钻芯法混凝土强度检测准确度的影响因素分析.pdf

第1 2 期 2 0 0 5 年1 2 月 广东 土木与建 筑 GUANGDO NG ARC HI T E C TUR E C I VI L EN GI NEE RI NG N o 1 2 D E C瑚 5 钻芯法混凝土强度检测准确度的影响因素分析 陈健 文 ( 江门市蓬江区建筑工程检测站 广东江门 5 2 9 0 0 0 ) 摘要 ： 针 对现 行钻芯法混凝土强度检测规 范 C E C S0 3 ： 8 8中的部分 内容 ， 与相关的 国内外规 范进行 对比 ， 结合 时检测准确度 多方面影响因素的分析研 究， 对检 测规 范的运 用提 出几点看 法。 关键词 ： 钻芯 ；混凝土抗压强度检 测；芯样；表 面处理方 法；试验结果评定 钻芯法混凝土抗压强度检测是一种较直观和准 确可靠 的方法 ， 是 目前 同类检测 巾误差最小的 故其 应用相当广泛 ， 包括施工过程控制 、 现有建筑物鉴 定、 受损结构检测及重要 T程验收等 ， 而确保钻芯法 混凝土强度检测 的准确度是非常重要的。笔者根据 多年的检测 实践经 验 ，针 对现行 的工 程检测标准 C E C S 0 3： 8 8 钻芯法检测混凝土强度技术规程 中 的部分内容。 通过与G B T 1 9 4 9 6 2 0 0 4 ( 钻芯法检测 离心高强混凝 土抗 强度试验方法进行对 比， 分析 研究影响检测准确度的主要 素 ， 并提 出几点看法。 1 钻芯法混凝土强度检测准确度的影响因素 1 1 芯样尺寸 C E C S 0 3： 8 8规定采用 1 0 0或 1 5 0 样 ， 但 实际应用巾有时会现主筋损伤导致构件承载力降 低 ， 或钻头损伤等现象 ， 特别是配筋率较高 的构件 ， 钢筋间距大多为 1 0 0 1 5 0 ram， 加上其直径和位置偏 差等， 造成芯样不符合检测要求。 有人曾用 d 7 5小直 径芯样进行对 比试验 以确定其抗压强度与立方体 试件抗压强度之间的关系 ，结果表明它们具有 良好 的线性相关性 而G B T 1 9 4 9 6则允许采用 7 0 1 0 D 芯样， T 程实际中也有用 7 5或 8 2钻头进行检测的( 允许 石子最大粒径为 3 1 5 m m) ， 甚至还采用回弹法检测 ， 若构件整体混凝 土较均匀 ， 则 C 5 0以下混凝土构件 强度通常会 比钻 芷 ： 法低 1 0 左右 ， 但 7 O以下的芯 样则 宜采用 取样时应注意观察芯样侧面粗， 目 料的粒径 确 保其小于芯样平均直径的击 ， 这是因为粗骨料与胶 结料之 间是试件胶结的薄弱环节，会首先产生剪切 破坏 ， 造成混凝土抗压强度值偏低， 属应剔除的结果。 5 2 1 2 钢筋的影响 C E C S 0 3： 8 8中芯样混凝土强度推算公式为 ： R = a 4 F ( d ) ( 1 ) 式中： 为芯样混凝土强度换算值 ( MP a ) ； F为芯样抗 压试验测得的最大压力( N ) ； d为芯样平均直径( mm) ； 为芯样混凝土强度换算系数。规范第 4 0 3条规定 每个试件中最多允许含有 2根 1 0以下钢筋 ， 且垂 直于芯样轴线和不得露 出端面 ， 但很多情况下钻取 的芯样都会含有与芯样轴线垂直的箍筋等 ，这就应 考虑其内含钢筋量对混凝土的约束作用。笔者认为可 参考 国内外某些标准 ， 如英 国标准 B S 1 8 8 1 、 美 国标 准A C I 3 1 8和我国标准G B T 1 9 4 9 6 ， 根据钢筋的数 量 、 直径和位置等对混凝土强度进行修正计算会更 合理 可采用下式计算 ： 尺 = 4 F ( z d ) - 1 2 ( 2 ) 式中： 1 为芯样高径比修正系数， l= 2 5 ( 1 5 + 1 a ) ； 为芯样内含钢筋修正系数， 1 0 + 1 5 2 d , h i ( d e ) ； a为芯样的高径比， a = n a ( n为芯样高度) ； 以为芯样 内含钢筋直径 ( mm) ； 为芯样内含钢筋轴心与芯样 端面较近一端的距离( mm) 。 