随着社会的经济发展，框架结构、框架-剪力墙结构、剪力墙结构得到越来越普遍的应用。砌体结构由于价格较为经济同时又具有良好的保温、隔热、隔声的性能，依然在我国普通住宅建筑中占有一定比例。与此同时，砂浆强度对砌体的抗压、抗弯、抗剪性能有着重要影响，因此砂浆强度的检测显得尤为重要。

　　 目前，《砌体工程现场检测技术标准》(GB/T50315—2011)规定的砌筑砂浆强度检测方法有:筒压法、砂浆片剪切法、砂浆回弹法及点荷法。但是，这些方法由于存在需要取样制样，操作不便、受到的影响因素较多、误差较大等实际问题，其在现场检测中的应用并不广泛^[1]。贯入法以其原位测试、仪器轻便、操作简单、结果直观等优点，在现场检测中应用最为普遍，该方法遵照《贯入法检测砌筑砂浆抗压强度技术规程》(JGJ/T 136—2001)^[2](简称技术规程JGJ/T 136—2001)执行。然而，在砌体房屋的实际加固改造工程中，贯入法检测砌筑砂浆抗压强度也存在很多问题。一方面，技术规程JGJ/T 136—2001中规定的统一测强曲线的线性相关性较差，尤其是对于低强度段砂浆和高强度段砂浆。在低强度段，曲线较为“平缓”，斜率较小，即砂浆强度与贯入深度的相关性较差^[3];例如当贯入深度由8.8mm减小至7.2mm时，贯入深度相差1.6mm，而相应的砂浆强度由1.4MPa增加至2.2MPa，仅增加了0.8MPa^[2]。在高强度段，曲线较为“陡峭”，斜率较大，微小的贯入深度变化会导致砂浆强度的大幅变化^[3];例如，当贯入深度由3.8mm减小至3.2mm时，贯入深度仅相差0.6mm，而相应的砂浆强度由8.7MPa增大至12.6MPa，增加了3.9MPa^[2]。另一方面，根据砌筑砂浆施工工艺，砂浆在灰缝中间位置受力较均匀，墙体表面砂浆在强度增长期受到外界环境影响(如气温、水分等)程度必然高于墙体内部砂浆，导致墙体表面砂浆强度低于墙体内部砂浆强度^[4,5]。然而，贯入法所使用的测钉长度仅为(40±0.10)mm，实际检测贯入深度一般不超过20mm，检测深度过小，并不能真实地反映墙体内部砂浆的强度。

　　 本文基于以上贯入法在加固改造工程中遇到的问题，提出了一种新的砂浆强度检测方法———静压贯入法。与传统贯入法仅根据贯入深度来推测砂浆强度不同，静压贯入法则将贯入时的极限贯入阻力与极限贯入深度同时作为影响砂浆强度的重要因素，检测精度也较之有所提高。本文采用静压贯入法和自主研发的静压贯入装置，对7组不同强度等级的砂浆试块开展了静压贯入试验，综合考虑了砂浆试块表面与内部强度的差异性，并获得了线性相关性更好、检测精度更高的静压贯入测强曲线。

　　 混合砂浆由32.5号普通硅酸盐水泥、普通泥砂(中砂)、袋装干石灰和自来水拌制而成。试验季节为秋季，实验室日平均气温为23℃。

　　 (1)按照《砌筑砂浆配合比设计规程》(JGJ/T98—2010)，设计A,B,C,D,E,F,G共7组混合砂浆试块，实测7组砂浆试块强度等级分别为M4.6,M5.3,M6.0,M11.1,M16,M23.2,M40。

　　 (2)对于同一个强度等级，制作21个边长为70.7mm的立方体标准砂浆试块，采用钢底模成型，共计制备砂浆试块147个。且每一强度等级分为甲、乙、丙三组，每组6块，多余试块作为备用。制作的试块自然养护28d以上后开始进行试验。

　　 (3)将同龄期、同强度等级且同盘制作的试块表面擦拭干净，同时对甲组6块试块进行抗压强度试验，对乙组6块试块进行静压贯入试验，对丙组6块试块进行贯入试验。

　　 对于静压贯入试验，采用自主研发的静压贯入装置，如图1所示。该试验装置包括底板、两侧向立板、顶端的盖板、带有横向手轮的竖向螺杆、安装于竖向螺杆下端的竖向压力传感器、安装于竖向压力传感器下端的夹具以及固定于夹具下方的贯入钢针。每块侧向立板分别设有两根横向螺杆，位于侧向立板外的每根横向螺杆端部均设有竖向手轮。试验加载过程中，需同静态电阻应变仪(与位移计、压力传感器相连接)及计算机配合使用。

　　 (1)对每一强度等级的甲组砂浆试块进行抗压强度试验，取6块试块的抗压强度平均值作为强度实测值，精确计算至0.1MPa。

　　 (2)依次将每一强度等级的乙组砂浆试块置于底板正中位置，使贯入钢针垂直于试块表面。

　　 (3)通过旋转横向手轮，使得贯入钢针向下缓慢行进，逐渐贯入砂浆试块，同时通过竖向压力传感器和位移计记录静压贯入阻力F和相应的贯入深度d。

　　 采用静压贯入装置对A,B,C,D,E,F,G共7组砂浆试块进行试验，获得砂浆试块静压贯入阻力F和贯入深度d的相关曲线———静压贯入曲线，如图2～8所示。由于试验过程中操作失误，未能记录下E组第四个砂浆试块E4的试验数据。

