砖石砌体力学性能现场检测技术

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f1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σo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GBJ192－90标准，直接从墙体上切取标准砌体试件，确定砌体f和fv≥M1.0的各种砌体与GBJ129－90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，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σ0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HT－20回弹值及碳化深度，确定f2M1.0～M25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HT－28回弹值及弹击深度，确定f2≥M2.5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HT－75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，M1～M15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M2.5～M15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M2.5～M15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f2M0.3～M21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f2≥M2.5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f2M0.4～M10，240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f2M0.4～M10，240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各种砌体、砂浆国外已有标准局部破坏仪器待仿制ASTMC1072－86AS3700、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、砌体强度检检测1.切割法切割法是现场检检验砌体强度的的传统方法，它它与我国《砌体体基本力学性能能试验标准》（（GBJ129－90）评定定方法一完全致致，结果准确可可靠，可作为其其它方法的校准准。切割法在国国外应用较为普普遍，美国材料料试验学会（ASTM）已将将其作为现场检检验砌体强度的的主要方法。但但是，切割法早早期在我国应用用是不成功的，，原因是当时切切割技术较为落落后，主要采用用手锯切割，加加之缺乏配套的的搬运方法，对对砌体试件扰动动较大，尤其是是砂浆强度较低低（<M1.0）的砌砌体。近年来，，由于有了较为为先进的切割机机具，切割法已已成为国家鉴定定处理重大砌体体工程质量事故故的重要方法。。必须强调的是是，切割法从墙墙体上切出的标标准砌体试件，，其规格原则上上宜与GBJ129－90标标准方法一致，，即标准粘土砖砖砌体抗压试件件为240mm×370mm×720mm，抗剪试件为为179mm××240mm××370mm，，但进刀应以砌砌体灰缝为准，，如图所示。砌体抗压强度砌体通缝抗剪强强度图1切割割法进刀取样示示意图切割法砌体标压压标剪试验2.原位剪切切法原位剪切法全称称原位砌体通缝缝单剪法，是直直接在墙体上测测试砌体通缝抗抗剪强度fv,m，原理与《砌体体基本力学性能能试验方法标准准》（GBJ129－90））中的方法相同同，由于人为因因素影响最小，，无须搬运，扰扰动很小，因此此，结果较为准准确可靠，可作作为其它方法的的校准，是国家家建筑工程质量量监督检验中心心鉴定处理重大大砌体工程质量量事故的协定方方法。