砌体结构是我国建筑体系的重要组成部分, 历史悠久, 广泛应用于多层住宅、学校、公共建筑中。随着我国经济的高速发展、城镇化建设的快速推进, 民众对既有房屋结构的使用与居住要求越来越高, 同时随着建筑使用年限的逐渐增长及建筑材料的老化、劣化等, 大批城镇老旧房屋面临着改造与加固。既有砌体结构房屋鉴定与加固改造中重要的一环是确定墙体及砂浆的强度, 它直接影响到房屋后续处理方式和工程费用。目前已经颁布实施的《砌体工程现场检测技术标准》 (GB/T 50315—2011) 和《贯入法检测砌筑砂浆强度技术规程》 (JGJ/T 136—2017) 针对砌体和砂浆分别提出了相应的检测方法, 但是这些检测方法主要是以室内试验结果建立的曲线为依据, 砌筑质量、时间、试验条件等各方面可人为把控。而实际上, 既有老旧房屋相关资料严重缺失, 砌体结构施工质量无法把握, 且建筑经过多年使用, 会出现一定的风化等损伤, 这些造成了采用各种方法检测出的结果存在较大偏差。为解决这些问题, 很多专家学者对此进行了研究探索, 如杨建江等^[1]通过试验对点荷法、筒压法检测砌筑砂浆强度进行了研究, 得到了实际检测强度与标准抗压强度的函数关系。

　　 本文针对南京城区20世纪80年代至90年代的老旧砌体房屋, 选取处于一般干燥环境、B级施工质量等常规条件下的墙体构件, 采用贯入法和筒压法对墙体砌筑砂浆强度进行对比试验研究, 同时分别与原位轴压法试验得到的砌体强度进行进一步比对分析。

　　 贯入法、筒压法检测砂浆强度, 以及原位轴压法检测砌体强度的原理、特点及限制条件^[2,3]简要概括见表1。

　　 本次试验构件选取依照下述原则:1) 构件由烧结普通砖和水泥石灰混合砂浆砌筑;2) 处于自然干燥环境下;3) 施工质量B级, 砂浆表面无明显孔洞;4) 构件龄期相近。

　　 为提高试验结果的可比性, 试验对同一砌体构件分别进行贯入法、筒压法和原位轴压法试验。考虑各试验方法的特点, 构件检测试验按照先贯入法检测, 后原位轴压法试验, 最后进行筒压法检测的顺序。

　　 为保证检测结果的准确性, 现场操作应做到:1) 检测面人工剔凿、打磨, 减少扰动影响;2) 贯入法、原位轴压法和筒压法检测或取样部位为墙体同一区域;3) 现场检测人员和设备固定, 设备均经计量机构校准。

　　 试验中个别数据出现异常, 将导致结果产生较大的误差, 进而掩盖试验数据的规律性, 得出错误结论。本文对墙体构件检测数据的处理依据《数据的统计处理和解释 正态样本离群值的判断和处理》 (GB/T 4883—2008) ^[4], 针对同一建筑同一层墙体, 假定其砂浆配比、强度等级、砌筑质量、现场条件等方面均一致, 且其所受竖向压力相同, 各构件之间无相关性, 砂浆强度服从正态分布, 采用狄克松 (Dixon) 准则^[4]进行数据检验判别。

　　 在南京市秦淮区、白下区、玄武区分别选取2幢、3幢、2幢多层砌体住宅进行现场试验, 试验构件数量总计127个, 对构件均进行了砌体强度原位轴压法试验和砂浆强度贯入法及筒压法检测, 剔除检测异常及结果数值在检测方法适用范围之外的不合理数据后, 得到了相应构件的强度推定值。由于个别构件仅测到了1种方法的结果, 因此, 仅108个构件的试验结果用于对比分析。而这108个构件中并非所有构件都测到了3种方法的结果, 因此不同分析图中存在不同的未参与统计的无效数据, 故未绘于图中。墙体砂浆强度检测结果见图1。