　　 图2～7的静压贯入曲线结果表明，对于同一强度等级，随着贯入深度的增大，贯入阻力持续增大，曲线逐渐上升，直至贯入阻力达到峰值，试块产生较大裂缝，发生脆性劈裂破坏，贯入阻力开始迅速下降，曲线进入下降段。曲线整体呈现为既有上升段又有下降段的三角形。同时，由于砂浆并非均质材料，离散性大，导致同一强度等级砂浆试块的贯入阻力峰值有所差异。图8表明，对于强度很高的砂浆试块，由于灰砂比较大，试块较为密实，抗压、抗剪强度也较高，随着贯入深度的增大，贯入阻力持续增大，达到某一平台值后，贯入阻力开始在其附近波动，曲线呈现出带有平台段的梯形静压贯入曲线，而没有出现明显的下降段。

　　 根据图2～8中的静压贯入曲线，对各组砂浆试块的每条静压贯入曲线的贯入阻力峰值及贯入阻力峰值对应的贯入深度分别取平均值，作为该组砂浆试块的静压极限贯入阻力F_u和极限贯入深度d_u，其中G组砂浆试块贯入阻力没有明显的峰值，可相应取其“平台段”的平均值作为该组砂浆试块的静压极限贯入阻力F_u，并相应地计算静压极限贯入阻力与极限贯入深度的比值F_u/d_u，结果如表1所示。

　　 图7 F组砂浆试块静压贯入曲线

　　 依据表1的试验结果，将各组砂浆试块的极限贯入阻力F_u、极限贯入深度d_u以及的砂浆试块实测抗压强度f_c绘制于三维坐标系中，如图9所示。

　　 通过Origin9拟合得到图9中的静压贯入测强曲面方程:

　　 式中:f₁为根据式(1)所得出的砂浆试块抗压强度换算值，MPa;F_u为极限贯入阻力，N;d_u为极限贯入深度，mm。

　　 根据式(1)，计算各组砂浆试块抗压强度的换算值，并相应地计算抗压强度换算值的相对误差，结果见表2。根据表2中相对误差计算平均相对误差及相对标准差，分别为12.14%和16.96%，满足技术规程JGJ/T 136—2001规定的平均相对误差和相对标准差分别不超过18%和20%的要求。

　　 对静压贯入测强曲面进一步研究分析发现:

　　 即砂浆试块抗压强度随极限贯入阻力的增大而逐渐增大，随极限贯入深度的增大而逐渐减小。不妨据此定义，极限贯入阻力与极限贯入深度的比值F_u/d_u为砂浆试块的单位贯入阻力，N/mm。图10为砂浆试块实测抗压强度同单位贯入阻力的对比。结果表明，两者具有较好的线性相关性，即随着单位贯入阻力的增大，砂浆试块实测抗压强度基本呈线性增长。在上述试验结果的基础上，根据砂浆试块实测抗压强度与单位贯入阻力的对比分析，采用最小二乘法计算^[6]，拟合得到适用于静压贯入法检测砂浆试块抗压强度的测强曲线式(2):

　　 式中f₂为根据式(2)所得出的砂浆试块抗压强度换算值，MPa。

　　 由图10可见，静压贯入法检测试验数据点均匀分布在拟合测强曲线两侧，这表明利用静压贯入测强曲线式(2)能够较好地根据单位贯入阻力计算出砂浆试块抗压强度。按式(2)计算出的砂浆试块抗压强度的相对误差(表3)介于0.32%～23.29%，砂浆试块抗压强度的平均相对误差和相对标准差分别为8.7%和12.66%，与静压贯入测强曲面式(1)的检测误差(平均相对误差及相对标准差分别为12.14%和16.96%)相比有显著减小。

　　 参照技术规程JGJ/T 136—2001的规定，对每一强度等级的丙组砂浆试块进行贯入试验，对每一个砂浆试块的4个侧面都进行贯入深度检测，每组砂浆试块进行24次贯入深度测试，全部砂浆试块共进行168次贯入深度测试。以4次贯入深度的平均值作为该试块的贯入深度。取6个试块的贯入深度平均值作为该组砂浆试块的贯入深度d₀,mm，精确计算至0.01mm。并按照技术规程JGJ/T 136—2001中规定的测强曲线式(3)计算砂浆试块抗压强度换算值f₃，试验结果如表4所示。

　　 由表4可知，当砂浆试块抗压强度较低时，以A组砂浆试块为例，静压贯入法的极限贯入深度d_u与贯入法的贯入深度d₀相差不大;当砂浆试块抗压强度较高时，以B～F组砂浆试块为例，静压贯入法的极限贯入深度d_u为贯入法的贯入深度d₀的1.2～1.6倍;当砂浆试块抗压强度很高时，以G组砂浆试块为例，静压贯入法的极限贯入深度d_u为贯入法的贯入深度d₀的2.4倍。可以看出，除A组砂浆试块的静压贯入法的极限贯入深度略小于贯入法的贯入深度外，其余各组静压贯入法的极限贯入深度与贯入法的贯入深度相比均有所增加，其平均值约为贯入法的贯入深度平均值的1.4倍。同时，按照本文拟合的静压贯入测强曲线式(2)计算的砂浆试块抗压强度的平均相对误差(8.7%)和相对标准差(12.66%)与贯入法测强曲线式(3)计算的平均相对误差(11%)和相对标准差(14%)相比，分别减少了2.3%和1.34%。

　　 采用自主研发的静压贯入装置对砂浆试块进行了静压贯入测试。经对比、研究及分析得出以下结论:

　　 (1)砂浆试块抗压强度极限同贯入阻力呈正比趋势，与极限贯入深度呈反比趋势。

　　 (2)不论在低强度段还是在高强度段，砂浆试块抗压强度与单位贯入阻力均具有较好的线性相关性。

　　 (3)与贯入法的贯入深度相比，静压贯入法的贯入深度有所增大;同时，相比贯入法，静压贯入法测强曲线的检测精度也得到进一步提高。