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2 O8 四川建筑科学研究 S i c h u a n B u i l d i n g S c i e n c e 第 3 6卷第 3期 2 0 1 0年 6月 不同直径的混凝土芯样强度探讨 刘梦溪 ( 徐州建筑职业技术学院， 江苏 徐州2 2 1 0 0 8 ) 摘要 ： 通过试验 ， 着重研究了6 1 0 0 m m1 0 0 m m， 6 7 5 mm x 7 5 m m， 6 4 8 m m x 4 8 m m混凝土芯样强度值与 1 5 0 m m X 1 5 0 m m 1 5 0 m m同条件的混凝土试块强度值， 并在综合分析国内研究成果的基础上 ， 探讨了不同直径混凝土芯样与标准混凝土试块 抗压强度值之间的修正系数， 并提出了作者的观点。 关键词： 钻芯法； 标准芯样； 混凝土抗压强度值 中图分类号： T U 5 2 8 0 7 文献标识码 ： A 文章编号： 1 0 0 81 9 3 3 ( 2 0 1 0 ) 0 3 2 0 80 4 Di s c u s s i o n o n s t r e n g t h o f d i ffe r e n t c o n c r e t e c o r e UU Me n g x i ( X u z h o u I n s t i t u t e o f A r c h i t e c t u r a l T e c h n o l o g y， X u z h o u 2 2 1 0 0 8 ， C h i n a ) A b s t r a c t ： T h e t e x t s t u d i e s t h e s t r e n g t h o f 6 1 0 0 m m1 0 0 m m c o n c r e t e c o r e ， 6 7 5 mm x 7 5 m m c o n c re t e c o r e ， 648 m m x 4 8 m m c o n c r e t e C O re a n d 1 5 0 mm 1 5 0 mm x 1 5 0 mm c o n c r e t e ma s o n r y u n d e r t h e s a me c o n d i t i o n s Mo r e o v e r a me n d me n t s t o t h e r e l a t i o n s h i p o f c o n c r e t e p r e s s i v e s t ren gth o f d iffe r e n t d i a me t e r c o n c ret e c o r e a n d s t a n d a r d c o n c r e t e ma s o n r y i s g i v e n o n t h e b asi s o f a c o mp r e h e n s i v e a n a l y s i s o f d o m e s t i c r e s e a r c h r e s u l t s T h e a u t h o r s p o i n t o f v i e w i s als o gi v e n i n t h e t e x t Ke y wo r d s ： d r i l l e d C O re； s t and a r d c o r e s p e c i me n ； c o mp r e s s i v e s t r e n g t h o f c o n c r e t e 1 概述 近年来 ， 随着我 国城乡建设的飞速发展 和需要 的提高， 对混凝土结构工程强度的检测也有了新的 要求。当混凝土试块强度不符合设计要求时， 我国 各地对混凝 土强度 的检测方法应用较多 的是 钻芯 法。但是 ， 由于钻芯法本属微破损检测方法 ， 对结构 有所损伤， 尤其是在一些重要构件的关键部位( 如 梁柱节点、 薄壁板、 柱等) ， 钻取芯样存在着一定的 风险。