既有砖砌体现场砂浆强度试验研究_梁建国.pdf
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1、第 45 卷 第 17 期 2015 年 9 月上建筑结构 Building StructureVol 45 No 17 Sep 2015既有砖砌体现场砂浆强度试验研究*梁建国1, 石柳1, 王涛2, 刘哲峰1( 1 长沙理工大学土木与建筑学院,长沙 410004; 2 湖南大学土木工程学院,长沙 410082) 摘要 各种非烧结砖的广泛应用对砌体的现场检测提出了新的要求。本研究通过吸水动力学原理以及 60 个不同含水率的普通烧结砖、 蒸压粉煤灰砖和蒸压灰砂砖的抽水试验, 得到不同砖及不同上墙含水率时砖的吸水性指标。采用回弹法和筒压法对 7 片砖砌体墙现场砂浆强度进行试验研究, 得到了不同砖砌
2、体中砂浆回弹值及筒压比与吸水性指标的关系, 建立了各种砖砌体现场砂浆强度与砖的吸水性指标的统一表达式, 为相关标准编制提供了理论依据。 关键词 砖;吸水性指标;砌体;砂浆;现场检测;抗压强度;试验方法中图分类号: TU502. 6文献标识码: A文章编号: 1002- 848X( 2015) 17- 0063- 04Experimental study on in- situ strength of mortar in existing brick masonryLiang Jianguo1,Shi Liu1,Wang Tao2,Liu Zhefeng1( 1 School of Civil
3、Engineering and Architecture,Changsha University of Science Technology,Changsha 410004,China;2 School of Civil Engineering,Hunan University,Changsha 410082,China)Abstract: The wide application of all kinds of non- fired brick puts forward new requirements for in- situ test of masonry Thewater absorp
4、tion indices of bricks of different types and with different initial moisture contents were derived based on thepumping test results of 60 common fired bricks,autoclaved fly ash bricks and autoclaved lime- sand bricks with differentinitial moisture content,according to the principle of absorbing wat
5、er dynamics The in- situ strength of mortar of 7 walls ofbrick masonry was studied with rebound method and cylinder pressure method The relationships of the rebound value andthe cylindrical pressure ratio with water absorption index of mortar of different kinds of brick masonry were obtained Aunifie
6、d formula for in- situ mortar strength of different kinds of brick masonry and water absorption index of brick was set up,providing a theoretical basis for the relevant standard revisionKeywords: brick;water absorption index;masonry;mortar;in- situ test;compressive strength;test method* 建设部建标 2012 5
7、 号。 作者简介: 梁建国, 硕士, 教授, Email: jgliang1963163 com。0引言为了保证砂浆的和易性, 除了水泥水化所需的水以外, 砂浆中往往会有大量多余的水分, 这种多余的水分将使得砂浆的水灰比很大1 。砂浆铺砌后, 砖的内部微孔将从砂浆中吸收水分, 使得砂浆的实际水灰比减小, 从而砌体中砂浆实际强度将得到提高。文献 2的研究表明, 砖的吸水速度和砖的初始含水率( 或上墙含水率) 影响砂浆铺砌后砖从砂浆中吸收水的量, 影响砌体中砂浆的实际强度。由于不同砖的原材料和生产工艺不同, 其微孔结构不同, 吸水特性有很大差异3 。因此, 相同砂 浆、 不同砖的砌体的现场砂浆强度
8、并不同。我国普通烧结砖砌体现场检测技术已经较为成熟, 并颁布了 砌体工程现场检测技术标准 ( GB/T 503152011)4 ( 简称 GB/T 50315) , 该标准为我国既有烧结砖砌体房屋鉴定和加固提供了现场砂浆强度检测方法。但随着我国新型材料革新的进一步推进, 非烧结新型墙体材料( 如蒸压粉煤灰砖、 蒸压灰砂砖、 混凝土砖、 加气混凝土砌块等) 的市场占有率越来越高, 而 GB/T 50315 不适用于非烧结砖砌体的检测, 已经不能适应市场发展的需要, 因此立项编制 非烧结砖砌体工程现场检测技术标准 , 本文是该标准相关研究工作中的一部分内容。本文从砖的吸水特性出发, 通过大量试验,