经验算 ， 与 C E C S 0 3： 8 8规范 的芯样试件混 凝土强度换算系数 基本一致。 1 3 钻芯操作 由于钻芯对取得完整的反映构件真实状况的混 凝土芯样至关重要 ， 故笔者认为应注意以下几方面： ( 1 ) 事先使用检测仪探测 主筋和箍筋位置 ， 尽量避免 触及钢筋 ； ( 2 ) 钻芯时钻机必须牢 固固定 ： ( 3 ) 设备精度 应满足规范要求 ； ( 4 ) 筒型钻头不得存在肉眼可见的 裂缝 、 缺边 、 少角 、 倾斜及喇叭 口变形等 ： ( 5 ) 钻取速度 应均匀 ， 并根据混凝土强度采用相应的推进速度 ， 建 议为 5 l O m m m i n ， 高强混凝土则不超过 5 m m m i n 以免对混凝土造成损伤 。 维普资讯 http:/ 2 O 0 5 年1 2 月 第1 2 期 陈健 文： 钻芯 法混凝 土强 度检测 准确度 的影 响因 素分析D E C 2 0 0 5 N o 1 2 若 钻芯 操作 不 当 则以上 因素均可能导致 钻取过程中钻机颤抖甚 至钻头被卡 造成钻取 的芯样 圆柱面出现波纹 状和混 凝土微损 伤 ， 使 芯样 强度 明显 降低 ， 因 此 G B T 1 9 4 9 6规定钻 取芯样时应控制其 圆柱 度小 于 1 5 ra m。 1 4芯样表面的处理 C E C S 0 3 ： 8 8中考虑 了直径 、 长度 、 平整度及 表 1 芯样 采用不 同表面处理方法的混凝土强度对比结果 甘k埘 5 0 m m立方体 1 o o 钻 - - 8 - 试件 r ， r 试 硫磺胶泥补平 铣磨磨平 切割后不补平 个别值 ( M P a ) 2 0 6 ， 1 8 8 ， 2 1 2 2 2 7 , 1 9 3 , 2 2 0 1 8 1 , 1 8 6 , 2 5 6 2 3 8 , 1 4 4 , 1 6 9 O 9 1 一 平均值 ( M P a ) 2 0 2 2 1 _ 3 2 0 8 1 8 4 一 个别值 ( M P a ) 4 6 7 ， 4 6 1 ， 4 4 4 4 8 2 , 4 4 7 , - -4 2 5 , 4 5 1 , 4 2 0 3 1 1 , 3 0 4 , 3 6 7 O 7 2 平均值 ( M P a )4 5 7 4 6 4 4 3 2 3 2 7 个别值 ( M P a ) 4 ：6 0 ， 5 3 4 ， 5 3 7 4 5 3 , 4 5 5 , 4 5 9 5 3 5 , 4 6 2 , 4 0 8 2 7 3 , 3 3 4 , 3 0 7 O 6 O 平均值 ( M P a ) 5 1 0 4 5 6 4 6 8 3 O 5 一 个别值 ( M P a ) 6 1 6 ， 6 4 5 ， 7 0 7 5 8 2 , 6 1 1 , 6 0 5 5 8 0 , 5 3 4 , 5 5 4 3 7 1 , 3 1 2 , - - O 5 2 平均值 ( M P a ) 6 5 6 5 9 9 5 5 6 3 4 2 注) 混凝土立方体试样由l某搅拌站提供， 1 0 0钻芯试样是在 1 5 0 m m赢方体试样中钻取， 并置于 室内自然干燥 3 d ； 切割后不补平的试样其平整度偏差小于O 2 ra m： 硫磺胶泥补平厚度1 5 ra m ( “ 一 ” 为数据异常倩 ( 即超过平均值 的 3 0 ) ， 故不予 采用 。 