扁顶测定砌体工作应力0及砌体抗压强度f240、370墙意、法、英、美等国应用,RILEM、ASTM已编标准行程太小，只能测工作应力，难于压坏，局部破坏湖南大学取芯法直接从墙体上钻取芯样,进行抗压、抗剪,推定f、fv及f2240墙，M1.0砂浆比、法、意、德等国有应用局部破坏芯样制成率对结果影响？北京房地产科研所动测综合法测定墙体动刚度和弹性模量,推算砌体抗压强度f各种砌体无损复杂结构分析较为困难建研院中科院工力所应力波法测定应力波传播特征,电算砌体强度f,分析推断砌筑质量各种砌

4、体、砂浆无损，可大范围测定须专用设备，技术复杂，干扰因素多波达公司超声法测定砌体动弹性模量,推算砌体抗压强度f各种砌体无损，可大范围测定精度差杭州城建研究所原位轴压法用扁千斤顶测定砌体抗压强度f240、370墙直观须进行强度换算，局部破坏西安冶金学院回弹法测HT20回弹值及碳化深度，确定f2M1.0M25简便、快捷、无损，四川省标，罗、法、意、美等国广泛应用影响因素较多，需校准四川院回弹法测HT28回弹值及弹击深度，确定f2M2.5简便、快捷、无损弹击深度影响大，难于量准天津建筑仪器厂北京建研所回弹法测HT75回弹值，确定砖抗压强度f1各类粘土砖简便、快捷、无损四川院冲击法测定砂浆在额定冲击动

5、能下的粉碎程度，推算f2各种砌体、砂浆冶金部部标局部破坏冶研院筒压法测定砂浆在额定压力下的粉碎程度或筒压强度，推算f2各种砌体、砂浆山西省及上海市地方标准局部破坏山西四公司上海建研院顶推（拉）法垂直于墙面顶推砖块（单剪），推定fv及f2240墙，M1M15砂浆简单，破损较小局部破坏偏心影响？北京房地产科研所辽宁建研院河南建研院射针法在额定冲击力下,根据钢针射入深度,推定砂浆强度f2,以火药为动力M2.5M15简单、无损，英美研究火药动力影响因素多陕西建筑科学院贯入法同上,以弹簧为动力M2.5M15简单、无损拉紧弹簧方法应改进建研院天津建筑仪器厂剪切法测定砂浆片抗剪强度Tm,推算砂浆抗压强度f2

6、M0.3M21损坏很小局部破坏宁夏建研院点荷法测定砂浆片最大点荷值N,推算砂浆抗压强度f2M2.5高强砂浆美国有应用，损坏很小局部破坏建研院单砖双剪法平行墙面对单砖进行双剪,确定fv,推断f2墙厚，砂浆标号不限简单、破损较小“剪摩”作用？竖缝影响？局部破坏陕西院拉拔法垂直墙面拉拔砖块(双剪),根据V推定砂浆强度f2M0.4M10，240墙简单、破损较小“剪摩”作用如何考虑？消除？局部破坏江苏院拉拔超声综合法同上,并辅助于超声检测,根据拉拔超声相关关系推定V;根据V推算f2M0.4M10，240墙厚破损较小“剪摩”作用如何考虑？消除？局部破坏江苏院粘结法测定单砖与砂浆粘结弯曲抗拉强度ftm各种砌

7、体、砂浆国外已有标准局部破坏仪器待仿制ASTMC107286AS3700、RILEMB3螺旋拔出法测定特制螺杆旋入规定深度后的抗拔力,推定砂浆及砖强度f2，f1各种砌体、砂浆快速、小巧局部破坏仪器待仿制英国建研院二、砌体强度检测1. 切割法切割法是现场检验砌体强度的传统方法，它与我国砌体基本力学性能试验标准（GBJ12990）评定方法一完全致，结果准确可靠，可作为其它方法的校准。切割法在国外应用较为普遍，美国材料试验学会（ASTM）已将其作为现场检验砌体强度的主要方法。但是，切割法早期在我国应用是不成功的，原因是当时切割技术较为落后，主要采用手锯切割，加之缺乏配套的搬运方法，对砌体试件扰动较大

