钻芯法检测桥梁混凝土强度的评定方法探讨.pdf

第 3 8卷 ， 第 3 期 2 0 1 3 年 6 月 公 路 工 程 Hi g h wa y En g i n e e r i n g Vo 1 3 8，No 3 J u n，2 0 1 3 钻芯 法检 测桥梁混凝土强度 的评定方法探讨 向洪，袁铜森 ( 湖南省交通科学研究 院，湖南 长沙4 1 0 0 1 5 ) 摘 要通过对 比我 国现行关于钻芯法检测混凝土强度的基本 规程标准后 ， 从桥梁工程 的具体特 点出发 ， 首 次提 出采 用钻芯法检测 桥梁实体 混凝 土强 度时 ， 按预应力和非预应力混凝 土构件分类 ， 根据两类构件 的特点 ， 按 不 同的方法进行 混凝 土强度评定。 关键词钻芯法 ；桥梁 ； 混凝土强度 ； 评定 中图分类号 U 4 4 6 3 文献标 识码A 文章编号1 6 7 4 0 6 1 0 ( 2 0 1 3 ) 0 3 0 1 8 0 0 4 Di s c u s s i o n o n Ev a l u a t i o n M e t h o d o f Te s t i n g Br i d g e Co n c r e t e S t r e n g t h b y Dr i l l e d Co r e XI ANG Hong，YUAN To ng s e n ( H u n a n C o m m u n i c a t i o n s R e s e a r c h I n s t i t u t e ， C h a n g s h a ， H u n a n 4 1 0 0 1 5 ， C h i n a ) A b s t r a c t B y c o m p a r i n g t h e e x i s t i n g o n t h e b a s i c s p e c i f i c a t i o n a n d s t a n d a r d o f t e s t i n g c o n c r e t e s t r e n g t h wi t h d r i l l e d c o r e，s t a r t i n g f r o m t h e s p e c i f i c c h a r a c t e r i s t i c s o f b r i d g e e n g i n e e r i n g，f i r s t p r o p o s e d whe n a p p l y i n g c o r e dr i l l i n g me t h o d o f t e s t i n g b r i d g e c o n c r e t e s t r e n g t h，d i s a g g r e g a t e d b y p r e s t r e s s e d a n d n o n p r e s t r e s s e d c o n c r e t e me mb e r s ，a c c o r d i n g t o t he c ha r a c t e r i s t i c s o f t h e t wo t y p e s o f c o mp o n e n t s ，c o n c r e t e s t r e ng t h e v a l u a t i o n b y d i f f e r e n t me t h o ds Ke y w o r d s d r i l l i n g c o r e m e t h o d ； b r i d g e ； c o n c r e t e s t r e n g t h ； e v a l u a t i o n O 前 言 通过从结构或构件 中钻取圆柱状试件检测材料 强 度 的方法 叫钻 芯法 。钻 芯法检 测桥 梁混凝 土强 度 主要应用在以下 2个方 面：新建桥梁， 对混凝土 试块数 量不 足及 其代 表性 产 生 怀 疑 ； 结构 混 凝 土 质 量 存在 问题 ； 混凝 土强 度综 合评 定不合 格 等原 因时 ， 因 回弹法检 测的结 果 只反 映桥 梁构件 表面混 凝 土强 度及其均匀性， 并不能真正反映混凝土实体强度 ， 最 后 一般 采用 钻 芯 法 对 结 构 混 凝 土 强 度 进 行 复 核 确 认 ； 旧桥， 对服役多年 的桥梁承载能力进行鉴定 时 ， 需 对 旧桥 的混凝 土强 度进行 推定 ， 通 常采用钻 芯 法 检测 混凝 土强 度 。 