垂直度等芯样尺寸偏差的影响 ， 但对平行度和圆柱 度则无明确要求 ， 而在芯样加_T和抗压过程 中， 上述 因素均会对混凝土强度造成较大影响。我们曾对几 种常用的芯样表面处理法对混凝土抗压强度的影响 进行对比试验和分析( 见表 1 ) ， 并总结了其优缺点 。 试验结果表明： 混凝土强度越高 ， 硫磺胶泥补 平和铣磨磨平的芯样强度与立方体试样强度的误差 就越大， C 5 0 C 7 0 混凝T , A一1 0 ， 验收时应注意； 铣磨磨平试样与硫磺胶泥补平试样的抗压强度基 本接近； 表面处理是必需的， 且混凝土强度越高， 芯样平整度和平行度对强度的影响( ) 就越大， 甚至可达 5 O 表明钻芯法检测中芯样表面处理的重 要性。 笔者认为上述方法 中铣磨磨平法是较理想的 可避免补平材料对芯样强度的影响 尤其是用于处 理较大量的抽芯验桩芯样， 还可提高检验速度 ， 但对 于较重要的T程项 目 则应采用 硫磺胶泥或环氧胶 泥( 其次是水泥砂浆) 补平的表面处理方法。 1 5 对芯样尺寸测量及偏差要求的差异 ( 1 )C E C S 0 3： 8 8对平均直径测量精度的要求过 低( O 5 ram) ， 芯样混凝 土抗压强度会产生相对误差 ， 若以平均直径绝对误差 0 5 ram计， 则 1 0 0芯样的面 积或强度相对误差为 l 。 ( 2 ) G B T 1 9 4 9 6引入了C E C S 0 3： 8 8 所没有的 圆柱度和平行度 ， 提高了对平面度的要求 。 若 以圆柱 度绝对误差 3 0 mm计 ，则 1 0 0芯样的面积或强度 相对误差为 6 但平面度对芯样强度的影响更大， 故C E C S 0 3 ： 8 8 在测量上引入的相对误差较大 ( 3 ) G B T 1 9 4 9 6 规定了具体的测量方法，并提 高了测量精度 减少了 C E C S 0 3 ： 8 8中因方法不： 确定 性而导致强度结果的不确定性 ： (4 ) G B T 1 9 4 9 6中对芯样高度与直径之比有所 限制， 减少了尺寸效应的影响。 ( 5 ) G B T 1 9 4 9 6给出了检测报告的具体格式 并对每个芯样的外观尺寸及其状况在报告 中给予详 尽描述 ， 笔者认为这是很有必要 的， 有异议时还可附 上试件破坏前后的照片等。 1 6 抗压强度试验 G B T 1 9 4 9 6对芯样试件破坏加荷速度要求为 O 2 0 4 M P a s 直至最大荷载 同时试验机的精度、 刚 度 、 上下压板平整度 、 试件对中性等因素对试验结果 也影响较大。 1 7 关于试验结果的评定 芯样试件混凝土抗压强度推算值并不等同于立 方体试件强度 ， 前者 的合格评定方法也应 与后者有 所区别 G B T 1 9 4 9 6明确给出了判定芯样试件混凝 土抗压强度合格的依据如下 ： ( 1 )若 3 个 芯样所测得的混凝土抗压强度推算 值符合下式 ， 则可判为合格 ， 否则可判为不合格 ： 尺 k R O 8 k 式中： 、 分别为 3个芯样混凝土强度推算值的平 均值和最小值； 为混凝土立方体强度标准值。 ( 2 )若 3个芯样所测得的混凝土抗压强度推算 值仅符合( 1 ) 列项中的一项规定 ， 则应在该制品上再钻 取 9 个芯样进行试验。若 样混凝土抗压强度推算 值符合下式， 则可判为合格， 否则可判为不合格 ： R 0 8 5 k R 0 7 5 k 式 中： 和 的样品数量为 1 2个 。 虽然有专家对这一判定依据的合理性提 质疑， 但G B T 1 9 4 9 6中大部分是非等效采用B S 1 8 8 1 ( 英 国标准) 和 A C I 3 1 8 ( 美国标准) ， 在评定丁程上使用 5 3 维普资讯 http:/ z 帅5 年l 2 月 第l 2 期 广东 土木与建 筑 D E C 2 0 o 5 N 0 1 2 的构件混凝土强度方面， 其合格标准是一致的。 