用鉆芯取樣法檢測混凝土強(qiáng)度的體會

1、電大理工2006年8月 Dianda Ligong 第3期 總第228期用鉆芯取樣法檢測混凝土強(qiáng)度的體會馬宏韜 于長青遼寧源增房地產(chǎn)開發(fā)有限公司 ( 沈陽 110000 摘 要 對已有建筑進(jìn)行結(jié)構(gòu)強(qiáng)度檢測是實現(xiàn)建筑使用功能的一項重要技術(shù)手段，如何在不破壞或微破損的條件下得到較準(zhǔn)確的技術(shù)數(shù)據(jù)是該項技術(shù)需要重點研究的問題。鉆芯取樣法檢測混凝土抗壓強(qiáng)度就是這樣一種微破損的直接檢測技術(shù)。關(guān)鍵詞 混凝土 檢測 技術(shù)采用鉆芯取樣法檢測混凝土抗壓強(qiáng)度對已有建筑物進(jìn)行結(jié)構(gòu)強(qiáng)度檢測，是一項實用技術(shù)，具有重要的經(jīng)濟(jì)意義，目前已經(jīng)有了CECS 標(biāo)準(zhǔn)，在處理混凝土強(qiáng)度質(zhì)量有爭議的時候，采用鉆芯取樣法是很有效的。近年來

2、，國內(nèi)鉆芯取樣法的檢測設(shè)備的產(chǎn)品質(zhì)量也有很大提高，這對于進(jìn)一步推廣這一檢測技術(shù)是有利的。鉆芯取樣法與一般常用的非破損檢測方法比較，其突出優(yōu)點在于它能直接反映混凝土的強(qiáng)度、內(nèi)部結(jié)構(gòu)和裂縫狀況，屬于一種直接檢測方法，因為是直接檢測強(qiáng)度的方法，對結(jié)構(gòu)不免有所損壞，但這種損壞不影響結(jié)構(gòu)的使用，所以一般把這種方法稱作微破損檢測方法。對商品混凝土及受到火災(zāi)、強(qiáng)震后開裂及碳化較深的混凝土來說，欲得到較準(zhǔn)確的計算參數(shù)，采用回彈或超聲法等非破損強(qiáng)度檢測方法是比較困難的。此時必須使用鉆芯取樣法對已經(jīng)固化的混凝土的強(qiáng)度進(jìn)行檢測，確保工程質(zhì)量。由于我國不使用圓柱體標(biāo)準(zhǔn)混凝土試塊定義混凝土抗壓強(qiáng)度，所以必須使用換算系數(shù)

3、對試驗數(shù)據(jù)加以調(diào)整。影響混凝土芯樣抗壓強(qiáng)度的因素很多，如已有混凝土強(qiáng)度等級的高低、鉆機(jī)性能、鉆取芯徑的高徑比，芯樣端面的平整度、水平度、芯樣軸線的偏斜度、混凝土骨料粒徑、芯樣含筋狀況、芯樣端面處理方法及芯樣含水率等。對于商品混凝土來說，廠家使用的混凝土攙和料的品種和數(shù)量都很不相同，此時根本無法使用回彈法檢測結(jié)構(gòu)混凝土的實際強(qiáng)度，必須使用鉆芯取樣法。1 不同直徑芯樣的抗壓強(qiáng)度按照常規(guī)立方體成型試件的抗壓強(qiáng)度概念，有尺寸效應(yīng)的影響，通常試樣的尺寸越小，其試驗值越高，相應(yīng)的試驗數(shù)據(jù)的變異越大。而從鉆芯法的實際工程應(yīng)用看，試件的尺寸必須盡量小些，這樣不但便于取樣，也可減少對原混凝土的破損程度。實際上如

4、果芯樣的直徑過小，則有時在芯樣的橫斷面上骨料所占的比例很大，這樣在芯樣受壓時，約束芯樣橫向變形的抗力就減小得多，其結(jié)果會使芯樣的強(qiáng)度降低，而不像立方體成型試件那樣，尺寸越小壓力值越高。在工程實際取樣中，如果用小直徑鉆頭，在骨料粒徑較大的混凝土上取樣，由于鉆機(jī)在鉆進(jìn)時的扭矩作用，芯樣通常難以取出。因此，在國外的一些規(guī)程中規(guī)定，芯樣直徑的尺寸應(yīng)大于 23倍最大骨料粒徑的尺寸。國內(nèi)科研單位采用5 cm 、7 cm 和10 cm 的鉆頭鉆取芯樣實驗結(jié)果，反映了如上的影響，根據(jù)國內(nèi)有關(guān)科研部門的研究，直徑為 100毫米的芯樣抗壓強(qiáng)度試驗結(jié)果有較明顯的規(guī)律性，隨著高徑比的增加，其抗壓強(qiáng)度是降低的，強(qiáng)度變異

