对钻芯法检测建筑物混凝土强度的探讨

摘要目前，钻芯检测法是检测现场混凝土抗压强度的主要方法之一，利用专用钻机和人造金刚石空心薄壁钻头，从结构混凝土中钻取芯样以检测混凝土强度和检查混凝土内部缺陷的方法。由于它对结构混凝土造成局部损伤，因此它是一种半(微)破损的现场检测手段。钻芯法比较直观，且更能反映出构件混凝土强度的实际情况，因此在工程检测中得到较为广泛的应用和认可。

关键词钻芯法检测混凝土条件

一钻芯法内涵及检测要点

钻芯法属于半破损检验法。半破损法以不影响结构或构件的承载能力为前提,在结构或构件上直接进行局部破坏性试验,或直接钻取芯样进行破坏性试验,然后根据试验值与结构混凝土标准强度的相关关系,换算成标准强度值,并据此推算出强度标准值的推定值或特征强度。属于半破损检验法的还有拔出法、射击法、就地嵌注试件法等。这类方法的特点是以局部破坏性试验获得结构混凝土的实际抵抗破坏的能力,因而直观可靠,测试结果易为人们所接受。其缺点是造成结构物的局部破坏,需进行修补,因而不宜用于大面积的全面检测。

钻芯法是利用专用钻机,从结构混凝土中钻取芯样以检测混凝土强度或观察混凝土内部质量的方法。钻芯机应具有足够的刚度,操作灵活、固定和移动方便,并应有水冷却系统,钻取芯样时宜采用内径100mm或150mm的金刚石或人造金刚石薄壁钻头。取出的芯样在做强度试验前宜采用锯切法将样品加工成长度大于0.95倍小于2.05倍直径的圆柱体。加工时芯样必须由夹紧装置固定,用小型锯切机切割以保证切面与圆柱体侧面的垂直度要求,一般要求垂直度误差不能大于2度。芯样端面的不平整度在100mm长度内不能超过0.1mm。

利用从结构混凝土中钻取的芯样，根据检测的目的和要求，可进行下列项目的试验和检查：

1.混凝土的抗压强度;

2.混凝土的抗拉强度;

3.混凝土的劈裂抗拉强度;

4.混凝土的容重、吸水性及抗冻性;

5.混凝土的裂缝深度或受冻层深度;

6.混凝土接缝、分层、离析、孔洞等缺陷;

7.机场跑道、公路路面混凝土厚度;

8.建筑物的打孔或锚栽钢筋。

二钻芯法检测混凝土强度的条件

1钻芯法的选用条件

钻芯法检测混凝土强度,一般在回弹法不适用时选用,或对其它非破损测得的数据有怀疑时采用。随着高强混凝土在工程结构中的广泛应用,钻芯法已成为评价混凝土强度的重要方法。相对来讲,在检测精度要求越来越高的今天,钻芯法显得更为重要。当有下列情况时,选择钻芯法检测混凝土强度:①对试块抗压强度的测试结果或对其它非破损测强取得的数据有怀疑时;②混凝土遭冻伤、火灾、化学侵蚀或其它损害时;检测经多年使用的建筑结构或构筑物中混凝土强度时。钻芯法也有它的局限性,它对混凝土构件有一定的破坏,对钻芯位置的选取和数量等均受到一定限制,且成本较高,操作较复杂,故一般在工程检测中不宜大量钻芯。