原位剪切切法测试部位一一般选在窗洞口口或其它洞口下下2～3皮砖范范围内，剪切面面长度为370mm～490mm，切口应应与竖缝对齐。。砌体通缝抗剪强强度图2原位剪剪切法试件大样样图3原位剪剪切法测试装置置3.扁顶法扁顶法是用特制制的超薄型（厚厚度仅5mm）液压千斤顶，，按图安放在墙墙体水平灰缝槽槽口内，对墙体体施压，根据开开槽时应力释放放、加压时应力力恢复的变形协协调条件，可直直接测得墙体受受压工作应力σo，并通过开两条条槽放两部顶测测定槽口间砌体体压缩变形曲线线（σ－ε）和破坏强度σu，可求得砌体弹弹性模量E，并按下式推算算出标准砌体抗抗压强度fm：扁顶法直观可靠靠，可同时测定定σo、E及fm三项指标。缺点点是fm系经验公式推定定值，边界约束束条件影响较大大，设备较为复复杂，且压力和和行程小，对强强度较高和变形形较大的墙体，，难于得出真正正的破坏荷载和和σu值。目前，我国国扁顶有250mm×250mm×5mm和250mm×380mm×5mm两种规格，采用用1Cr18Ni9Ti优质合金钢薄板板制成。图4扁顶顶法测试装置与与变形测点布置置（a）测试受压工作作应力；（b）测试弹性模量量、抗压强度4.原位轴压压法原位轴压法是对对扁顶法的改进进，施压扁顶改改变成一部自平平衡式小型压力力机，施压时无无需附加平衡装装置，扁顶厚度度加大为62～～90mm，额定压力及最最大行程均有所所提高；目前有有两种型号，450型及600型，极限压力分分别为450kN和600kN。原位轴压法主主要测定砌体轴轴心抗压强度fm，测试原理与扁扁顶法相似，是是在墙体中部沿沿高度方向开两两条水平槽，上上下槽口相隔7皮砖，上槽口口放置反力板，，下槽口放置扁扁顶，如图所示示。对槽间砌体体施压，测定槽槽间砌体极限抗抗压应力σu，再按下式推算算标准砌体抗压压强度fm：原位轴压法较为为直观、准确、、可靠，但设备备较重。所开槽槽口比扁顶大，，上槽口尺寸为为250mm×240mm×70mm；下槽口尺寸，，对于450型型压力机为250mm×240mm×70mm，对于600型型压力机为250mm×240mm×140mm。图5原原位压力机测试试工作状态原位轴压破坏特特征5.取芯法取芯法又称钻芯芯法，是北京市市房地产科研所所开发研制出的的砌体通缝抗剪强度度及砌体抗压强强度取样测试方方法。该法是以以24墙为对象，钻取取直径为150mm、高为240mm的芯芯样，如图所示，抗剪试件件以丁砖为圆心心钻取，抗压试试件以顺砖竖缝缝为中心钻取。芯样样晾干后，按图图7方法进行抗抗剪试验，按图图8方法进行抗压压试验。砌体通缝抗剪强强度fv,m砌体抗压强度fc,m图6取芯法法芯样形式图7抗剪试试验示意图8抗压试试验示意6.动动测综合合法动测综合合法是以以脉动法法或锤击击法测量量出砌体体结构的的基本频频率和振振型等振振动参数数，然后后根据这这些物理理参数，，计算出出结构的的层间刚刚度K，再利用用结构刚刚度K与砌体强强度fm之间的固固有关系系f(K，fm)＝0，，可反算算砌体的的抗压强强度fm。对于普普通粘土土砖砌体体结构为为：式中t——墙体体厚度；；H——墙体体高度；；B——墙体体宽度。。在实际工工程中，，动测综综合法测测得的是是整幢房房子的振振动参数数，并非非单片墙墙体的动动力特性性，因此此，其结结果只能能综合反反映某层层墙体的的总体质质量状况况。由于于对比试试验不多多，而影影响因素素又较多多，动测测综和法法的精度度和可靠靠性尚有有待研究究提高。。图9动动测测综合法法示意7.应应力波法法对砌体结结构施以以瞬间冲冲击（锤锤击），，会激起起结构波波动，产生压缩缩波、剪剪切波、、直达波波和瑞利利波等。。这些波波动参数数，如波传播播速度Cp、Cs等，与砌砌体实际际应力状状态σ/fm、弹性模模量E、泊松比比υ等直接相相关，与与砌体抗抗压强度度fm间接相关关。应力波法法就是通通过检测测记录这这些波动动参数，，用以确确定砌体体质量和抗压压强度fm的一种非非破损方方法。