回弹法评定烧结普通砖强度等级的探讨

李 文

0 引言

在我国工程建设中，砖砌体结构应用最广泛。其中大部分已接近或达到设计基准期，需要进行检测加固［1］，在不破坏结构本身的情况下对结构进行检测、评定，得出加固方法一直是人们关注的问题。

回弹法是一种方便、无损的现场检测方法，在房屋检测中大量使用。如何提高回弹法的精度，以下从回弹仪原理上进行分析，分别探讨砌筑砂浆和竖向压力对砌体结构检测［2］的影响。

1 回弹法和回弹仪原理

回弹法是建立构件的抗压强度fcu与回弹值R之间的函数关系:

此函数关系一般由公式(回归方程)或曲线(校准曲线)表示。回弹标准状态和考虑构件碳化深度(一般适用混凝土、砂浆等)的测强曲线，这样可以控制回弹法相对误差在±15%以内［3］。实际中，只要测出构件R值，就可以由建立的公式或曲线计算出构件的强度fcu。其本质是建立的一种硬度与强度［4］的关系。回弹值R的大小与硬度成正相关。

回弹仪即施密特锤［5］，原理是借助已获得一定能量的与弹击弹簧相连的弹击锤冲击弹击杆后，弹击锤向后回弹，并在回弹仪上指示回弹值。回弹值的大小，取决于回弹能量，而回弹能量主要取决于被测构件的弹塑性性能。

假设回弹仪冲击前的能量为E(仪器水平状态时，其冲击能量为2．207 J)，由能量守恒:

其中，E1为使构件产生塑性变形的功;E2为使构件、弹击杆和弹击锤产生弹性变形的功;E3为弹击锤在冲击过程中和指针在移动过程中因摩擦损耗的功;E4为弹击锤在冲击过程中和指针在移动过程中克服空气阻力的功;E5为混凝土产生塑性变形时增加自由表面所损耗的功;E6为仪器在冲击时由于构件的颤动和弹击杆与构件表面移动而损耗的功。

弹击锤所获得的回弹功能主要来自E2转化，测烧结普通砖，一般情况下E3，E4，E5都很小，可忽略不计。如果砂浆对砖的约束较弱，砖容易产生颤动，E6损耗就会增大，而混凝土构件一般约束较强，颤动损耗可以忽略。

2 竖向压力和建筑砂浆的影响

砌体结构是由烧结普通砖和砂浆砌筑而成，烧结普通砖之间存在砂浆约束，而且砌体结构中的烧结普通砖一般承受很大的竖向压力，这同标准实验状态不同。

2． 1 竖向压力的影响

竖向压力虽然对烧结普通砖受力状态有一定改变，但在检测过程中构件跟约束之间是静摩擦，在冲击检测过程中没有能量损耗，对反弹能量影响不大。相关实验认为对评定烧结普通砖强度的影响不大［7，8］。

2． 2 建筑砂浆的影响

砂浆对烧结普通砖强度评定有着不同的结论。一方认为砌筑砂浆对砌体中烧结普通砖采用回弹公式测强的有小幅度降低，考虑抗压强度推定值偏低对检测结果偏于安全，可以不予考虑［7］;另一方认为砖在用砂浆砌筑后，其回弹值增大，并建立了砌筑前后砖块平均回弹值的线性回归公式［8］。

在线性范围内，可以把烧结普通砖看作弹性系数为k0(与构件本身性质，检测位置等有关)的弹簧，同样砂浆对普通砖的约束可以看作串联在普通砖上的弹簧，设其弹性系数为k1(与砂浆强度、厚度等有关)。在力F作用下有:

其中，x0为烧结普通砖本身在力F作用下的位移;x1为砂浆在力F作用下的位移。

烧结普通砖与砂浆组成总体的弹性系数为:

在一定范围内，k越小，冲击作用时间Δt越长(此时可以忽略构件颤动的能量损失)，由 F=mv/Δt，在mv一定的情况下，F减小，弹击杆端面积一定，则局部集中应力减小，相应塑性变形减小，塑性变形能损失减小，回弹能量增加。

当k减小至某一值k'以下时，塑性变形能损失虽然减少，但普通砖会产生较大的颤动，损失较多的能量，其损失能量的和反而增大。

再分析回弹仪评定烧结普通砖强度等级标准实验时的刚度，回弹值测试装置的砌筑和加工尺寸如图1所示［3］。

图1 回弹值测试装置

砖样后有砖墩约束，可以忽略其受冲击时的变形，k1→+∞，即砖样的总体刚度为k0。而当k=0时，易知回弹能量为0，即没有强度。根据以上做k—E回弹图(见图2)。

图2 刚度—回弹能量图

从图2可以看出烧结普通砖在砂浆粘结后，当总体刚度小于k'0时，烧结普通砖回弹值偏小，相应砖的强度推定值偏小;在k'0附近时，回弹值能较好的反映实际情况;当总体刚度大于k'0时，回弹值偏大，相应砖的强度推定值偏大。这样就可以解释论文［7，8］中砂浆对砖强度等级评定的不同结论。由于不同性质的构件一般有不同的k'，k0，因此难以定量分析。

3 结语

在实际检测中，可以不考虑竖向压力对烧结普通砖强度等级评定［9］的影响。砂浆对烧结普通砖强度等级评定的影响则最好是通过实验得出相应的回归方程。如果没有条件做实验得出回归方程的，考虑到建筑规范一般对砂浆厚度有要求;砂浆强度也要与砖的强度等级相适应等因素［10］。因此k1虽然会在一定范围内波动，其误差一般是在工程容许的范围内。

［1］ 阎继红，胡云昌，林志伸．回弹法和超声回弹综合法判定高温后抗压强度的实验研究［J］．工业建筑，2001，31(12):46-47．

［2］ GB/T 50315-2000，砌体工程现场检测技术标准［S］．

［3］ JC/T 796-1999，回弹仪评定烧结普通砖强度等级的方法［S］．

［4］ 唐 芳．回弹法检测混凝土抗压强度中一个常见错误的剖析［J］．基建优化，2007，28(4):103-104．

［5］ 谭国焕，李启光，徐 钺，等．香港岩石的硬度与点荷载指标和强度的关系［J］．岩土力学，1999，20(2):52-56．

［6］ 吴新璇．混凝土无损检测技术手册［M］．北京:人民交通出版社，2003．

［7］ 焦 莉，张 海，刘 明．回弹法检测砌体中烧结普通砖抗压强度［J］．沈阳建筑大学学报(自然科学版)，2004，20(4):284-286．

［8］ 管小军，顾祥林，顾 隽，等．回弹法现场检测既有砌体结构中烧结普通砖的强度［J］．结构工程师，2004，20(5):44-46．

［9］ GB/T 5101-1998，烧结普通砖［S］．

［10］ GB 50003-2001，砌体结构设计规范［S］．