发泡水泥复合板现场检测抗压强度技术研究

鄢 炜，崔 强，邹国萍，赵 阳，孙 飞

（1.中国中铁二院工程集团有限责任公司，四川 成都 610031；2.中国建筑科学研究院有限公司，北京 100013）

0 引言

发泡水泥复合板采用轻钢及钢筋桁架作为骨架，内填发泡水泥芯材构成，集轻质、高强、耐久、高效保湿、隔热、隔声、抗震及易于防水等诸多优良性能于一身。在一定程度上弥补了传统混凝土板自重大等方面存在的不足，是目前一种绿色、节能、环保的轻质建筑板材。正是这些优点使得发泡水泥复合板广泛应用于大型厂房等建筑的屋面、墙面及楼板［1］。

1 概述

1.1 背景

发泡水泥复合板采用轻钢及钢筋桁架作为骨架，内填发泡水泥芯材构成，集轻质、高强、耐久、高效保湿、隔热、隔声、抗震及易于防水等诸多优良性能，用于各类工业、商业和民用建筑结构中。

但随着轻质复合屋面板的广泛使用，这种材料也逐渐曝露出一些问题，如：屋面板上部有积水或渗水后，芯材浸水或受潮后强度损失较大、芯材与钢丝网粘结能力不足、钢丝网容易锈蚀、表层装饰层剥落等。现有方法检测出现质量问题的已使用发泡水泥复合屋面板芯材抗压强度时，需在芯材上切割试件进行试验室检测，此种检测方法受到很多限制，如芯材厚度、钢筋间距、表面装饰层等，且切割的破损面较大，有一定的安全隐患。

1.2 国内外研究现状

1.2.1 国内研究现状

发泡水泥复合板（太空板）是由钢边框或预应力混凝土边框、钢筋桁架、发泡水泥芯材、上下水泥面层（含玻纤网）复合而成的建筑板材。目前已有相应的技术图集和标准，如 GB/T 33499－2017《钢框架发泡水泥芯材复合板》、09CJ20 09CG12《钢骨架轻型板》。

1.2.2 国外研究现状

发达国家发泡水泥复合板材料发展迅速，广泛应用于建筑、国防、外贸、贮存、能源等领域。美国建设行业所用的隔音发泡水泥复合板中已占 40 %；日本业已成立发泡水泥复合板普及协会以推广这种新材料，但是目前国外方面将发泡水泥板应用于工业厂房屋面的情况较少。

国外对发泡水泥复合板的应用主要采用产品认证制度，认证单位对原材料采购、板材生产等方面进行认证，业主单位根据认证证书进行采购，现场安装即可。在使用过程中若出现质量问题时，补救措施以更换为准，一般不涉及质量检测鉴定和修复处理，也暂无质量检测和加固处理的相关方法和标准。

1.3 研究意义

现行发泡水泥复合板标准规范及各图集中，抗压强度几乎是衡量屋面复合板芯材力学性能的唯一指标，直接影响轻质复合屋面板的整体承载能力，因此对发泡水泥复合板芯材抗压强度的检测研究尤为必要。本文将研究发泡水泥复合板现场检测抗压强度的方法，为现场检测提供便利。

2 发泡水泥复合屋面板芯材抗压强度现场检测方法

发泡水泥复合屋面板芯材质量检测时，取样方法为在板材中按标准要求尺寸锯取出检测用样品，执行标准为 GB/T 33499－2017《钢框架发泡水泥芯材复合板》［2］，检测方法主要引用 GB/T 11969－2008《蒸压加气混凝土性能试验方法》［3］。而各个厂家使用的专用图集中，只对性能指标做了要求，并未提供检测方法及依据。

本节将根据现行标准，通过两个厂家生产发泡水泥芯材的轻质复合屋面板对其力学性能检测方法进行研究。

2.1 发泡水泥芯材抗压强度

由 A、B 两个厂家依据 GB/T 33499－2017《钢框架发泡水泥芯材复合板》，分别生产屋面板各 10 块，同时按相同配合比和工艺单独成型发泡水泥芯板各 10 块，从芯板中锯取 100 m m×100 m m×50 m m 的试件各 10 组，每组 3 块，养护至 28 d 后，按照 GB/T 11969－2008《蒸压加气混凝土性能试验方法》的规定进行检测。