　　 从图1墙体砂浆强度检测结果来看, 相同构件同一部位砂浆强度筒压法检测结果普遍比贯入法检测结果大。考虑两种检测方法特点, 贯入法检测是在砂浆表面贯入, 换算得到表层砂浆强度, 且受施工质量和环境的影响较大, 而筒压法通过内部砂浆取样进行室内试验, 施工质量和环境的影响较小, 因此造成筒压法检测结果偏大, 上述结果总体是合理的。

　　 由于墙体砂浆强度实际值未知, 以贯入法检测结果为基准, 将筒压法检测结果除以贯入法检测结果, 得到强度比值β, 结果如图2所示。β值分布统计情况如图3所示。

　　 从图2, 3可知, β值主要分布于1.0～4.0之间, 其分布概率为83%, β值介于1.0～2.5之间的概率为50%。以β表示该强度比值, 则得到同一构件筒压法检测砂浆强度与贯入法检测砂浆强度间关系, 即:

　　 $\xi {}_2=\beta \xi {}_1(1)$

　　 式中:ξ₁为贯入法检测砂浆强度, MPa;ξ₂为筒压法检测砂浆强度, MPa。

　　 墙体上部楼层对砖缝砂浆有压密作用, 上部楼层数不同, 其对砂浆的压密作用不同。考虑两种检测方法特点, 贯入法检测是在砂浆表面贯入到表层砂浆强度, 其受环境影响较大, 上部楼层压密作用对其影响相对较小, 而筒压法通过内部砂浆取样进行室内试验, 施工质量和环境的影响较小, 楼层压密作用对其影响明显。以检测部位上部楼层数为横坐标, 绘制β值与上部楼层数关系曲线, 采用2阶多项式函数对上述结果进行了拟合, 拟合结果见图4。拟合相关系数为0.878 4, 拟合结果表明β值与检测部位上部楼层数存在一定的关系。

　　 根据图4可知, 当测试部位在建筑顶层 (即上部有0.5层楼) 时, 上部楼层对两种方法影响均不大, 而筒压法测试结果本来就高于贯入法测试结果, 此时其比值较大。随着上部楼层数增加, 测试部位上部压应力也增加, 然而压应力对两种方法测试结果的作用效果却不同, 贯入法强度提高不多, 而筒压法强度提高较多, 因此出现了随上部楼层数增加, β值增加的情况。由此看来, 上述曲线变化基本合理, 但鉴于测试点数量有限, 尚需进一步研究。

　　 考虑上部竖向应力作用影响, 对原位轴压法槽间砌体强度进行统计。同时根据砂浆与砌体强度关系曲线^[5], 将贯入法和筒压法砂浆强度均换算为砌体强度, 其中普通砖块体强度等级经试压后确定为MU10。砌体强度检测结果如图5所示。

　　 由图5可以看到, 当砌筑用砖块体强度相同时, 同一构件筒压法换算砌体强度较贯入法换算砌体强度偏大, 与两种方法所测砂浆强度大小关系对应。同样以贯入法换算砌体强度为标准, 计算筒压法与贯入法换算砌体强度比值γ, 结果如图6所示。γ值分布统计情况如图7所示。

　　 从图6, 7可知, γ值主要分布于0.9～1.3之间, 其分布概率为86%, γ值介于1.0～1.2之间的概率为76%。结果表明, 常规条件下, 筒压法与贯入法换算砌体强度也存在一定的比例关系。另外换算砌体强度比值大小和分布范围明显小于砂浆强度的比值大小和分布范围, 这也验证了对于砌体强度而言, 砂浆强度贡献较小。