9、 研究各种砖砌体现场砂浆强度检测方法, 并得到统一的现场砂浆强度计算公式。 1砖的吸水特性与吸水性指标 S1. 1 吸水特性1. 1. 1 非饱和状态下单毛细孔吸水特性在非饱和状态下, 水在毛细管内的流动类似于流体力学中的层流运动, 由于毛细管径小且流速慢,雷诺系数小, 可以近似满足泊肃叶方程5 :Q =dV dt=4 H8Py( 1)式中: Q 为毛细管道内流量; V 为液体体积; t 为时间; 为液体黏度( 水在 20 时该值约为 1 103N m/m2) ; P 为毛细管两端压力差; y 为毛细管长建筑结构2015 年度; H为水力半径, H=A P, 其中 A 为毛细管道的横截面面积,
10、 P 为横截面的周长。由式( 1) 可推导出单毛细孔内吸收水分的质量 w( t) 为:w( t)槡= a t( 2)从式( 2) 可以看出, 非饱和状态下砖通过毛细孔吸收水的质量 w( t) 与槡t成正比, 系数 a 是与毛细孔半径有关的参数:a = r2rcos 2槡式中: 为液体容重; r 为毛细孔半径; 为液体的表面张力, 水在 20时该值约为 0. 072 8N/m; 为液体对毛细孔壁材料的润湿角, 一般情况下在毛细管道中可以按 0考虑。 1. 1. 2 非饱和状态下多毛细孔吸水特性砖内部存在多条毛细吸水管道, 对于多毛细孔结构, 可假设多孔材料内毛细管是由许多任意分布的圆形细管构成的
11、, 对于含 n 个毛细管的多孔材料而言, 砖的单位面积吸水率 W( t) 为6 :W( t)槡= S t( 3)式中 S 为砖的吸水性指标。由式( 3) 可知, 砖在某一时刻的单位面积吸水率与吸水性指标 S 成正比, 而吸水性指标 S 仅与材料孔结构特性( 孔隙率 、 毛细孔半径 r 等) 有关:S = rcos 2槡式中 为孔隙率, =nr2 Sb, 其中 Sb为砖与水的接触面积。吸水性指标 S 反映了砖的吸水速度, 砖的吸水性指标 S 越大, 砖从砂浆中吸收水分的能力越强, 在相同条件下砌体中砂浆的强度就越高。应该指出的是, 砖中的毛细孔并不一定是圆柱体, 且毛细孔大小也不均匀, 但是用吸
12、水性指标 S 来表示毛细孔的平均吸水特性是可行的。 1. 2 吸水性指标 S 试验研究1. 2. 1 试件与试验方法为了研究不同材料和不同含水率的砖的吸水特性, 随机抽取普通烧结砖、 蒸压粉煤灰砖、 蒸压灰砂砖各 20 块, 三种砖的饱和吸水率平均值分别为 15. 35%, 27 00%, 17. 11%, 抗压强度平均值分别为14. 77, 11. 66, 16. 36MPa, 每种材料分成 4 组, 每组 5块。试验前, 将试件烘干或提前 2d 浇水湿润, 控制其初始含水率分别在 0%, 4%, 8%, 10% 左右, 将准备好的所有试件除两个丁面外, 其他四面都均匀地涂上石蜡, 以防水分
13、从四个面上挥发出去。参照 ASTM C67- 067 , 采用单面吸水来检测不同砖、 不同上墙含水率时砖的吸水特性。在水池中设计托架, 使水池的水面高出托架( 3. 18 0. 25) mm, 随时检查液面高度, 控制水温在( 21 1. 4) 。称量试件重量后, 将试件放置在托架上, 同时用秒表开始计时, 达到浸水时间后取出, 用湿毛巾擦干试件表面水分, 放在精度为 1g 的电子秤上称量, 并记录数据。浸泡时间分别为 0. 5min, 1min, 2min, 3min, 4min, 5min, 10min, 20min, 30min, 60min, 2h,3h, 5h, 8h, 9h, 12
14、h, 24h, 2d, 3d, 4d, 5d, 6d, 7d。单面吸水试验试件如图 1 所示。图 1单面吸水试验试件1. 2. 2 吸水性指标 S各组试件的单位面积吸水率平均值与槡t的关系曲线如图 2 5 所示。由图 2 5 可知, 砖的单位面积吸水率与槡t基本成线性分布, 与式( 3) 一致。曲线的斜率即为吸水性指标 S, 斜率越大, 吸水性指标 S越大, 吸水速率越快; 同种块材、 不同上墙含水率时,随着上墙含水率的增大, 吸水性指标 S 减小。图2上墙含水率为0%时单位面积吸水率平均值与槡t关系图3上墙含水率为4%时单位面积吸水率平均值与槡t关系将本次试验中的 12 组 60 个试件进行
15、统计分析, 得到各试件的吸水性指标 S 的值。吸水性指标46第 45 卷 第 17 期梁建国, 等 既有砖砌体现场砂浆强度试验研究图4上墙含水率平均值为 8%时单位面积吸水率与槡t关系图5上墙含水率平均值为 10%时单位面积吸水率与槡t关系S 与同种类绝干试件的吸水性指标 Sd的比值 S/Sd与试件相对含水率 ( 试件初始含水率与饱和含水率的比值) 的关系如图 6 所示。采用直线回归方法可以得到 S/Sd与相对含水率的表达式为:S/Sd= 0 974 0 901( 4)该式统计相关系数为 0. 864。理论上, 当相对含水率 = 100% ( 饱和) 时, 砖不吸水, 即 S = 0; 当相对
16、含水率 =0 时, S = Sd, 该两点的直线方程为:S = ( 1 ) Sd( 5)从图 6 看出, 式( 5) 和式( 4) 计算结果相差不大。且试验值与式( 5) 计算值的比值平均值为 1. 039, 变异系数为 23. 3%, 可用式( 5) 表达砖的吸水性指标与相对含水率的关系。图 6S/Sd与相对含水率 关系2砖砌体现场砂浆强度检测试件制作2. 1 原材料砌筑砂浆采用水泥石灰混合砂浆、 32. 5 普通硅酸盐水泥、 中砂, 配合比参照砌筑砂浆配合比设计规程 ( JGJ/T 982010)8 。每拌制一盘砂浆, 分别用钢、 普通烧结砖、 蒸压灰砂砖和蒸压粉煤灰砖做底模各制作 3 组
17、试块, 以测试 28d 标准龄期和现场砂浆强度检测时砂浆标准试件强度。砂浆试件与试验墙体同条件养护。不同底模和不同龄期砂浆抗压强度值见表 1。砂浆抗压强度试验值/MPa表 1底模强度等级试件数量同养28d同养60d同养120d同养200d钢底模M258122144145蒸压粉煤灰砖M2510253271278蒸压灰砂砖M2510158166170钢底模M58438474484蒸压粉煤灰砖M510774988991蒸压灰砂砖M510606647669钢底模M108578591646蒸压粉煤灰砖M10101003121128蒸压灰砂砖M1010846961958钢底模普通烧结砖M5M5361564
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