并且 C E C S 0 3 ： 2 0 0 7 ( 钻芯法检测混凝= i兰 强度 技术规程 规定： “ 抗压试验的芯样试件宜使用标准 芯样( 取 芯质量 符合 要求且 芯样 公称 直 径为 1 0 0 IB m、 高径比为 1 ： 1 的混凝土圆柱体试件) 试件， 其公 称直径不宜小于骨料最大粒 径的 3倍 ； 也可采用小 直径芯样试件 ， 但其公称直径不应小 于 7 0 mm且不 得小于骨料最大粒径的 2倍” J 。但是， 随着楼层 的增高和出于抗震结构的需要， 选用的钢筋用量越 来越大 ， 间距愈来愈密 ， 要做到钻取直径为 1 0 0 mm， 收稿 日期： 2 0 0 9 l 一 1 9 作者简介： 刘梦溪( 1 9 6 8一) ， 男， 山东金乡人， 硕士， 高级工程师， 主 要从事建筑材料检测、 实验、 教学与科研工作。 基 金 项 目： 江 苏 省 高 校 自然 科 学 研 究 指 导 性 计 划 项 目 ( 0 4 K J D 5 6 0 1 8 8 ) E ma i l ： l i u me n g x 1 6 3 c o m 高径比为 1 ： l 且不包含钢筋( 最多包含 2支直径 1 0 mm以下钢筋) 混凝土芯样难度也越来越大。因此 ， 本论文对钻取直径为 1 0 0 m m， 7 5 m m和 4 8 m m， 高 径比为 1 ： 1 的混凝土芯样强度进行了探讨。 芯样测强涉及面广 ， 受影响因素多 ， 为了更深入 研究， 需结合当地的工程实际情况， 以便建立广泛实 用的统一的检验程序和强度换算原则 ， 提高检验 的 科学性、 可靠性 。2 0 0 4年 向江苏省教 育厅 申报 了 薄壁构件混凝土强度检验研究与应用 课题， 当年 获得了批准立项， 项 目以“ 2 0 0 4年江苏省高校 自然 科学 研 究 指 导 性 计 划 项 目 ”( 项 目 编 号： 0 4 K J D 5 6 0 1 8 8 ) 下达 。通过近 3年的努力 ， 项 目组完 成了试验方案分析与确定 、 配 比试验 、 试验数据的采 集、 试验数据的分析与处理、 现场应用验证、 编制科 研报告等方面的工作， 获得了一定的成果。 2 试验步骤 2 1 配制 混凝 土 采用了本地区生产的3 2 5 级普通硅酸盐水泥； 沂河河砂， 细度模数为 2 3 3 0 ； 粗骨料采用了周 边地区产 52 0 n l 1 ， 2 0 4 0 m m两种级配的碎石 ， 一 般用于建设工程的混凝土粗集料颗粒均采用连续 级配， 级配均匀、 施工良好的混凝土， 是混凝土结构 满足设计要求和使用功能的保证。单一粒径粗骨料 刘梦溪， 等： 不同直径的混凝土芯样强度探讨 2 0 9 过多， 会影响水泥浆基体和粗骨料过渡区的孔隙率， 从而造成混凝土强度下降、 耐久性降低， 对于芯样试 件而言， 容易导致测试结果离散， 故选用连续级配粗 集料 ， 以保证混凝土级配合理 J 。表 1中列出了所 配制的混凝土的类型。 表 1 混凝土的类型 Ta b l e 1 T h e t y p e o f c o n c r e t e 编 石子粒径 配合 比 养 护混凝土的试件芯样直径 号 ra m( 水泥： 砂： 碎石： 水)类 型 尺 - m m 尺寸 n i 加5 2400 334105：676955：11215590：210855 同 条 件 1155。0 x 1155。0 x 5155。0 100 ,75 ,482 100 75 48 加 40 3 15：675：1255：185 同 条 件 3 20 40 3 7 5： 6 2 0 ： 1 25 5： 1 7 5 把脱模后的混凝土进行编号 ， 按不同的试验 目 的进行养护 。在本试验中， 因为所作的是对比试验 ， 所以用于养护的对比组， 都应该置于相同的环境中， 即用作标准试件的立方体试块应与用于取芯的混凝 土试件处于同一条件之下。即在试验过程中， 每次 在对相同混凝土的取样成型时 ， 均应成型 1 5 0 m m 1 5 0 m m1 5 0 m m和 1 5 0 m m1 5 0 m m 5 5 0 mm 的 试件各 1组( 作为 1个对 比组) 或多组 ( 进行归纳 ) ， 在取多组时， 按试验安排进行同条件养护； 在同一 条件下养护的混凝土对 比组 ， 其 中 1组用于钻取芯 样， 另 1组用于测试混凝土的强度代表值。 2 2 钻取芯样 芯样 钻取是试验 步骤 中重要 的一环 ， 芯样钻取 好坏直接影响到试验 的结果 ， 如果钻取出的芯样不 符合要求， 将导致本组数据无效， 无法进行统计， 影 响试验进程。在对芯样进行钻取时， 应按下列步骤 进行 。 ( 1 ) 钻芯机应安放平 稳 ， 以便工作 时不致产生 位置偏移， 在固定钻机过程中， 采用膨胀螺栓。应特 别注意钻芯机固定牢固 ， 否则 ， 钻机就容易发生晃动 和位移 ， 这不仅影响钻芯机 的使用寿命 ， 而且很容易 发生芯样折断或卡钻等事故。 ( 2 ) 在钻芯机未安装钻头之前 ， 应 先通 电检查 主轴旋转方向， 当旋转方 向为顺时针时， 方可安装钻 头。否则 ， 方向相反则容易把钻头甩掉而造成事故。 ( 3 ) 钻芯机接通水源、 电源后 ， 拨动变速钮调到 所需转速 ， 正向转动操作手柄使钻头慢慢接触混凝 土表面， 待钻头刃部人槽挖空后方可加压 。进钻到 预定深度后， 反向转动操作手柄， 将钻头提升到接近 混凝土表面， 然后停水停电。 ( 4 ) 在钻芯时， 应注意用于冷却钻头和排除混 凝土料屑的冷却水流量控制在 3 5 L ra i n ， 这样做 的目的， 是为了防止金刚石钻头烧损， 并使混凝土碎 屑能及时排出， 使之不会因此而影响进钻速度和芯 样表面质量。 ( 5 ) 在本试验取芯 时， 对所取芯样作好一一对 应记录 ， 取芯后 ， 用湿布擦拭芯样 ， 然后给芯样对应 编号 ， 以免混淆。 2 3加工芯样 对于小芯样试件而言， 试件加工情况对强度影 响更为敏感， 所以， 这就要求在芯样加工时要特别小 心， 对于强度相对较低的混凝土 ， 即使在芯样加工过 程中非常注意， 也常常产生蹦边现象， 不容易得到满 足技术要求的混凝土芯样； 而对于强度较高且容易 加工的试件， 采用加工端面或补平端面来使它们达 到技术要求， 补平端面常采用以下处理方法。 ( 1 ) 环氧胶泥或聚合物水泥砂浆补平。 ( 2 ) 抗压强度低于 4 0 MP a的芯样试件 ， 可采用 水泥砂浆、 水泥净浆或聚合物水泥砂浆补平， 补平层 厚度不宜大于5咖 ； 也可采用硫磺胶泥补平， 补平 层厚度不宜大于 1 5 m m。 3 试样强度 3 1 标准尺寸试件强度的计算评定 3 立方体混凝土试块抗压强度值 。 ， 按现行国家 标准 G B T 5 0 0 8 1 2 0 0 2 ( 普通混凝土力学性能试验 方法标准 第 6 0 5条计算。 标准立方体混凝土抗压强度计算公式 ： = F A 式中 。 混凝土立方体试件抗压强度， M P a ； 卜试验破坏荷载 ， N； A 试件承压面积 ， mm 。 强度值的确定应符合下列规定 ： ( 1 ) 3 个试件测值的算术平均值作为该组试件 的强度值 ( 精确至 0 1 MP a ) ； ( 2 ) 3 个测值中的最大值或最小值中， 如有一个 与中间值的差值超过中间值的 1 5 时， 则把最大及 最小值一并舍除， 取中间值作为该组试件的抗压强 度值； ( 3 ) 如最大值和最小值与中间值的差均超过中 间值的 1 5 ， 则该组试件的试验结果无效。 3 2 芯样试件的强度值的计算评定 芯样试件抗压强度值厂 ， 按现行国家标准 C E C S 0 3 ： 2 0 0 7 ( 钻芯法检测混凝土强度技术规程 中 2 1 0 四川建筑科学研究 第 3 6卷 第7 0 5条计算。 芯样试件的混凝土抗压强度值可按下式计算： f C U c o r =F A 式中 芯样试件的混凝土抗压强度值， MPa； F 芯样试件 的抗压试验测得 的最大 压力 ， N； A芯样试件抗压截面面积， m m 。 。 ( 1 ) 钻芯确定单个构件的混凝土强度推定值 时， 有效芯样试件的数量不应少于 3 个； 对于较小构 件， 有效芯样试件的数量不得少于 2个。单个构件 的混凝土强度推定值不再进行数据的舍弃 ， 而应按 有效芯样试件混凝土抗压强度值中的最小值确定。 ( 2 ) 检测批的混凝土强度推定值应计算推定 区 间 推定区间的上限值和下限值按下列公式计 算： 上限值厂 =f ， 一 s 。 下限值f cu ,e 2 =f 一k 2 s 。 。 平均值厂。 。 = u ,co r ,i n 标 准 差 o r i 一 ， ) 。 t ( n 1 ) 式中 厂 芯样试件的混凝土抗压强度平均 值( M P a ) ， 精确至 0 1 M P a ； 厂 单个芯样试件的混凝土抗压强度 值( M P a ) ， 精确至 0 1 MP a ； 厂 。 