發(fā)泡水泥復合板現(xiàn)場檢測抗壓強度技術(shù)研究

鄢 煒，崔 強，鄒國萍，趙 陽，孫 飛

（1.中國中鐵二院工程集團有限責任公司，四川 成都 610031；2.中國建筑科學研究院有限公司，北京 100013）

0 引言

發(fā)泡水泥復合板采用輕鋼及鋼筋桁架作為骨架，內(nèi)填發(fā)泡水泥芯材構(gòu)成，集輕質(zhì)、高強、耐久、高效保濕、隔熱、隔聲、抗震及易于防水等諸多優(yōu)良性能于一身。在一定程度上彌補了傳統(tǒng)混凝土板自重大等方面存在的不足，是目前一種綠色、節(jié)能、環(huán)保的輕質(zhì)建筑板材。正是這些優(yōu)點使得發(fā)泡水泥復合板廣泛應(yīng)用于大型廠房等建筑的屋面、墻面及樓板［1］。

1 概述

1.1 背景

發(fā)泡水泥復合板采用輕鋼及鋼筋桁架作為骨架，內(nèi)填發(fā)泡水泥芯材構(gòu)成，集輕質(zhì)、高強、耐久、高效保濕、隔熱、隔聲、抗震及易于防水等諸多優(yōu)良性能，用于各類工業(yè)、商業(yè)和民用建筑結(jié)構(gòu)中。

但隨著輕質(zhì)復合屋面板的廣泛使用，這種材料也逐漸曝露出一些問題，如：屋面板上部有積水或滲水后，芯材浸水或受潮后強度損失較大、芯材與鋼絲網(wǎng)粘結(jié)能力不足、鋼絲網(wǎng)容易銹蝕、表層裝飾層剝落等。現(xiàn)有方法檢測出現(xiàn)質(zhì)量問題的已使用發(fā)泡水泥復合屋面板芯材抗壓強度時，需在芯材上切割試件進行試驗室檢測，此種檢測方法受到很多限制，如芯材厚度、鋼筋間距、表面裝飾層等，且切割的破損面較大，有一定的安全隱患。

1.2 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀

1.2.1 國內(nèi)研究現(xiàn)狀

發(fā)泡水泥復合板（太空板）是由鋼邊框或預應(yīng)力混凝土邊框、鋼筋桁架、發(fā)泡水泥芯材、上下水泥面層（含玻纖網(wǎng)）復合而成的建筑板材。目前已有相應(yīng)的技術(shù)圖集和標準，如 GB/T 33499－2017《鋼框架發(fā)泡水泥芯材復合板》、09CJ20 09CG12《鋼骨架輕型板》。

1.2.2 國外研究現(xiàn)狀

發(fā)達國家發(fā)泡水泥復合板材料發(fā)展迅速，廣泛應(yīng)用于建筑、國防、外貿(mào)、貯存、能源等領(lǐng)域。美國建設(shè)行業(yè)所用的隔音發(fā)泡水泥復合板中已占 40 %；日本業(yè)已成立發(fā)泡水泥復合板普及協(xié)會以推廣這種新材料，但是目前國外方面將發(fā)泡水泥板應(yīng)用于工業(yè)廠房屋面的情況較少。

國外對發(fā)泡水泥復合板的應(yīng)用主要采用產(chǎn)品認證制度，認證單位對原材料采購、板材生產(chǎn)等方面進行認證，業(yè)主單位根據(jù)認證證書進行采購，現(xiàn)場安裝即可。在使用過程中若出現(xiàn)質(zhì)量問題時，補救措施以更換為準，一般不涉及質(zhì)量檢測鑒定和修復處理，也暫無質(zhì)量檢測和加固處理的相關(guān)方法和標準。