检测方法：

①测量试件的尺寸，精确至 1 mm，并计算试件的受压面积 A1；

②将试件放在材料实验机的下压板的中心位置，以（2.0±0.5）kN/s 的速度连续而均匀地加荷，直至试件破坏，记录破坏荷载 p1；

③按式（1）计算试件的抗压强度：

式中：fcc为试件的抗压强度，MPa；p1为破坏荷载，N；A1为试件受压面积，mm2。结果按 3 块试件的算术平均值表示，修约至 0.01 MPa。

A、B 两厂的检测结果如表 1、表 2 所示。

表1 A厂家发泡水泥芯材抗压强度检测结果

2.2 发泡水泥芯材抗拉强度

本节拟参照 GB 50404－2017《硬泡聚氨酯保温防水工程技术规范》［4］中附录 B 进行，采用现场拉伸粘结强度的试验方法来进行发泡水泥复合板芯材抗拉强度的检测研究。

检测方法：

①宜在芯材板中及两端距离边框 100 mm 的位置，用钢筋扫描仪探测出钢丝网或钢桁架，避开其位置选择 3 个测点（检测时需要避开钢丝网的影响，以保证检测结果为芯材的抗拉强度）；

表2 B 厂家发泡水泥芯材抗压强度检测结果

②在测点处用记号笔画出 100 mm×100 mm 的方框，用手持切割机进行切槽，槽深以切透面层至芯材内部为宜（切割时一定要切割至芯材内部，以保证粘结抗拉检测结果即为芯材的抗拉强度）；

③清理被测部位表面污渍并保持干燥；

④采用双组份粘结剂在被测部位粘贴 100 mm×100 mm 钢标准块，并及时固定，粘结示意如图 1 所示；

图1 粘结示意图

⑤粘结剂固化后，采用拉拔仪连接钢标准块，匀速加荷直至被测部位破坏，记录破坏时的荷载 F 及破坏形式；

⑥因本试验方法是通过现场切割试件的拉伸试验来确定芯材的抗拉强度，因此，只有破坏形式为芯材内聚破坏时，测试数据才认为有效；若破坏形式为混合破坏和破坏界面不在芯材内部时，都应另选点重测，当防护面层对检测结果有影响时，应将其铲除，直接在板材芯材上试验，芯材内聚破坏如图 2 所示；

⑦以 3 个有效数据按式（2）计算芯材的抗拉强度 P：

图2 发泡水泥芯材内聚破坏

式中：P 为抗拉强度，MPa；F 为破坏荷载，N；A 为粘接面积，mm2。

单块板检测结果以 3 个测点的算术平均值表示。

两个厂家的轻质复合屋面板芯材抗拉强度检测结果如表 3、表 4 所示。

表3 A 厂家发泡水泥芯材抗拉强度检测结果

表4 B 厂家发泡水泥芯材抗拉强度检测结果

图3 发泡水泥芯材抗拉强度与抗压强度线性回归分析图

图4 发泡水泥芯材抗拉强度与抗压强度乘幂回归分析图

试验过程中所有芯材的破坏形式均为芯材内聚破坏，可以认为此检测方法能有效检测发泡水泥复合板芯材的抗拉强度。

2.3 发泡水泥复合板芯材抗压强度与抗拉强度相关性

对比发泡水泥复合板芯材的抗拉强度与抗压强度，发现具有一定的相关性，采用最小二乘法进行回归分析，线性回归分析结果如图 3 所示，非线性回归分析结果如图 4 所示。

对比分析结果，两种回归分析方法均具有高度正相关性，且相关系数相同，均为 0.97。按不同回归方程计算的抗压强度与实测抗压强度的平均相对误差及相对标准差结果如表 5 所示。

表5 发泡水泥芯材线性回归方程与乘幂回归方程的误差分析

误差分析结果表明，采用两种回归方程计算的结果平均相对误差及相对标准差满足制定测强曲线的要求。因乘幂回归结果计算的平均相对误差及相对标准差更小，将乘幂回归结果作为发泡水泥芯材的测强曲线，乘幂函数方程为：

平均相对误差：6.7 %，相对标准差：8.4 %，相关系数：0.97。

2.4 现场检测方法

通过对发泡水泥复合屋面板芯材的力学性能研究与力学性能的对比试验，确定可通过抗拉强度检测推定芯材抗压强度的检测方法。工程现场检测发泡水泥复合板芯材抗压强度时，按本文第 2.1 节的步骤进行进行检测，发泡水泥复合板芯材抗压强度的推定值按式（4）计算：

式中：fccT为发泡水泥复合板芯材抗压强度推定值，MPa。

3 结语

本文提出的现场通过抗拉强度检测推定发泡水泥复合板芯材抗压强度的检测方法，仅针对芯材采用发泡水泥体系的复合板，且测强曲线受到样本覆盖区域与样本量的限制，在使用前宜进行误差验证。