C E C S 0 3 ： 8 8对试验结果的处理如下： 芯样混凝土强度换算值是将钻芯法强度换 算成相应于测试龄期的边长 1 5 0 m m立方体试件抗压 强度 ； 若芯样高度和直径均为 1 0 0 m m或 1 5 0 m m， 则其抗压强度测试值可直接作为混凝上强度换算值 ； 对于单个构件或其局部区域 可取芯样试件 混凝土强度换算值 的最小值作为其代表值。 此时 ， 试验结果的处理应按 GB J l O 7 g 凝土强 度检验评定标准 中的规定进行处理。 一般对现场 搅拌量不大的混凝上 ， 按其非统计方法评定 ， 即： 1 1 5 1 k R 0 9 5 u - k 但在现行 G B 5 0 2 0 4 2 o o 2 混凝土结构工程施 工质量验收规范 巾， 结构同条件养护试件中的标准 即 k 1 1 已低于上式要求， 故芯样试件混凝土抗压 强度代表值有时仍按 G B 5 0 2 一 2 0 0 2中 k 1 1 的 要求进行验收，不满足要求时则需进行结构验算， 这 无疑会给施工验收和结构设计造成困难。 1 8 钻芯检测的局限性 对于强度低于 C1 0的混凝土 由于钻芯操作时 容易对混凝土造成损伤 故一般不适用该法 但对于 构件混凝土完整性和胶结状况 的判定仍是一种相 当 直观的 法。对于 C 6 0以上的高强混凝土 由于其 脆性较高 ， 对于钻芯造成 的微损伤或芯样平 整度及 平行度对混凝土强度影响的敏感性 芯样强度一般 降低 1 0 甚至2 0 ， 这在 G B T 1 9 4 9 6 规范中也反映 f J 对高强混凝土芯样的加T要求及尺寸测量有更严 格和详细的规定。 2 结语 由于lT程检测现行规范 C E C S 0 3： 8 8 钻芯法 检测混凝上强度技术规程 制定得较早 ， 故在对芯样 尺寸及其偏差 、 钢筋 、 钻 操作 、 芯样表面处理 、 芯样 J 寸测量 及其偏芹要求 ( 应 考虑对混凝土强度的相 对误差 ) 、 抗 强度试验 、 试验结果评定及钻芯的局 限性等 与 面确实存在值得商榷之处 随着混凝t技术和高强 、 高 能混凝土的发展 ， 以及施 I 验收要求的不断提高 。 钻 苍法混凝土抗 强度检测规范也有必要进行修正。对于芯样试件混 凝上抗压强度推算值的合格评定 J G J l 0 6 2 0 0 3 ( 建 筑基桩检测技术规范 提出了折算系数的概念， 广东 5 4 省标准D B J 1 5 - 2 8 - 2 1 提 其折算系数为 1 0 8 8 ， 但 应指 出的是 由于芯样尺寸效应 、 钻芯对芯样 的扰 动 、 混凝土成型条件等因素影响， 以及不同混凝土等 级的芯佯强度与立方体试样抗压强度 的比值不 同 因此笔者认为不应采用统一的折算系数来反映芯样 混凝土强度与立方体试件强度 的差异。 若是对成型、 养护条件 、 强度等级一致的混凝土生产厂家 ， 可进行 芯样混凝土抗压强度与立方体试件强度的比对 ， 统 计得出其折算系数 ， 从 而较真实地反映构件混凝土 强度 。 并对混凝土构件 的施工验收 以及在有争议时 起到仲裁作用。 参考 文献 f 1 C E C S0 3： 8 8 钻芯法检测混凝土强度技术规 程 2 G B T 1 9 4 9 6 2 o 0 4 钻芯法检测离心高强混凝土抗压 强度试验方法 3 J G J 1 0 6 2 0 0 3 建筑基桩检测技术规范 4 J陈敏， 严志隆对 G B T 1 9 4 9 6 2 0 o 4 钻芯法检测离心 高强混凝土抗压 强度 试验方法 有关 问题 的讨论 J 广 东建材 ， 2 0 0 5 ( 1 ) 维普资讯 http:/