其其计算公公式为：：式中Cp、Cs——纵、、横波波波速（m/s））；υ——泊松松比；ρ——质量量密度（（kg/m3）。已有试验验表明，，应力波波法应用用在低强强和高强强砂浆砌砌体时，，其精度度尚有待待研究提提高。图10应应力波法法示意8.超超声法超声波法法测试砌砌体强度度，原苏苏联曾做做过试验验研究，，建立了了砌体抗抗压强度度与声阻阻的统计计公式，，绘制了了砌体《《声时-强度》对对照曲线线。1989年年，杭州州市城建建研究所所也进行行了探索索研究，，通过104个个不同强强度的测测区，获获了1040个个声时测测试值t，但主变变量砌体体强度fm，并非标标准砌体体直接试试压所得得，而是是以砖和和砂浆强强度f1、f2按（GBJ3－－73））规范公公式计算算得出。。以此，，经回归归分析，，给出了了我国普普通粘土土砖24墙砌体体抗压强强度fm计算公式式如下：：fm=88.4－26.9log（t+220）式中t——声时时（μs）。有关研究究表明，，砌体是是由砖和和砂浆砌砌筑而成成的组合合体，砖砖的成分分、砌筑筑质量、、墙体厚厚度、测测点布置置、以及及探头振振动频率率等，均均会对测测试结果果产生直直接影响响，因此此，超声声波测试试砌体强强度的精精度和可可靠性，，尚有待待研究、、认证和和提高。。三、砌体体材料强强度检测测砖石砌体体所用材材料，主主要为砖砖和砂浆浆。相对对而言，，砖和砂砂浆强度度的影响响因素较较少、较较为单一一；但原原位检测测或取样样检测，，与材料料标准试试块试验验，毕竟竟存在较较大差异异，因此此，尽管管目前有有关砌体体中砖和和砂浆强强度现场场检测方方法很多多，但实实践证明明，许多多方法的的精度和和可靠性性，尚有有待进一一步研究究提高和和认证。。（一）砂砂浆强度度1.回回弹法自60年年代以来来，我国国已开始始应用回回弹法测测定砌体体砂浆强强度。最最早使用用的是HT-28型回回弹仪，，该仪器器的冲击击动能较较大，为为0.275J。该法法评定砂砂浆强度度，主要要考虑的的是回弹弹值R大小和弹弹坑深度度。实践践证明，，HT-28型型回弹仪仪稳定性性较差，，低强砂砂浆（＜＜M2.5）测测试误差差较大。。后改进进了HT-28型，冲冲击动能能减小为为0.196J，弹击击杆前端端直径为为8mm，弹击击锤的工工作冲程程缩短为为75mm，形形成一种种新的HT-20型回回弹仪。。该法主主要测试试的是回回弹值R及砂浆碳碳化深度度L（mm）），按下下列公式式计算砂砂浆强度度f2：相对而言言，HT-20回弹仪仪稳定性性较好，，1989年通通过四川川省省级级技术鉴鉴定，目目前已纳纳入GB／T50315－2000标准。。回弹法法测定砌砌体砂浆浆强度具具有简便便、快速速、无损损优点，，可用于于大面积积普查。。但由于于影响因因素较多多，误差差较大，，尤其是是低强砂砂浆。因因此，对对于重要要工程，，需用其其它精确确方法校校准。测砂浆测砖2.冲冲击法材料强度度愈高，，破碎就就较难，，所消耗耗能量就就较大；；反之，，强度愈愈低，所消消耗的能能量就较较少。由由物理学学定理可可知，所所消耗的的破碎功功与材料料破碎过程中中新生成成的表面面积成正正比。冲冲击法检检验砌体体砂浆强强度，就就是利用用粉碎砂浆颗颗粒所获获得的单单位功表表面积增增量ΔS/ΔΔW与砂浆抗抗压强度度f2的相关关系来评评定砂浆浆强度的的方法。。对此，，冶金建建筑研究究总院进进行了专专题研究究制成了YJ-1型冲击击试验仪仪，并通通过系统统性试验验，提出出了如下下的砂浆浆强度f2计算公式式：f2＝394.9/(ΔS/ΔΔW)0.78冲击法检检测砌体体砂浆抗抗压强度度的最佳佳适用范范围为f2=2~25Mpa。相相对而言，该该法较为为准确可可靠，冶冶金部已已颁布《《冲击法法检测硬硬化砂浆浆抗压强强度技术规程程》（YB9248－－92））。图11YJ－1型冲击击仪构造造1－把手手；2－－把手扳扳；3－螺套套；4－－定位卡卡；5－螺母母；6－－紧固螺螺钉；7－撞针针；8－－距标孔孔；9－紧固固螺钉；；10－－调整螺螺栓；11－压压盖；12－上上托板；；13－撑撑杆；14－提提杆；15－主主导杆；；16－－卡爪；；17－重重锤；18－料料筒；19－冲冲击垫；；20－－套筒；；21－固固定螺栓栓；22－下托托板；23－底底板；24－固固定螺栓栓YJ－1冲击仪仪标标准准筛振振筛筛机3.