现行的钻芯规程 钻芯法检测混凝土强度技术 规程 ( C E C S 0 3 ： 2 0 0 7 ) ( 以下简称钻芯规程 ) 对于 芯样混凝土抗压强度 的推定值有明确规定 ， 对旧桥 而 言 ， 进行 承载 能力 鉴 定 时知 道 推定 值 就 可 以 知道 匀质 系数 ， 而对 于新 建 桥梁 ， 建设 部 门和质监 部 门等 单位需依据检测结果对混凝土强度进行合 格性评 定 ， 决定 是否使 用 。现 行 交通 部 门没 有 采 用钻 芯 法 检测桥梁混凝土强度的合格性评定规程和标准 ， 检 测单位进行检测后往往只提供推定值， 无法进行合 格性评定 ， 最后建设部位和质监部 门也将无法对桥 梁混 凝 土强度 是否 满足设 计要 求进行 最后 判 定 。 针对 混 凝 土 强度 的推定 和 评定 问题 ， 本 文 通过 对 比现行 的几 本 主要 规 程标 准 后 ， 从 桥 梁 工 程 的实 际 出发 ， 借鉴 国外 的标准 和方法 ， 针 对采 用钻 芯法 检 测 桥梁混 凝 土强度 时 ， 提 出 了按 预应 力 和 非 预 应 力 混凝土构件进行分类 ， 采用统一的推定值方法， 分别 采 用不 同 的合格性 评定 方法 。 l 桥 梁混凝土强度检测方法 新建桥梁的混凝土制作和浇注过程经常出现下 列情况：施工控制不严 ， 或施 工中意外事故发生 可能影响混凝土质量及重大质量事故 ； 预 留同条 件试块及标样试块取样 、 制作 、 养护 、 试验不符合相 收稿 日期2 0 l 2 0 7 2 6 作者简介 向 洪( 1 9 7 7 ) ， 男， 工程 师， 硕士研究生 ， 从事桥 梁工程科研和检测工作。 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 第 3期 向 洪 ， 等 ： 钻芯法检测桥梁混凝土强度的评定方法探讨 1 8 1 关标准要求 ； 预留同条件 试块及标样试块数量不 足 ； 试块与结构 混凝 土质 量不一致 ， 对试块代表 性产生怀疑 ； 混凝 土强度综合评定不合 格； 另外 强度检测可作 为施 工过程 中质量控 制与监视 的手 段 。对 已建成结构需进行维修及改扩建 时； 外界条 件如火灾、 冻害等对 混凝 土造成局部损伤等原因时 对 旧桥 混 凝土 强度 也需 检测 。 现行对混凝土强度检测的方法主要有 ： 回弹法 、 超声 回弹法 、 钻芯法等 ； 回弹法 主要利用 回弹仪 对混凝土强度进行检测 ， 该方法是在桥梁构件 的表 面进 行 ， 可 以反 映桥 梁 构 件 表 面 混凝 土 强度 和 混凝 土的均匀性 ， 并不能真正反映混凝土实体强度 ， 该方 法检测的结果不能作为评定依据 ；超声 回弹法是 在 回弹法 的基 础 上 再对 混凝 土 进 行 超 声 波 检 测 ， 利 用超 声波 检 测桥 梁 构 件 的 内部 混 凝 土 的 波 速 ， 然 后 依据经验公式综合 计算混凝土的强度 ， 超声波在混 凝土内部的转播速度与混凝土的强度等级并不存在 必然关 系， 到现在为止还无法弄清混凝土的强度与 波速的关系 ， 该方法其实可靠性 也不高 ； 钻芯法 是一种采用专用钻机 ， 从 桥梁结构混凝土 中钻取芯 样 ， 以检测混凝土强度并可以观察混凝土内部质量 的方法 。目前该方法被认为是比较接近混凝土实体 强度的一种检测方法 。 钻 芯 法 检 测桥 梁 混 凝 土 的强 度 时 ， 考 虑 到 对 构 件的损伤 ， 实际工程中基本上只对单个构件 或小数 几 个构 件进 行 检测 ， 采用 批 检测 的情 况很 少 ， 在实 际 检 测 中我们 一般 采 用单 个构 件芯样 混 凝 土抗 压强 度 的推定值来确定混凝土的强度 ， 根据推定值 与设计 值的比较确定强度是否满足设计要求。可单个构件 的混凝土强度推定值确定 在现行规程标 准 中不 一 致 ， 检测人员采用不同的标准 ， 会得 出不同的强度推 定值 。可实体混凝土强度的合格性评定在现行规程 标准 中完全没有规定 ， 造成往往知道推定值后 ， 却无 法对混凝土强度是否满足设计要求进行最后判定。 2 构 件混凝土强度推定及评定标 准 2 1 构 件 混凝 土 强度推 定 交 通部 门采 用 现行标 准 对钻 芯法 检 测混凝 土 强 度的推定值的规定主要有 以下 2本标准。 