5、系數(shù)C v 為 0.11左右，這還是可以接受的。而直徑為70和50 mm的芯樣抗壓強(qiáng)度試驗結(jié)果則出現(xiàn)了若干不規(guī)律現(xiàn)象，有的高徑比大的試件抗壓強(qiáng)度反而高于高徑比小的試件；在高徑比相當(dāng)?shù)那闆r下，小直徑芯樣的抗壓強(qiáng)度低于大直徑的試件。出現(xiàn)這種現(xiàn)象的原因在于小直徑芯樣對于骨料尺寸的影響更加敏感，試件強(qiáng)度的離散性更大；這樣一來，就出現(xiàn)了一個問題，那就是如何采用鉆芯取樣法確定已有混凝土抗壓強(qiáng)度最佳芯樣直徑？即在現(xiàn)有的設(shè)備工藝基礎(chǔ)上，既要使已有的混凝土破損最小、又要保證試驗結(jié)果的可靠性。在我國混凝土結(jié)構(gòu)的安全度標(biāo)準(zhǔn)的計算中，一般說來，芯樣直徑以100 mm為. 28 . 電大理工 總第228期佳。但在實際工

6、程檢測中，由于配筋或其他原因，必須采用D =70mm 或D =50 mm的芯樣，此時必須考慮骨料粒對所取芯樣的尺寸效應(yīng)影響。2 芯樣抗壓強(qiáng)度與高徑比（H D ）的關(guān)系通常在現(xiàn)場取得的芯樣高徑比（HD）的范圍在0.662.28之間，其考慮基點在于，實際工程取樣可能有不同的高徑比，同時要消除以下的影響，其一是由于高徑比過大（一般大于3）引起的縱向彎曲的影響，其二是由于高徑比過小帶來破壞機(jī)理變化的影響。為此，國外一般都采用控制高徑比的方法來減小試驗誤差，由于考慮的出發(fā)點有區(qū)別，有些國家規(guī)定HD在1.02.0范圍內(nèi)，例如日本清水建設(shè)研究所就規(guī)定HD = 0.52.0。為盡量提高實際工程鉆芯取樣的適用性

7、，并減化芯樣加工程序，宜選用較寬的高徑比范圍。試驗結(jié)果表明，一般情況下，芯樣抗壓強(qiáng)度隨高徑比的增加而降低。這是由于試驗機(jī)上、下壓板的約束作用，使得高徑比小的試件沿全高不易產(chǎn)生橫向變形。在實踐中，當(dāng)使用鉆芯取樣法檢測已有混凝土的強(qiáng)度時，一個重要的技術(shù)關(guān)鍵在于確定合理的驗收函數(shù)，這有賴于進(jìn)行足夠數(shù)量的試驗而確定。對于D 100 mm 的芯樣，各國規(guī)程中列舉的與標(biāo)準(zhǔn)強(qiáng)度相應(yīng)的芯樣高徑比不同，因為各國用于設(shè)計的混凝土標(biāo)準(zhǔn)強(qiáng)度的定義不同，因此很難與國內(nèi)的研究直接比較。國內(nèi)的一些研究單位多數(shù)趨于采用高徑比等于1.0的芯樣強(qiáng)度與標(biāo)準(zhǔn)強(qiáng)度對應(yīng)，對于混凝土的28天強(qiáng)度檢驗來說，這當(dāng)然是有根據(jù)的。然而，對于鉆芯取

8、樣法來說，如果不加任何修正，這樣協(xié)議性規(guī)定的結(jié)果是不嚴(yán)密的，其結(jié)果按鉆芯取樣法檢定有可能偏于危險，因為鉆芯試件和成型試件很不相同。不能把成型試件的結(jié)論直接應(yīng)用到鉆芯試件中，對這一點，國內(nèi)各科研單位作了許多有益的工作，這里不予贅述。3 鉆芯取樣法的操作結(jié)合CECS 標(biāo)準(zhǔn)，下面具體介紹一下鉆芯取樣法的檢測操作方法當(dāng)對試塊抗壓強(qiáng)度的測試結(jié)果有懷疑時、因材料、施工或養(yǎng)護(hù)不良而發(fā)生混凝土質(zhì)量問題時、混凝土遭受凍害、火災(zāi)、化學(xué)侵蝕或其他損害時、檢測經(jīng)多年使用的建筑結(jié)構(gòu)或構(gòu)筑物中混凝土強(qiáng)度時推薦使用鉆芯取樣法檢測混凝土強(qiáng)度。另外對于商品混凝土，則必須用鉆芯取樣法檢測結(jié)構(gòu)混凝土的實際強(qiáng)度鉆芯取樣機(jī)具的操作及芯