8、，尤其是砂浆强度较低（M1.0）的砌体。近年来，由于有了较为先进的切割机具，切割法已成为国家鉴定处理重大砌体工程质量事故的重要方法。必须强调的是，切割法从墙体上切出的标准砌体试件，其规格原则上宜与GBJ12990标准方法一致，即标准粘土砖砌体抗压试件为240mm370mm720mm，抗剪试件为179mm240mm370mm，但进刀应以砌体灰缝为准，如图所示。砌体抗压强度 砌体通缝抗剪强度 图1 切割法进刀取样示意图切割法砌体标压标剪试验2. 原位剪切法 原位剪切法全称原位砌体通缝单剪法，是直接在墙体上测试砌体通缝抗剪强度fv,m，原理与砌体基本力学性能试验方法标准（GBJ12990）中的方法相

9、同，由于人为因素影响最小，无须搬运，扰动很小，因此，结果较为准确可靠，可作为其它方法的校准，是国家建筑工程质量监督检验中心鉴定处理重大砌体工程质量事故的协定方法。原位剪切法测试部位一般选在窗洞口或其它洞口下23皮砖范围内，剪切面长度为370mm490mm，切口应与竖缝对齐。砌体通缝抗剪强度 图2 原位剪切法试件大样图3 原位剪切法测试装置3. 扁顶法扁顶法是用特制的超薄型（厚度仅5mm）液压千斤顶，按图安放在墙体水平灰缝槽口内，对墙体施压，根据开槽时应力释放、加压时应力恢复的变形协调条件，可直接测得墙体受压工作应力o，并通过开两条槽放两部顶测定槽口间砌体压缩变形曲线（）和破坏强度u，可求得砌体

10、弹性模量E，并按下式推算出标准砌体抗压强度fm： 扁顶法直观可靠，可同时测定o、E及fm三项指标。缺点是fm系经验公式推定值，边界约束条件影响较大，设备较为复杂，且压力和行程小，对强度较高和变形较大的墙体，难于得出真正的破坏荷载和u值。目前，我国扁顶有250mm250mm5mm和250mm380mm5mm两种规格，采用1Cr18Ni9Ti优质合金钢薄板制成。图4 扁顶法测试装置与变形测点布置（a）测试受压工作应力；（b）测试弹性模量、抗压强度4. 原位轴压法 原位轴压法是对扁顶法的改进，施压扁顶改变成一部自平衡式小型压力机，施压时无需附加平衡装置，扁顶厚度加大为6290mm，额定压力及最大行程

11、均有所提高；目前有两种型号，450型及600型，极限压力分别为450kN和600kN。原位轴压法主要测定砌体轴心抗压强度fm，测试原理与扁顶法相似，是在墙体中部沿高度方向开两条水平槽，上下槽口相隔7皮砖，上槽口放置反力板，下槽口放置扁顶，如图所示。对槽间砌体施压，测定槽间砌体极限抗压应力u，再按下式推算标准砌体抗压强度fm： 原位轴压法较为直观、准确、可靠，但设备较重。所开槽口比扁顶大，上槽口尺寸为250mm240mm70mm；下槽口尺寸，对于450型压力机为250mm240mm70mm，对于600型压力机为250mm240mm140mm。图5 原位压力机测试工作状态原位轴压破坏特征5. 取芯

12、法取芯法又称钻芯法，是北京市房地产科研所开发研制出的砌体通缝抗剪强度及砌体抗压强度取样测试方法。该法是以24墙为对象，钻取直径为150mm、高为240mm的芯样，如图所示，抗剪试件以丁砖为圆心钻取，抗压试件以顺砖竖缝为中心钻取。芯样晾干后，按图7方法进行抗剪试验，按图8方法进行抗压试验。砌体通缝抗剪强度fv,m 砌体抗压强度fc,m 图6 取芯法芯样形式图7 抗剪试验示意图8 抗压试验示意6. 动测综合法 动测综合法是以脉动法或锤击法测量出砌体结构的基本频率和振型等振动参数，然后根据这些物理参数，计算出结构的层间刚度K，再利用结构刚度K与砌体强度fm之间的固有关系f (K，fm)0，可反算砌体