1.3 研究意義

現(xiàn)行發(fā)泡水泥復合板標準規(guī)范及各圖集中，抗壓強度幾乎是衡量屋面復合板芯材力學性能的唯一指標，直接影響輕質(zhì)復合屋面板的整體承載能力，因此對發(fā)泡水泥復合板芯材抗壓強度的檢測研究尤為必要。本文將研究發(fā)泡水泥復合板現(xiàn)場檢測抗壓強度的方法，為現(xiàn)場檢測提供便利。

2 發(fā)泡水泥復合屋面板芯材抗壓強度現(xiàn)場檢測方法

發(fā)泡水泥復合屋面板芯材質(zhì)量檢測時，取樣方法為在板材中按標準要求尺寸鋸取出檢測用樣品，執(zhí)行標準為 GB/T 33499－2017《鋼框架發(fā)泡水泥芯材復合板》［2］，檢測方法主要引用 GB/T 11969－2008《蒸壓加氣混凝土性能試驗方法》［3］。而各個廠家使用的專用圖集中，只對性能指標做了要求，并未提供檢測方法及依據(jù)。

本節(jié)將根據(jù)現(xiàn)行標準，通過兩個廠家生產(chǎn)發(fā)泡水泥芯材的輕質(zhì)復合屋面板對其力學性能檢測方法進行研究。

2.1 發(fā)泡水泥芯材抗壓強度

由 A、B 兩個廠家依據(jù) GB/T 33499－2017《鋼框架發(fā)泡水泥芯材復合板》，分別生產(chǎn)屋面板各 10 塊，同時按相同配合比和工藝單獨成型發(fā)泡水泥芯板各 10 塊，從芯板中鋸取 100 m m×100 m m×50 m m 的試件各 10 組，每組 3 塊，養(yǎng)護至 28 d 后，按照 GB/T 11969－2008《蒸壓加氣混凝土性能試驗方法》的規(guī)定進行檢測。

檢測方法：

①測量試件的尺寸，精確至 1 mm，并計算試件的受壓面積 A1；

②將試件放在材料實驗機的下壓板的中心位置，以（2.0±0.5）kN/s 的速度連續(xù)而均勻地加荷，直至試件破壞，記錄破壞荷載 p1；

③按式（1）計算試件的抗壓強度：

式中：fcc為試件的抗壓強度，MPa；p1為破壞荷載，N；A1為試件受壓面積，mm2。結(jié)果按 3 塊試件的算術(shù)平均值表示，修約至 0.01 MPa。

A、B 兩廠的檢測結(jié)果如表 1、表 2 所示。

表1 A廠家發(fā)泡水泥芯材抗壓強度檢測結(jié)果

2.2 發(fā)泡水泥芯材抗拉強度

本節(jié)擬參照 GB 50404－2017《硬泡聚氨酯保溫防水工程技術(shù)規(guī)范》［4］中附錄 B 進行，采用現(xiàn)場拉伸粘結(jié)強度的試驗方法來進行發(fā)泡水泥復合板芯材抗拉強度的檢測研究。

檢測方法：

①宜在芯材板中及兩端距離邊框 100 mm 的位置，用鋼筋掃描儀探測出鋼絲網(wǎng)或鋼桁架，避開其位置選擇 3 個測點（檢測時需要避開鋼絲網(wǎng)的影響，以保證檢測結(jié)果為芯材的抗拉強度）；

表2 B 廠家發(fā)泡水泥芯材抗壓強度檢測結(jié)果

②在測點處用記號筆畫出 100 mm×100 mm 的方框，用手持切割機進行切槽，槽深以切透面層至芯材內(nèi)部為宜（切割時一定要切割至芯材內(nèi)部，以保證粘結(jié)抗拉檢測結(jié)果即為芯材的抗拉強度）；