　　 以贯入法换算砌体强度为标准, 计算原位轴压法砌体强度与贯入法换算砌体强度的比值k, 结果如图8所示。k值分布统计情况如图9所示。

　　 从图8, 9可以看到, k值主要分布于0.75～1.5之间, 其分布概率为92%, k值介于1.0～1.5之间的概率为70%。则得到同一构件原位轴压法槽间砌体强度与贯入法检测砂浆强度间关系, 即:

　　 $f{}_{\text{u}i}=k[k{}_{1}f{}^{}\alpha {}_1(1+0.07f{}_2)k{}_2](2)$

　　 式中:f_ui为构件原位轴压法槽间砌体强度, MPa;k取1.1;f₁为砖块体强度等级值;f₂为砂浆抗压强度, MPa;k₁, k₂, α均表示砌块材料影响系数, 其取值如表2所示。

　　 同理, 以筒压法换算砌体强度为标准, 计算原位轴压法砌体强度与筒压法换算砌体强度的比值k′, 结果如图10所示。k′分布统计情况如图11所示。

　　 从图10, 11可以看到, k′值主要分布于0.6～1.4之间, 分布概率为93%, k′值介于1.0～1.4之间的概率为48%。则同一构件原位轴压法槽间砌体强度与筒压法检测砂浆强度间关系同式 (2) , 其中k值替换为k′, 可取1.05, 其他参数同式 (2) 。

　　 本文针对南京市城区既有老旧砌体住宅砂浆和砌体强度进行试验研究, 基于一定数量的构件试验结果, 对相同构件砂浆强度筒压法和贯入法检测结果进行了对比分析, 同时结合原位轴压法砌体强度试验, 对相同构件不同方法得到的砂浆强度与砌体强度间关系进行了分析验证, 得到了以下结论, 对城市老旧房屋安全性初步排查鉴定、特殊情况下鉴定等提供了一定的判断依据:

　　 (1) 相同构件同一部位砂浆强度筒压法检测结果普遍比贯入法检测结果大, 其原因主要是由于贯入法检测是在砂浆表面贯入, 换算得到表层砂浆强度, 且受施工质量和环境的影响较大, 而筒压法通过内部砂浆取样进行室内试验, 施工质量和环境的影响较小, 因此造成筒压法检测结果偏大。

　　 (2) 对相同构件筒压法与贯入法检测砂浆强度比进行统计, 筒压法与贯入法检测强度比值主要分布于1.0～4.0之间, 分布概率为83%, 其中比值介于1.0～2.5之间的概率为50%。即筒压法检测砂浆强度与贯入法检测砂浆强度存在一个比例关系, 比值范围基本处于1.0～4.0之间。

　　 (3) 考虑竖向压力对砂浆强度的影响, 采用2阶多项式对筒压法与贯入法检测强度比值与上部楼层数关系曲线进行拟合, 拟合曲线相关系数为0.878 4, 拟合效果良好。分析表明, 楼层数对两种方法检测结果影响不同, 在上部楼层数和检测方法自身特点的共同影响下, 曲线呈现图4的形式。但考虑本次试验中针对该项内容的测试点数量较少, 后续有条件可开展进一步研究。

　　 (4) 将筒压法和贯入法砂浆强度换算为砌体强度进行对比, 换算砌体强度比值大小和分布范围明显小于砂浆强度的比值大小和分布范围, 证明了对于砌体强度而言, 砂浆强度贡献较小。

　　 (5) 将原位轴压法砌体强度与贯入法换算砌体强度进行对比, 其比值主要分布于0.75～1.5之间, 分布概率为92%, 比值介于1.0～1.5之间的概率为70%。由此得到同一构件原位轴压法槽间砌体强度与贯入法检测砂浆强度间换算关系。

　　 (6) 将原位轴压法砌体强度与筒压法换算砌体强度进行对比, 其比值主要分布于0.6～1.4之间, 分布概率为93%, 比值介于1.0～1.4之间的概率为48%。由此得到同一构件原位轴压法槽间砌体强度与贯入法检测砂浆强度间换算关系。