水利工程浆砌石结构工程材料检测的砂浆强度检测方法

水利工程中，浆砌石结构是水库挡墙、灌区渡槽、水电站涵洞等设施的核心组成部分，而砂浆作为粘结块石的“纽带”，其强度直接决定了结构的稳定性与耐久性。若砂浆强度不足，易引发结构开裂、渗漏甚至垮塌，严重威胁水利工程的运行安全。因此，砂浆强度检测是水利工程质量管控的关键环节。本文结合水利工程实际场景，系统梳理砂浆强度检测的常用方法、技术细节与数据处理要点，为一线检测工作提供实操指导。

砂浆强度检测的基础逻辑与核心指标

在浆砌石结构中，砂浆的核心作用是将离散的块石粘结成整体，传递荷载并抵御外界环境作用（如水流冲刷、冻融循环）。其强度检测的核心指标是“立方体抗压强度”，即砂浆试块在标准条件下（温度20±2℃、相对湿度≥90%）养护28天后的抗压强度，单位为MPa。

对水利工程而言，砂浆强度需匹配结构的受力需求：例如水库挡墙长期承受水压力与土压力，要求砂浆强度不低于C20；灌区渡槽的槽身砂浆需抵御雨水冲刷与冻融，强度需达到C15以上。若砂浆强度不足，块石间的粘结力下降，会导致结构出现通缝渗漏，甚至在洪水期因水压力超载引发局部垮塌。

需注意的是，浆砌石结构中的砂浆强度并非越高越好——过高的砂浆强度会降低结构的变形适应性，反而易因块石与砂浆的变形差引发开裂。因此，检测需以设计强度为基准，兼顾结构的变形协调性。

传统破损检测法：钻芯法与压碎试验

钻芯法是砂浆强度检测中结果最准确的破损方法，适用于重要结构的抽检。其步骤可概括为“选点—钻取—加工—试验”：首先在结构的非受力关键部位选点（如挡墙侧墙中部、涵洞拱脚两侧），避免破坏结构的承重截面；随后用金刚石钻头钻取直径100mm的芯样，钻取时需控制转速（约300r/min），避免振动导致芯样开裂。

芯样取出后，需用切割机切割成边长100mm的立方体，并用打磨机处理表面，保证芯样的平整度（表面凹凸差≤0.2mm）；最后将芯样置于压力机上，以0.5-1.0MPa/s的加载速率施压，记录破坏荷载，计算抗压强度（强度=破坏荷载/芯样面积）。

钻芯法的优点是直接反映砂浆的实际强度，但缺点是会对结构造成局部破坏，因此每100m²浆砌石结构的钻芯点数不宜超过3个。例如某水库溢洪道护岸的砂浆检测中，检测人员钻取了3个芯样，其中2个强度达到C25设计要求，1个因施工时振捣不密实仅为C18，后续通过局部加固解决了问题。

半破损检测法：回弹法与贯入法的应用

回弹法是基于“砂浆表面硬度与强度正相关”的半破损方法，适合大面积普查。操作时，首先在砂浆表面选取测区（每个测区面积≥0.04m²，避开蜂窝、麻面部位），每个测区布置16个回弹点；用回弹仪垂直击打砂浆表面，记录每个点的回弹值（范围10-100）。

需注意，水利工程中的砂浆长期暴露在空气中，表面会形成碳化层（碳酸钙），需用酚酞试剂检测碳化深度（滴加后未变色区域的深度）——碳化会提高表面硬度，需对回弹值进行修正（如碳化深度≤1mm时，回弹值减2；1-2mm时减3）。例如某灌区渡槽的槽身砂浆检测中，测区碳化深度平均为1.5mm，回弹值修正后计算得强度为C16，符合设计要求。

贯入法的原理是“钢钉贯入深度与砂浆强度负相关”，操作更简便：用贯入仪将直径3.5mm的钢钉打入砂浆表面，测读贯入深度（精确至0.1mm），再根据校准曲线（由同批次砂浆试块绘制）推算强度。该方法适合砂浆层较厚（≥10mm）的结构，但受表面平整度影响大，若砂浆表面有浮灰，需先清理干净。

无损检测法：超声脉冲法的技术细节

超声脉冲法是利用超声波在砂浆中的传播特性检测强度的无损方法，适合检测内部密实度与强度。其原理是：砂浆强度越高，内部越密实，超声波传播速度越快（C20砂浆的声速约3500m/s，C30砂浆约4000m/s）。

操作时，首先在砂浆表面布置发射与接收换能器（间距200-500mm），涂抹耦合剂（如凡士林）保证声波传递；然后发射超声波，记录声时（声波传播时间）与波幅（声波能量衰减）；通过声速公式（声速=间距/声时）计算声速，再根据校准曲线（由同配合比砂浆试块建立）推算强度。

该方法的优势是不破坏结构，适合检测涵洞拱顶、水库坝肩等难以钻芯的部位。例如某水电站引水涵洞的砂浆检测中，超声法发现拱顶中部声速仅3000m/s，对应强度C15，低于设计的C20——进一步检查发现，该部位施工时未振捣到位，存在内部孔洞，后续通过压力注浆进行了加固。

原位检测法：砌体抗压强度间接推算砂浆强度

当浆砌石结构中的砂浆层过薄（≤20mm）或无法钻取芯样时，可通过检测砌体抗压强度间接推算砂浆强度。其原理是：浆砌石的抗压强度由块石强度与砂浆强度共同决定，通过经验公式可建立两者的对应关系。

操作步骤为：选取300mm×300mm×300mm的砌体试件（包含块石与砂浆），置于压力机上进行抗压试验，记录破坏荷载；根据《水利水电工程砌体结构设计规范》（SL 25-2016）中的公式，砂浆强度f_m=(f_u - 0.1f_k)/0.4（其中f_u为砌体抗压强度，f_k为块石抗压强度）。例如某水库挡墙的砌体抗压强度为5MPa，块石强度为30MPa，推算得砂浆强度约为5MPa，符合设计的C5要求。

这种方法适合块石尺寸大（≥300mm）、砂浆层薄的结构，例如山区小型水库的浆砌石坝，块石多为就地取材的毛石，砂浆层仅15mm厚，无法钻取芯样——通过检测砌体抗压强度，可间接判断砂浆强度是否符合要求。

检测结果的修正与数据有效性判断

水利工程中的砂浆长期处于潮湿或冻融环境，检测结果需进行修正：例如潮湿环境下，砂浆的含水率会提高，导致抗压强度下降——需将芯样置于通风处晾干至表面干燥（含水率≤5%），再进行试验；若无法晾干，需根据含水率修正系数（如含水率10%时，修正系数0.9）调整结果。

尺寸效应也是重要的修正因素：若钻取的芯样边长小于100mm（如70mm），需乘以尺寸修正系数（70mm芯样系数1.05，80mm系数1.02）；回弹法中，若测区的砂浆表面有粉刷层，需先清除至原砂浆表面，否则回弹值会偏高10%-15%。

数据有效性判断需遵循以下原则：同一测区的回弹值变异系数（标准差/平均值）不得超过15%，否则测区无效；钻芯法的平行试验结果偏差不得超过10%，否则需补测2个芯样；超声法中，波幅下降超过50%时，说明砂浆内部存在严重缺陷，结果无效。例如某灌区渡槽的回弹检测中，某测区的回弹值变异系数达20%——检查发现，该测区表面有严重的风化层，清除后重新检测，变异系数降至12%，结果有效。