13、的抗压强度fm。对于普通粘土砖砌体结构为：式中 t墙体厚度； H墙体高度； B墙体宽度。 在实际工程中，动测综合法测得的是整幢房子的振动参数，并非单片墙体的动力特性，因此，其结果只能综合反映某层墙体的总体质量状况。由于对比试验不多，而影响因素又较多，动测综和法的精度和可靠性尚有待研究提高。图9 动测综合法示意7. 应力波法 对砌体结构施以瞬间冲击（锤击），会激起结构波动，产生压缩波、剪切波、直达波和瑞利波等。这些波动参数，如波传播速度Cp、Cs等，与砌体实际应力状态/fm、弹性模量E、泊松比等直接相关，与砌体抗压强度fm间接相关。应力波法就是通过检测记录这些波动参数，用以确定砌体质量和抗压强度

14、fm的一种非破损方法。其计算公式为：式中 Cp、Cs纵、横波波速（m/s）；泊松比；质量密度（kg/m3）。 已有试验表明，应力波法应用在低强和高强砂浆砌体时，其精度尚有待研究提高。图10 应力波法示意8. 超声法 超声波法测试砌体强度，原苏联曾做过试验研究，建立了砌体抗压强度与声阻的统计公式，绘制了砌体声时-强度对照曲线。1989年，杭州市城建研究所也进行了探索研究，通过104个不同强度的测区，获了1040个声时测试值t，但主变量砌体强度fm，并非标准砌体直接试压所得，而是以砖和砂浆强度f1、f2按（GBJ373）规范公式计算得出。以此，经回归分析，给出了我国普通粘土砖24墙砌体抗压强度fm

15、计算公式如下： fm=88.426.9log（t+220）式中 t声时（s）。 有关研究表明，砌体是由砖和砂浆砌筑而成的组合体，砖的成分、砌筑质量、墙体厚度、测点布置、以及探头振动频率等，均会对测试结果产生直接影响，因此，超声波测试砌体强度的精度和可靠性，尚有待研究、认证和提高。三、砌体材料强度检测 砖石砌体所用材料，主要为砖和砂浆。相对而言，砖和砂浆强度的影响因素较少、较为单一；但原位检测或取样检测，与材料标准试块试验，毕竟存在较大差异，因此，尽管目前有关砌体中砖和砂浆强度现场检测方法很多，但实践证明，许多方法的精度和可靠性，尚有待进一步研究提高和认证。（一）砂浆强度1. 回弹法 自60年代

16、以来，我国已开始应用回弹法测定砌体砂浆强度。最早使用的是HT-28型回弹仪，该仪器的冲击动能较大，为0.275J。该法评定砂浆强度，主要考虑的是回弹值R大小和弹坑深度。实践证明，HT-28型回弹仪稳定性较差，低强砂浆（M2.5）测试误差较大。后改进了HT-28型，冲击动能减小为0.196J，弹击杆前端直径为8mm，弹击锤的工作冲程缩短为75mm，形成一种新的HT-20型回弹仪。该法主要测试的是回弹值R及砂浆碳化深度L（mm），按下列公式计算砂浆强度f2： 相对而言，HT-20回弹仪稳定性较好，1989年通过四川省省级技术鉴定，目前已纳入GBT503152000标准。回弹法测定砌体砂浆强度具有简

17、便、快速、无损优点，可用于大面积普查。但由于影响因素较多，误差较大，尤其是低强砂浆。因此，对于重要工程，需用其它精确方法校准。测砂浆测砖2. 冲击法 材料强度愈高，破碎就较难，所消耗能量就较大；反之，强度愈低，所消耗的能量就较少。由物理学定理可知，所消耗的破碎功与材料破碎过程中新生成的表面积成正比。冲击法检验砌体砂浆强度，就是利用粉碎砂浆颗粒所获得的单位功表面积增量S/W与砂浆抗压强度f2的相关关系来评定砂浆强度的方法。对此，冶金建筑研究总院进行了专题研究制成了YJ-1型冲击试验仪，并通过系统性试验，提出了如下的砂浆强度f2计算公式：f2394.9/(S/W)0.78 冲击法检测砌体砂浆抗压强