混 凝 土 抗 压 强 度 推 定 上 限 值 ( M P a ) ， 精确至0 1 M P a ； 厂 混凝土抗压 强度推定 下限值 ( M P a ) ， 精确至0 1 M P a ； k ， k 2 推定区间上限值系数和下限值系 数 ， 可查表 ； s 芯样试件抗压强度样本的标准差 ( M P a ) ， 精确至0 0 1 M P a 。 厂 和厂。 ， 所构成推定区间的置信度宜为 表2 国内各单位对不同直径小芯样试件的试验研究 0 8 5 。 e 】 与。 之间的差值不宜大于5 0 M P a 和 0 1 0 f。 两者的较大值。 宜以厂。 作为检测批混凝土强度的推定值。 3 3不同直径芯样混凝土强度值的选取方法 在本试验研究中， 钻取了 6 1 o o m E芯样 5 7组 ， 钻取 了 5 n l l n芯样 5 7组 ， 钻取了 8 mm芯样 5 9 组 ， 同时制作 了与其 对应 的同条件养 护 的试块 5 7 组， 在试验结果的计算中， 对芯样混凝土采用了以下 两种方法进行 了统计 。 ( 1 ) 以3 个芯样强度值中最小值作为芯样混凝 土强度， 这是因为芯样强度最小值在混凝土结构的 受力过程中， 一般都是从最薄弱区域首先破坏， 为了 结构的安全起见， 取芯样换算强度最小强度值较为 保险 ， 安全系数也较高 ， 称之为最小值法 。 ( 2 ) 对于小芯样 ， 考虑到其所取混凝土量较 小， 强度受芯样尺寸、 加工水平影响较大 ， 不宜以极值来 衡量混凝土质量 ， 以 3个 ( 1组 3个试件 ) 芯样强度 的平均值作为该组芯样强度值， 这样， 能较好反映整 个混凝土强度的状况， 代表性较强， 称之为平均值 法 。 本论文在对试验数据的处理过程 中， 采用平均 值法对碎石混凝土芯样试验结果进行了统计分析。 3 4 不同直径芯样试验结果的统计分析 C E C S 0 3 ： 2 0 0 7 ( 钻芯法检测混凝土强度技术规 程 规定“ 抗压试验 的芯样试件宜使用标准芯样试 件 ， 其公称直径不宜小于骨料最大粒径的 3倍 ； 也可 采用小直径芯样试 件， 但其公称直 径不应小于 7 0 m m且不得小于骨料最大粒径的 2倍” ， 在推定结构 混凝土的强度时， 为了得到不同粒径的芯样对混凝 土强度的影响 ， 分别对粒径 2 0 4 0 m E和粒径 5 2 0 m m范围的混凝土芯样做了统计和回归， 其实， 粒 径在 2 O一 4 0 m E范围的混凝土芯样 的粒径大小 已 经超过了 C E C S 0 3 ： 2 0 0 7 钻芯法检测混凝土强度技 术规程 规定， 但作为试验研究， 这是允许和必要 的， 也是极为有意义的探索。 国内各科研机构对芯样测强研究较多， 根据不 同的研究条件， 提出了不同的成果参数， 见表2 ， 3 。 Ta bl e 2 Ea c h do me s t i c c ompa ny s t ud y a c hi e ve m e nt f or t he l i t t l e di a me t e r c o nc r e t e c or e 研 究 单 位 中 国 建 筑 科 学 研 究 院 i 嵩 同 济 大 学 东 南 大 学 2 0 1 0 N o 3 刘梦溪 ， 等： 不同直径的混凝土芯样强度探讨 2 l l 本试验研究 6 1 0 0 1 1 1 1 3 1 1 0 0 m i l l ， 4, 7 5 1T I I T I 7 5 i n n ， 6 4 8 m m 4 8 mm芯样试件测强的修 正系数见 表 3 。比较表 2 ， 3可知， 各科研机构对芯样测强所 得修正系数各不相同， 对于 4 ,5 0 IT lln 5 0 m m芯样， 各科研机构所得结果趋势较为吻合， 均大于等于 1 ， 但系数相差较大。本单位所得结果和东南大学( 平 均值 k=1 2 8 ) 较为相近 ， 而对于 4, 7 5 mm 7 5 i a i n 芯样或 4, 7 0 m m 7 0 l n n芯样 ， 本试验研究统计对象 不同， 系数有细微不同， 所得结果和东南大学结果相 比( 平均值 k = 1 0 6 ) 较为相近， 均大于 1 ， 而其他检 测科研机构所得结果则大于等于 1 或小于 1 ， 相差 较大。造成上述系数差异的原因主要是各科研机构 所处地域不同， 所研究的混凝土性能受材料影响较 大 ， 试验研究和控制的条件不 同所致 ； 另外 ， 小芯样 自 身存在一定的离散性， 各科研单位研究对象的不 一 致 ， 包括尺寸大小、 混凝土强度 、 粗集料最大粒径、 养护条件等， 加大了统计结果的离散； 与此同时， 小 芯样强度计算方法的不同， 也是导致统计结果存在 差异的重要因素之一， 有的参与统计的对象是芯样 个数 ， 而本试验研究则以组数参与统计 ， 而每组芯样 强度的得出又按平均值法取值 。 