2现场钻芯位置的选择

实际工程中,同层次、同混凝土强度等级,同浇捣日期的相同类型的结构或构件有很多,在选钻芯样钻取部位时,首先应选择受力较小的构件钻取芯样,如高度或跨度较小的构件。

2·1　混凝土梁

(1)梁的受力图形为余弦波状,梁中间部位截面的上部受压下部受拉,梁两端1/3~1/4跨度范围内剪力较大,上部受压且常有抗剪弯筋,故钻芯时宜选在距梁两端1/3~1/4跨度部位、梁身中下部;框架梁,当梁截面高度h≥500mm时,钻芯部位可选在中和轴上弯矩最小值处或者梁跨中中和轴以下部分;梁截面高度h<500mm时,也取在中和轴上弯矩最小值处,但不能在梁跨中中和轴以下部位钻芯。当梁截面高度较小时,跨中混凝土受压受拉区高度也较小,容易因误取跨中受压区混凝土而影响构件安全使用。理论上弯矩最小值处的混凝土不受力,钻芯样后,对构件影响甚微,梁跨中中和轴以下部分混凝土只受拉,按钢筋混凝土计算原理,该处抗拉由钢筋承担,混凝土只与钢筋粘结,起保护作用。在实际操作过程中,工程现场不可能提供构件弯矩图,必须熟练运用结构力学知识,迅速判断出构件弯矩最小值的大致位置。

(2)住宅工程中检测阳台挑梁混凝土强度时,钻芯样大部位宜选在阳台挑梁在室内锚固部分距外墙为1m左右的托梁上。底层框架、二层以上砖混结构的商住楼,检测底层框架的混凝土强度时,宜应选在纵横轴的边轴框架梁上钻芯样。混合结构中简支梁与圈粱相连时,需检测简支粱的混凝土强度,宜选在圈梁上钻取。

2·2　混凝土柱

(1)　无论是轴向或偏心受力柱,钻芯部位都选在柱的纵横轴线交点处即柱中,因为柱混凝土的施工是从下到上进行浇捣的,振捣后,由于重力作用柱的下半部石子偏多而上半部偏少,一般说来下半部的混凝土强度要高于上半部,此处对受力偏心柱来说,弯矩最小值处也大致在柱中位置,因此,钻芯部位选在柱中,既代表该柱混凝土实际质量,又可减少柱的损伤。

(2)柱在主框架方向钢筋分布较密,非框架方向钢筋较少;柱的上下两端为箍筋加密区,柱身由楼面往上1~1·5m范围内往往是纵向钢筋接头的部位、箍筋加密区,钢筋分布较密;柱身的受力一般两端大,中间小;故芯样的钻取部位宜选在非主框架方向,在距楼面1·5m以上结构受力较小的位置。

(3)预应力混凝土构件,按施加预应力的方法不同分先张和后张二类,后张法的受弯构件(构件宽b≤250mm),在没有张拉前可在构件中和轴弯矩最小值处钻芯样,钻芯深度不宜过长,尽量控制在120mm,绝对不能在两端的锚固区钻取。至于其他类型的预应力混凝土构件,根据《规范》要求,不宜钻取。

(4)混凝土墙、板宜在浇筑段距端部300mm处取样;对易损伤结构功能的构件,如薄壁构件应在不重要的部位取样。

(5)独立基础或条形基础一般仅底部有一层钢筋,上部属于构造配筋,可在上部直接用钻芯机垂直钻芯样或者在大放脚的基杯上钻芯样;片筏基础或箱型基础,上表面钢筋密,必须从侧面选取钻芯位置。

(6)在混凝土结构构件中,由于受到施工、养护或位置的影响,其各部分的强度并不是均匀一致的。因此,在选择钻芯位置时应考虑这些因素,以使钻芯位置的混凝土强度具有代表性。在条件许可时,一般应先进行非破损测试,然后根据检测结果有目的地确定钻芯位置。

(7)对于楼板一类的构件,钻芯样后可切去浇捣面约板厚20%的不具代表性的混凝土;绝对避免在混凝土施工缝处即二次混凝土浇捣结合处钻芯样,因为此处混凝土不具有代表性。

3·3钻芯数量的确定

取芯的数量，应视检测的目的而定：

单个构件进行混凝土强度检验，在构件上取芯个数一般不少于3个，当构件的体积截面较小时可取2个;成批构件进行混凝土强度检测时，取芯数量应为20～30个，当取芯直径小于标准尺100mm时，取芯数量应适当增加。每个构件上宜取一个芯样;

当取芯是为了修正回弹法或超声回弹综合法检测混凝土强度时，则取芯数量应不少于6个;