a 钻 芯 法 检 验 混 凝 土 强 度 技 术 规 程 ( C E C s 0 3 ： 2 0 0 7 ) 。 本规程中 3 2 5条对于单个构件芯样混凝土抗 压强度的推定值的确定规定为： 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最小值确定。 b 港 口工程 混凝 土非破 损检 测技术 规程 ( J T J T 2 71 9 9 9 ) 7 i 。 本规程对钻芯法检测混凝土的代表值原则与立 方体抗压强度的取值原则一致 ， 以算术平均值为 强度代表值 ； 测试值 的最大值或最小值与中间值 相差超过 1 5 时， 以中间值 为代表值 ； 当最大值 和最小值与中间值 均超过 1 5 时， 无强度代 表值 。 强度推定值为代表值除以一个换算系数 ， 的取 值与强度等级有关 ， 的值如表 1 所示。 表 1 换算系数 值 Ta b l e 1 The P a r a me t e r s o f r e d uc t i o n f a c t o r Ko 强度等级 K 强度等级 0 C 2 0 0 8 2 C 3 5 一C 4 5 0 8 8 C2 5一C3 O O 8 5 C5 O C 6 O O 9 o 2 2构件 混凝 土强度 评 定标 准 对单个构件的评定我国现行混凝土强度评定标 准 主要 有 以下 3本 规 范 ： a 混凝 土强度检验评定标 准( G B T 5 0 1 0 7 2 0 1 0) 引。 该标准中第 5 2 2条对于标准差未知的单个构 件混凝土强度的评定为： m尼 c “ k ， c m i n c “ k ， 式中： y ， y 系数 的取值见表 2 。 表 2 3 ， y |系数值 Ta b l e 2 Th e P a r a me t e r s o f t h e y3 a nd t hey 4 b 建筑结构 检测技 术标准( G B T 5 0 3 4 4 2 0 0 4) 。 本标准认为对于结构材料强度推定值不应该是 某个具体的数值 ， 而应该是个 推定 区间。结构材料 强度计量抽样的检测结果 ， 推定 区间的上 限值与下 限值之差值应予以限制 ， 不宜大于材料相邻强度等 级的差值和推定 区间上限值与下限值算术平均值的 1 0 两 者 中的较 大值 。而对 于推定 区 间不满 足此 条 规定的情况 ， 第 3 3 1 7条给出了解决处理的建议 即 “ 可提供单 个构件的检测结果 ， 单个构件的检测结 果的推定应符合 相应检测标准 的规定” 。此外 ， 该 标准还规定在区问推定前应对异常数据进行舍弃 ， 数据的取舍应 符合 正态样本数据 的判断和处理 ( G B 4 8 8 3 ) 或其它标准的规定。 c 港 口工程 混凝 土非 破损 检测技术 规 程 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 1 8 2 公路工程 3 8卷 ( J T J T 2 71 9 9 9 )。 本规程对于标准芯样个数 n=3 4时， 按单个 构件进行合格性判定 ： mr c u e c u k+OO ； 厂 c 。 i k 一 0 5 o -0 。 o- 的取值见表 3 。 表 3参数值 Ta b l e 3 Th e P a r a me t e r s o f 0 强度等级 o 强度等级 o C 2 0 3 5 C4 5 5 5 C 2 5C 4 0 4 5 3 混凝土强度推定和评定 问题 3 1 构 件 混凝 土强度 推 定 问题 由于混凝土的组分增多， 增加了混凝 土原材 料 成分 复杂性 和 波动 以及 生产 中控 制 的难 度 ； 其次 ， 混凝土是至今 各种材料 中唯一 不仅具有环境依赖 性 ， 而且同时具有时间依 赖性 的材料。其所处环境 的不确定 性 和 时 间 的 进 程 造 成 其 微 结 构 动 态 的 变 化 ， 也就会造成其工程行为的不确定性。另外 ， 混凝 土抗压强度变异系数与混凝土搅拌时间存在很大的 关联， 施工单位有时并没有严格控制搅拌时间， 这将 造成混凝土的匀质性更差 。桥梁混凝土拌合物的浇 注受到钢筋阻碍而产生离析及泌水 ， 结构实体芯样 的均匀 性 比实 验 室 成 型 或 同 条 件 养 护 的 成 型 的 要 差 ， 因为后两种成型是在无钢筋存在、 拌合物充满整 个试模并充分振实 的情况下完成的。