18、度的最佳适用范围为f2=225Mpa。相对而言，该法较为准确可靠，冶金部已颁布冲击法检测硬化砂浆抗压强度技术规程（YB924892）。图11 YJ1型冲击仪构造1把手；2把手扳；3螺套；4定位卡；5螺母；6紧固螺钉；7撞针；8距标孔；9紧固螺钉；10调整螺栓；11压盖；12上托板；13撑杆；14提杆；15主导杆；16卡爪；17重锤；18料筒；19冲击垫；20套筒；21固定螺栓；22下托板；23底板；24固定螺栓YJ1冲击仪 标准筛 振筛机3. 筒压法 筒压法原理与冲击法相似，仅将冲击动能改为静压力，是将砂浆颗粒装入特制的承压筒中，在额定压力下，用砂浆颗粒的压碎程度-筒压比T来判定砂浆强度的方法

19、。该法是山西省第四建筑公司等十个单位研究提出的，砂浆强度f2按下列公式计算：水泥砂浆 f234.58T2.06水泥石灰混合砂浆 f26.1T+11T2粉煤灰砂浆 f22.529.4T+32.8T2石粉砂浆 f22.713.9T+44.9T2 T(T1+T2+T3)/3式中 t1，t2， t3分别为孔径5mm、10mm筛的分计筛余量和底盘中的剩 余量； Ti=1,2,3，T第i份砂浆试样的筒压比及筒压比平均值。 筒压法经山西省城乡建设环境保护厅批准，作为山西省地方标准，定名为筒压法评定砌体砂浆抗压强度规程（DBJ0420992）。（a）承压筒剖面（b）承压盖剖面图12 承压筒构造 压强筒压法是上

20、海市建筑科学研究院参照轻骨料筒压强度试验方法研制的，原名筒压法，为与山西筒压法相区分，故冠以压强，定名为压强筒压法。该法与山西筒压法不同之处，是承压筒不同，且不用筒压筛分比T，而是将510mm的砂浆颗粒装入筒中压坏，求出颗粒的筒压强度f，然后按下列公式计算砂浆的抗压强度f2： 压强筒压法已在数十个工程中得以应用， 1995年定为上海市标准现场砌筑砂浆筒压强度试验方法（DBJ08212295）。4. 压强筒压法图13 压强承压筒构造图5. 单砖单剪法 单砖单剪法又称顶推法、推出法、推（拉）剪法等等，系辽宁省建设研究院、河南省建筑科学研究院及北京市房地产科学研究所等单位分别研究提出的，是垂直于墙面

21、顶推或拉拔24墙的丁砖，求得砖与砂浆的粘结抗剪力V或抗剪强度f2v=V/A，再反算砂浆的抗压强度f2。试验方法是，先凿锯开被测丁砖上面及侧面三个面的灰缝，留出下面一个大面灰缝，然后用特制小型千斤顶测试砖与底面灰缝的粘结抗剪力。由于测试方法及考虑问题的角度不完全相同，各家统计公式存在较大差异：河南省建筑科学研究院 ， 砂浆饱满度B0.65辽宁省建设研究院 北京市房地产科学研究所 图14 单剪法测试装置示意（a）平剖面 （b）纵剖面1被侧丁砖；2支架；3前梁；4后梁；5传感器；6垫片； 7调平螺丝；8传力螺杆；9推出力峰值测定仪6. 单砖双剪法 单砖双剪法有顺砖双剪和丁砖双剪两种方法。顺砖双剪法以

22、陕西省建筑科学研究院为代表，是将被测顺砖前端面灰缝切凿开，以便施力时能自由切变，将后端面相邻的一块砖陶出，以放置剪切仪（小千斤顶），保留上下两个大面灰缝及侧条面灰缝，用剪切仪对被测砖施以水平剪力，直至破坏V，然后按下式计算砌体通缝抗剪强度fv,m： 丁砖双剪法以江苏省建筑科学研究院为代表，是垂直于墙面拉拔24墙丁砖，故又称拉拔法。根据对被测丁砖所施加的破坏剪力V（kN），按下式计算砂浆抗压强度f2（Mpa）： 单砖双剪法存在的主要问题是，被测砖上部约束未能解除，故会产生较强的剪切磨擦作用（非GBT503152000所说的o影响），而剪切磨擦因素又相当复杂，目前难于直接引入。该法误差较大，多数情况无法剪坏。图15 顺砖剪切图16 丁砖双剪7. 射钉法 射钉法又称贯入法、针入法、射针法，是在规定冲击动能下，根据钢钉（针）射入砌体水平灰缝深度L（mm）确定砂浆强度f2（Mpa）的方法