如结构遭受火灾、冻害、化学腐蚀、质量可疑或存在内部缺陷时，取芯数量视具体情况而定。

三芯样试件抗压试验及强度计算

3.1抗压试验方法

芯样试件进行抗压试验时可分潮湿和干燥状态两种情况。干燥状态下试验的试件通常比经过浸湿的芯样强度高7%左右。

钻芯法规程规定：结构工作条件比较干燥，芯样试件以自然干燥状态进行试验;结构工作条件比较潮湿，芯样试件以潮湿状态进行试验。对于干燥状态，即芯样试件在受压前在室内自然干燥3d;潮湿状态进行试验时，芯样试件在20±5℃的清水中浸泡40-48h。

《水工混凝土试验规程》规定：试件在试验前需在标准养护室养护一周。

3.2抗压强度计算

钻芯法规程中规定：以直径和高度均为100mm的圆柱体作为标准试件。

芯样试件的抗压强度等于试件破坏时的最大压力除以截面积。

Fccor,i=α (4F)(πd2)

fcor，i——芯样试件混凝土强度换算值，MPa;

F——芯样试件抗压试验测得的最大压力，N;

d——芯样试件的平均直径，mm;

a——不同的高径比芯样试件混凝土换算强度的修正系数。

《水工混凝土试验规程》规定：

长直比为1.0的芯样试件抗压强度，换算成150cm×150cm×150cm立方体的抗压强度，应乘以一换算系数：

芯样和150cm3立方体试件之间抗压强度换算系数

芯样尺寸mmφ100×100φ150×150φ200×200

换算系数A1.001.041.18

钻芯法规程中规定：单个构件或单个构件的局部区域,可取芯样试件混疑土强度换算值中的最小值作为其代表值。

《水工混凝土试验规程》规定：以三个试件测值的平均值作为试验结果

芯样和150cm3立方体试件之间抗压强度换算系数

四钻芯法在工检测混凝土强度的过程中应注意的问题

1钻芯对混凝土结构内钢筋的伤害

现代工程的设计越来越多地采用小截面、高强度混凝土、高承载力的钢筋密集型结构,需要钻取小直径芯样才能完成检测。但按规定,钻芯样直径不宜小于骨料最大粒径的3倍,在任何条件下,不得小于骨料最大粒径的2倍。在对某教学楼进行检测时,柱身混凝土使用石子为20~40mm,钻芯样的直径不得小于80mm,但柱内主筋间距只有70mm左右,无法在不损伤主筋的情况下取出符合规范的芯样。只好用100mm内径钻头在柱身中间钻芯样,将中间的主筋钻断,并钻入近200mm才取出合格的芯样,然后把钻芯孔凿开,用钢筋焊接机按规范要求把被切断的钢筋焊回去。这种做法除伤害主筋之外,为了重新焊接钢筋又保证焊接长度而必须打开周边的混凝土,后期修复工作带来的损伤其实更严重。现场检测时一定要根据粗骨料粒径和结构配筋率选钻芯样尺寸,

2掺有粉煤灰的商品混凝土强度检测

掺粉煤灰的混凝土强度增长较慢,存在早期强度低,后期强度高的特点。新建工程在工期要求范围内混凝土强度检测结果通常偏低,往往引起质量判断上的失误。在对某办公大楼商品混凝土检测中,混凝土设计强度为C60,第一次钻芯抽样检测结果普遍偏低,第二次检测与第一次间隔26d,检测结果比第一次有较大提高。建议在目前没有相应完善的规范、标准情况下。对掺加粉煤灰的混凝土检测时,如第一次检测结果不合格,先不要出报告,隔一段时间(最好超过30天)再做一次检测,避免检测结果失误。

总之，钻芯法的检测结果作为工程验收或加固时最后的检测依据，对工程的走向影响很大。该检测结果直接决定了工程的损失程度，有时该结果的差异甚至会造成数千万元的损失，所以一定要对取芯至压芯的整个过程进行全面的严格控制，尽量减少每道环节对结果的影响程度，以更好的获得准确、可靠的数据，避免造成工程的隐患或浪费。

参考文献

[1]　CECS03:2007,钻芯法检测混凝土强度技术规程[S].

[2]　吴慧敏.结构混凝土现场检测技术[M].第一版.长沙:湖南大学出版社,1998.