4 结论及探讨 通过大量试验数据的对比、 处理、 分析， 本试验 研究得出以下结论。 ( 1 ) 根据大量试验数据的统计分析确定 4, 7 5 I n l n 7 5 r a i n ， 64 8 m i l l 4 8 m m小芯样强度和同条件 养护 4, 1 o o m m1 0 0 n 3 y n标准试件强度 比值与东南 大学研究 的结论基本一致( 表 2 ， 3 ) ， 这说 明修正 系 数与当地( 徐州、 南京 ) 的材料有关 ， 采用全 国统一 的修正系数在各地使用将存在较大误差， 建议各地 应制定地方规程。 ( 2 ) 从表 3可以看出， 4, 1 o o m m 1 0 0 to n i ， 4, 7 5 n l l n 7 5 m n ， , 4 8 m l n 4 8 I T U T I 芯样强度和同条件养 护 1 5 0 m l n1 5 0 m m 1 5 0 m i l l 标准试块混凝土强度 的比值都大于 1 ， 这说明芯样的尺寸效应较为明显， 在高径比为 1 ： 1 时， 随着直径的减小， 对强度的影响 则愈大。 ( 3 ) C E C S 0 3 - 8 8 钻芯法检测混凝土强度技术 规程 标准在第 6 0 1 条文解释中有“ 据国外 的一 些试验结果， 由于受到施工、 养护等条件的影响， 结 构混凝土强度， 一般仅为标准强度的 7 5 一 8 0 ， 国际标准草案为 7 5 8 5 。据中国建筑科学研 究院结构所对试验用墙板 的取芯试验证明， 龄期 2 8 d的芯样试件强度换算值也仅为标准强度的8 6 ， 为同条件养护试块的 8 8 ” 。在 C E C S 0 3 ： 2 0 0 7 钻 芯法检测混凝土强度技术规程 新标准中第 7 0 5 的条文说明中解释 ： “ 有些检测机构提出： 将计算强 度除以 0 8 8的系数得到标养立方体试块 的抗压强 度。本编制组的试验研究表 明： 同品种混凝 土的标 准养护立方体试块抗压强度与自然养护构件中钻取 的标准芯样试件的抗压强度之间没有固定的换算关 系， 有时前者略高， 有时后者略高。 ” 本次试验中 4, 1 o o 1T l n l 1 0 0 r t l m芯样强度和同条件养护 1 5 0 m m x 1 5 0 mm1 5 0 IT I IT I 标准试块混凝土强度的比值为 0 8 5 ， 说明试块强度高于芯样强度， 这与 C E C S 0 3 ： 2 0 0 7 ( 钻芯法检测混凝土强度技术规程 存在差异， 需进一步加强研究 ， 才能达到共识。 ( 4 ) 采用 4, 7 5 m m 7 5 ra m芯样来检测集料粒径 在 5 4 0 m i l l 的连续级配的混凝 土， 试验证明， 虽然 骨料的最大粒径 已经超过 了现行 C E C S 0 3 ： 2 o o 7规 范中对集料 的要求 ， 但检测结果 的准确性和可靠性 受此影响并不大。 ( 5 ) 在实际工 程中采用 8 m m， 4, 7 5 mm芯样 试件来检测结构混凝土的强度， 不仅能有效地避开 混凝土中的主筋， 而且钻取混凝土的体积量仅为采 用 4, 1 o o m m直径芯样的 4 1 和 5 6 左右 ， 能尽 可 能地减少对结构混凝土的损伤， 钻取 的混凝土量虽 相对较少 ， 但能较好地反映结构混凝土的实际情况 ， 具有较好的现实意义和使用价值， 是结构混凝土强 度检测发展 的一个重要方向。 参 考 文 献 ： 1 中国工程建设标准化委员会 C E C S 0 3 ： 2 0 0 7钻芯法检测混凝 土强度技术规程 s 北京： 中国计划出版社， 2 0 0 7 2 刘梦溪， 等 混凝土无损测强地区曲线试验研究 J 施工技 术 ， 2 0 0 4， 3 3 ( 4 ) ： 6 0 -6 1 3 中国建筑科学研究院 G B T 5 0 0 8 1 2 0 0 2普通混凝土力学性 能试验方法标准 s 北京： 中国建筑工业出版社， 2 0 0 3 4 田砾 ， 孙雪飞， 范宏， 赵铁军 高性能混凝土检测鉴定中应 注意的几个问题 J 青岛建筑工程学院学报， 2 0 0 5 ， 2 6 ( 4 ) ： 1 8