筒筒压法筒压法原原理与冲冲击法相相似，仅仅将冲击击动能改改为静压压力，是是将砂浆浆颗粒装装入特制制的承压压筒中，，在额定定压力下下，用砂砂浆颗粒粒的压碎碎程度-筒压比比T来判定砂砂浆强度度的方法法。该法法是山西西省第四四建筑公公司等十十个单位位研究提提出的，，砂浆强强度f2按下列公公式计算算：水泥砂浆浆f2＝34.58T2.06水泥石灰灰混合砂砂浆f2＝6.1T+11T2粉煤灰砂砂浆f2＝2.52－9.4T+32.8T2石粉砂浆f2＝2.7－13.9T+44.9T2T＝(T1+T2+T3)/3式中t1，t2，t3——分别为孔孔径5mm、、10mm筛筛的分计筛余余量和底盘中中的剩余量；Ti=1,2,3，T——第i份砂浆试样的的筒压比及筒筒压比平均值值。筒压法经山西西省城乡建设设环境保护厅厅批准，作为为山西省地方方标准，定名名为《筒压法法评定砌体砂砂浆抗压强度度规程》（DBJ04－－209－92）。（a）承压筒筒剖面（b）承压盖盖剖面图12承承压压筒构造压强筒压法是是上海市建筑筑科学研究院院参照轻骨料料筒压强度试试验方法研制制的，原名筒筒压法，为与与山西筒压法法相区分，故故冠以压强，，定名为压强强筒压法。该该法与山西筒筒压法不同之之处，是承压压筒不同，且且不用筒压筛筛分比T，而是将5~10mm的的砂浆颗粒装装入筒中压坏坏，求出颗粒粒的筒压强度度f，然后按下列列公式计算砂砂浆的抗压强强度f2：压强筒压法已已在数十个工工程中得以应应用，1995年定为为上海市标准准《现场砌筑筑砂浆筒压强强度试验方法法》（DBJ08－2122－95）。4.压强筒筒压法图13压压强承压筒筒构造图5.单砖单单剪法单砖单剪法又又称顶推法、、推出法、推推（拉）剪法法等等，系辽辽宁省建设研研究院、河南南省建筑科学学研究院及北北京市房地产产科学研究所所等单位分别别研究提出的的，是垂直于于墙面顶推或或拉拔24墙墙的丁砖，求求得砖与砂浆浆的粘结抗剪剪力V或抗剪强度f2v=V/A，再反算砂浆浆的抗压强度度f2。试验方法是是，先凿锯开开被测丁砖上上面及侧面三三个面的灰缝缝，留出下面面一个大面灰灰缝，然后用用特制小型千千斤顶测试砖砖与底面灰缝缝的粘结抗剪剪力。由于测测试方法及考考虑问题的角角度不完全相相同，各家统统计公式存在在较大差异：：河南省建筑科科学研究院，砂浆饱满度B≥0.65辽宁省建设研研究院北京市房地产产科学研究所所图14单单剪法测试试装置示意（a）平剖面面（（b）纵剖面1－被侧丁砖砖；2－支架架；3－前梁梁；4－后梁梁；5－传感感器；6－垫垫片；7－调平螺丝丝；8－传力力螺杆；9－－推出力峰值值测定仪6.单砖双双剪法单砖双剪法有有顺砖双剪和和丁砖双剪两两种方法。顺顺砖双剪法以以陕西省建筑科科学研究院为为代表，是将将被测顺砖前前端面灰缝切切凿开，以便施力力时能自由切切变，将后端端面相邻的一一块砖陶出，，以放置剪切仪（小小千斤顶），，保留上下两两个大面灰缝缝及侧条面灰灰缝，用剪切仪对被被测砖施以水水平剪力，直直至破坏V，然后按下式式计算砌体通缝抗剪强强度fv,m：丁砖双剪法以以江苏省建筑筑科学研究院院为代表，是是垂直于墙面拉拔24墙墙丁砖，故又又称拉拔法。。根据对被测测丁砖所施加加的破坏剪力V（kN），按按下式计算砂砂浆抗压强度度f2（Mpa）：：单砖双剪法存存在的主要问问题是，被测测砖上部约束束未能解除，，故会产生较较强的剪切磨磨擦作用（非非GB／T50315－－2000所所说的бo影响），而剪剪切磨擦因素素又相当复杂杂，目前难于于直接引入。。该法误差较较大，多数情情况无法剪坏坏。图15顺顺砖剪切切图16丁丁砖双剪剪7.射钉法法射钉法又称贯贯入法、针入入法、射针法法，是在规定定冲击动能下下，根据钢钉钉（针）射入入砌体水平灰灰缝深度L（mm）确定定砂浆强度f2（Mpa）的的方法。射钉钉器有以火药药为动力和以以弹簧为动力力两种动能源源形式，前者者