9、樣加工、應(yīng)由熟練的工作人員完成，并應(yīng)遵守國家有關(guān)安全技術(shù)、勞動保護(hù)的規(guī)定。(1對主要設(shè)備的基本要求鉆取芯樣及芯樣加工的主要設(shè)備、儀器、均應(yīng)具有產(chǎn)品合格證。鉆芯取樣機(jī)應(yīng)具有足夠的剛度、操作靈活、固定和移動方便，并應(yīng)有冷卻系統(tǒng)。鉆芯取樣機(jī)主軸的徑向跳動不應(yīng)超過0.1mm ，工作時噪音不應(yīng)大于90dB。鉆取芯樣時宜采用內(nèi)徑100 或150 的金剛石或人造金剛石薄壁鉆頭。鉆頭胎體不得有肉眼可見的裂縫、缺邊、少角、傾斜及喇叭口變形。鉆頭胎體對鋼體的同心度偏差不大于0.3 mm ，鉆頭的徑向跳動不得大于1.5。鋸切芯樣用的鋸切機(jī)，應(yīng)具有冷卻系統(tǒng)和牢固夾緊芯樣的裝置；配套使用的人造金剛石圓鋸片應(yīng)有足夠的剛度

10、。芯樣宜采用補(bǔ)平裝置（或研磨機(jī)）進(jìn)行端面加工。補(bǔ)平裝置除保證芯樣的端面平整外，尚應(yīng)保證端面與軸線垂直。探測鋼筋位置的磁感儀，應(yīng)適用于現(xiàn)場操作，其最大探測深度不應(yīng)小于鉆進(jìn)深度，探測位置偏差不宜大于。(2芯樣鉆取采用鉆芯取樣法檢測混凝土結(jié)構(gòu)強(qiáng)度前，應(yīng)盡可能具備結(jié)構(gòu)檢測所需要的資料，如工程名稱（或代號）及設(shè)計、施工、建設(shè)單位名稱；結(jié)構(gòu)或構(gòu)件種類、外形尺寸及數(shù)量；設(shè)計采用的混凝土強(qiáng)度等級；成型日期，原材料(水泥品種、粗骨料粒徑等和混凝土試塊抗壓強(qiáng)度試驗報告；結(jié)構(gòu)或構(gòu)件質(zhì)量狀況和施工中存在問題的記錄；有關(guān)的結(jié)構(gòu)設(shè)計圖和施工圖等。芯樣應(yīng)在結(jié)構(gòu)或構(gòu)件的下列部位鉆?。航Y(jié)構(gòu)或構(gòu)件受力較小的部位；混凝土強(qiáng)度質(zhì)量具

11、有代表性的部位；便于鉆芯取樣機(jī)安放與操作的部位；避開主筋、預(yù)埋件和管線的位置，并盡量避開其他鋼筋。鉆取的芯樣數(shù)量應(yīng)符合下列規(guī)定：按單個構(gòu)件檢測時，每個構(gòu)件的鉆芯取樣數(shù)量不應(yīng)少于個；對于較小構(gòu)件，鉆芯取樣數(shù)量可取個；對構(gòu)件第3期 馬宏韜等:用鉆芯取樣法檢測混凝土強(qiáng)度的體會 . 29 .的局部區(qū)域進(jìn)行檢測時，應(yīng)由要求檢測的單位提出鉆芯取樣位置及芯樣數(shù)量。鉆取的芯樣直徑一般不宜小于骨料最大粒徑的倍，在任何情況下不得小于骨料最大粒徑的倍。鉆芯取樣機(jī)就位并安放平穩(wěn)后，應(yīng)將鉆機(jī)固定，以便工作時不致產(chǎn)生位置偏移。固定的方法應(yīng)根據(jù)鉆芯取樣機(jī)構(gòu)造和施工現(xiàn)場的具體情況，分別采用頂桿支撐、配重、真空吸附或膨脹螺栓等