③清理被測部位表面污漬并保持干燥；

④采用雙組份粘結(jié)劑在被測部位粘貼 100 mm×100 mm 鋼標準塊，并及時固定，粘結(jié)示意如圖 1 所示；

圖1 粘結(jié)示意圖

⑤粘結(jié)劑固化后，采用拉拔儀連接鋼標準塊，勻速加荷直至被測部位破壞，記錄破壞時的荷載 F 及破壞形式；

⑥因本試驗方法是通過現(xiàn)場切割試件的拉伸試驗來確定芯材的抗拉強度，因此，只有破壞形式為芯材內(nèi)聚破壞時，測試數(shù)據(jù)才認為有效；若破壞形式為混合破壞和破壞界面不在芯材內(nèi)部時，都應(yīng)另選點重測，當防護面層對檢測結(jié)果有影響時，應(yīng)將其鏟除，直接在板材芯材上試驗，芯材內(nèi)聚破壞如圖 2 所示；

⑦以 3 個有效數(shù)據(jù)按式（2）計算芯材的抗拉強度 P：

圖2 發(fā)泡水泥芯材內(nèi)聚破壞

式中：P 為抗拉強度，MPa；F 為破壞荷載，N；A 為粘接面積，mm2。

單塊板檢測結(jié)果以 3 個測點的算術(shù)平均值表示。

兩個廠家的輕質(zhì)復合屋面板芯材抗拉強度檢測結(jié)果如表 3、表 4 所示。

表3 A 廠家發(fā)泡水泥芯材抗拉強度檢測結(jié)果

表4 B 廠家發(fā)泡水泥芯材抗拉強度檢測結(jié)果

圖3 發(fā)泡水泥芯材抗拉強度與抗壓強度線性回歸分析圖

圖4 發(fā)泡水泥芯材抗拉強度與抗壓強度乘冪回歸分析圖

試驗過程中所有芯材的破壞形式均為芯材內(nèi)聚破壞，可以認為此檢測方法能有效檢測發(fā)泡水泥復合板芯材的抗拉強度。

2.3 發(fā)泡水泥復合板芯材抗壓強度與抗拉強度相關(guān)性

對比發(fā)泡水泥復合板芯材的抗拉強度與抗壓強度，發(fā)現(xiàn)具有一定的相關(guān)性，采用最小二乘法進行回歸分析，線性回歸分析結(jié)果如圖 3 所示，非線性回歸分析結(jié)果如圖 4 所示。

對比分析結(jié)果，兩種回歸分析方法均具有高度正相關(guān)性，且相關(guān)系數(shù)相同，均為 0.97。按不同回歸方程計算的抗壓強度與實測抗壓強度的平均相對誤差及相對標準差結(jié)果如表 5 所示。

表5 發(fā)泡水泥芯材線性回歸方程與乘冪回歸方程的誤差分析

誤差分析結(jié)果表明，采用兩種回歸方程計算的結(jié)果平均相對誤差及相對標準差滿足制定測強曲線的要求。因乘冪回歸結(jié)果計算的平均相對誤差及相對標準差更小，將乘冪回歸結(jié)果作為發(fā)泡水泥芯材的測強曲線，乘冪函數(shù)方程為：

平均相對誤差：6.7 %，相對標準差：8.4 %，相關(guān)系數(shù)：0.97。

2.4 現(xiàn)場檢測方法

通過對發(fā)泡水泥復合屋面板芯材的力學性能研究與力學性能的對比試驗，確定可通過抗拉強度檢測推定芯材抗壓強度的檢測方法。工程現(xiàn)場檢測發(fā)泡水泥復合板芯材抗壓強度時，按本文第 2.1 節(jié)的步驟進行進行檢測，發(fā)泡水泥復合板芯材抗壓強度的推定值按式（4）計算：

式中：fccT為發(fā)泡水泥復合板芯材抗壓強度推定值，MPa。

3 結(jié)語

本文提出的現(xiàn)場通過抗拉強度檢測推定發(fā)泡水泥復合板芯材抗壓強度的檢測方法，僅針對芯材采用發(fā)泡水泥體系的復合板，且測強曲線受到樣本覆蓋區(qū)域與樣本量的限制，在使用前宜進行誤差驗證。