12、方法。鉆芯取樣機(jī)在未安裝鉆頭之前，對于三相電動機(jī)應(yīng)先通電檢查主軸旋轉(zhuǎn)方向。當(dāng)旋轉(zhuǎn)方向為順時針時，方可安裝鉆頭。若旋轉(zhuǎn)方向不對，應(yīng)通過改變相序的方法調(diào)整好旋轉(zhuǎn)方向。鉆芯取樣機(jī)主軸的旋轉(zhuǎn)軸線，應(yīng)調(diào)整到與被鉆取芯樣的混凝土表面相垂直。鉆芯取樣機(jī)接通水源、電源后，撥動變速鈕調(diào)到所需轉(zhuǎn)速。正向轉(zhuǎn)動操作手柄使鉆頭慢慢接觸混凝土表面，待鉆頭刃部入槽穩(wěn)定后方可加壓。進(jìn)鉆到預(yù)定深度后，反向轉(zhuǎn)動操作手柄，將鉆頭提升到接近混凝土表面，然后停電停水。鉆芯取樣時用于冷卻鉆頭和排除混凝土料屑的冷卻水流量宜為min ，出口水溫不宜超過30 。從鉆孔中取出的芯樣在稍微晾干后，應(yīng)標(biāo)上清晰的標(biāo)記。若所取芯樣的高度及質(zhì)量不能滿足要

13、求時，則應(yīng)重新鉆取芯樣。芯樣在運送前應(yīng)仔細(xì)包裝，避免損壞。結(jié)構(gòu)或構(gòu)件鉆芯取樣后所留下的孔洞應(yīng)及時進(jìn)行修補(bǔ)，以保證其正常工作。工作完畢后，應(yīng)及時對鉆芯取樣機(jī)和芯樣加工設(shè)備進(jìn)行維修保養(yǎng)。(3芯樣加工及技術(shù)要求芯樣抗壓試件的高度和直徑之比應(yīng)在的范圍內(nèi)。采用鋸切機(jī)加工芯樣試件時，應(yīng)將芯樣固定，并使鋸切平面垂直于芯樣軸線。鋸切過程中應(yīng)冷卻人造金剛石圓鋸片和芯樣。芯樣試件內(nèi)不應(yīng)含有鋼筋。如不能滿足此項要求，每個試件內(nèi)最多只允許含有二根直徑小于10 mm 的鋼筋，且鋼筋應(yīng)與芯樣軸線基本垂直并不得露出端面。鋸切后的芯樣，當(dāng)不能滿足平整度及垂直度要求時，宜采用以下方法進(jìn)行端面加工：在磨平機(jī)上磨平；用水泥砂漿（或

14、水泥凈漿）或硫磺膠泥（或硫磺）等材料在專用補(bǔ)平裝置上補(bǔ)平。水泥砂漿或水泥凈漿補(bǔ)平厚度不宜大于5 mm ，硫磺膠泥（或硫磺）補(bǔ)平厚度不宜大于1.5 mm 。補(bǔ)平層應(yīng)與芯樣結(jié)合牢固，以使受壓時補(bǔ)平層與芯樣的結(jié)合面不提前破壞。芯樣在試驗前應(yīng)對其幾何尺寸作下列測量：平均直徑：用游標(biāo)卡尺測量芯樣中部，在相互垂直的兩個位置上，取其二次測量的算術(shù)平均值，精確至0.5 mm ；芯樣高度：用鋼卷尺或鋼板尺進(jìn)行測量，精確至1 mm ；垂直度：用游標(biāo)量角器測量兩個端面與母線的夾角（精確至0.1度）；平整度：用鋼板尺或角尺緊靠在芯樣端面上，一面轉(zhuǎn)動鋼板尺，一面用塞尺測量與芯樣端面之間的縫隙。芯樣尺寸偏差及外觀質(zhì)量超過CECS 標(biāo)準(zhǔn)的規(guī)定時，不得用作抗壓強(qiáng)度試驗。(4抗壓強(qiáng)度試驗芯樣試件的抗壓試驗應(yīng)按現(xiàn)行國家標(biāo)準(zhǔn)普通混凝土力學(xué)性能試驗方法中對立方體試塊抗壓試驗的規(guī)定進(jìn)行。芯樣試件宜在與被檢測結(jié)構(gòu)或構(gòu)件混凝土濕度基本一致的條件下進(jìn)行抗壓試驗。如結(jié)構(gòu)工作條件比較干燥，芯樣試件應(yīng)以自然干燥狀態(tài)進(jìn)行試驗；如結(jié)構(gòu)工作條件比較潮濕，芯樣試件應(yīng)以潮濕狀態(tài)進(jìn)行試驗。按自然干燥狀態(tài)進(jìn)行試驗時，芯樣試件在受壓前應(yīng)在室內(nèi)自然干燥天；按潮濕狀態(tài)進(jìn)行試驗時，芯樣試件應(yīng)有20的清水中浸泡4048 ，從水中取出后應(yīng)立即進(jìn)行抗壓試驗。(5芯樣混凝土強(qiáng)度的計算芯樣試件的混凝土強(qiáng)度換算值系指用鉆芯取樣法測得的芯樣強(qiáng)度，換算成相應(yīng)于測試齡