此外 ， 结构实 体 混凝 土 的振捣 由于体 积大 而振捣 效 果差 。以上诸 多 因素 造成 桥梁 混凝 土 在进 行芯样 的抗 压强 度 时必 然出现较大的波动。因此 ， 钻芯规程 对 于推定 值 采用 最小 值原 则 取 值 ， 该 方 法 与 混 凝土 实 际 情 况 不 符 。 港 口工程混凝 土非破损检测技术规程 ( J r r J r r 2 71 9 9 9 ) 中对于强度代表值 的确定较为合 理， 可是对推定值却要再除以一个换算系数 K 值得 商榷 ， 并且本 标准对 于 C 6 0以上 的混 凝土未 做规 定， 在 钻芯规程 条文说明 7 0 5中提出了近年 研究成 果 ， 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 。 3 2混凝 土 强度 评定 标 准存在 的 问题 强度评定标准都是针对标准立方体试块抗 压强 度 的值 而 言 ， 钻 芯 法 取 出来 的芯 样 强 度值 为实 体混凝土强度 ， 两者存在明显区别， 由于钻芯过程 中 对混凝土的扰动及芯样 加工达不到规程要求 ， 芯样 抗压强度比实际强度要低 1 0 3 0 左右 ， 钻芯规 程条文说明 6 0 3条也有提到， 现行没有一本标准 对两者的差异和关系有着准确的叙述 ， 如果采用芯 样抗压强度进行评定明显不合理。美国 A C I 3 1 8规 范 中规定 ： 当己证实可能是低强混凝土且计算表 明 承载能力 已显著降低 时， 可在有问题的部位钻芯试 验 ， 3个芯样强度平均值不应小于规定抗压强度 的 0 8 5倍 ， 最小值不应小于规定抗压强度的 0 7 5倍。 香 港 对 混 凝 土 芯 样 的合 格 评 定 标 准 也 与美 国 A C I 3 l 8规范的相同， 即所有钻芯的平均强度值 级 配 强度 的 8 5 ， 最 低 的 钻 芯 强 度 值 级 配 强 度 的 75 1 l 1 。 建筑 结构 检测技术标 准( G B T 5 0 3 4 4 2 0 0 4 ) 中对 于 混 凝 土 强 度 的评 定 采 用 区 间 原 则 确 定 ， 该原 则与实 际相符 ， 但对 于实 际工程操 作还是 存 在不便 ， 而对于单个构件的评定时未提 出具体可行 的办法 ， 故在桥 梁工程 中很少 采用 。 港 口工程 混凝 土非破损 检测 技术 规程 ( J T J T 2 71 9 9 9 ) 对单个构件强度 的评定采用原则 与 混凝 土强 度 检验 评 定 标 准 ( G B T 5 0 1 0 7 2 0 1 0 ) 的原则相似， 采用平均值和最小值与设计标 准 值进 行 比较 ， 只 是规 定有 些 差异 ， 混 凝 土 强度 检 验 评定 标 准 ( G B T 5 0 1 0 72 0 1 0 ) 中 采 用 增 大 系 数 ， 而 港 口工程 混凝 土非 破损 检 测 技 术规 程 ( J T J T 2 7一l 9 9 9 ) 采用 标准 差来处 理 。 上述标准对于单个构件的评定采用非统计 方 法评 定时 ， 虽然 使用 最 为 简便 ， 却 也 最 为 不合 理 ， 误 判概 率 大 ， 同 时 评 定 标 准 未 区 分 构 件 的 重 要 性 ， 对 于重要构 件 和非 重要 构 件 的 评定 采 用 一致 性 原 则欠 妥 。 4 桥梁单个构件混凝土强度评定 上 述标 准制 定 的对 象 都 不 是 桥 梁 工 程 ， 混 凝 土强 度检验 评定 标 准 ( G B T 5 0 1 0 72 0 1 0 ) 和 钻 芯法 检验混 凝土 强 度技 术 规 程( C E C S 0 3 ： 2 0 0 7 ) 主 编单位为中国建筑科学研究 院， 标准主要针对房屋 建筑 ， 港 口工 程混 凝 土非 破 损 检测 技 术 规 程 ( J T J T 2 7一l 9 9 9 ) 的主编单位为天津港湾工程研究 所 ， 标 准 主要针对 港 口工 程 ， 房 屋建 筑和港 口工 程与 桥梁工程存在一定差异 ， 主要表现为 ： 桥梁工程 的跨度大 ， 工 程 各 部 件 的 混 凝 土 强 度 等 级 差 较 大 ； 桥梁工程许多构件采用了预应力 ， 该类构件受力 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 第 3期 向 洪 ， 等 ： 钻芯 法检测桥梁混凝土强度 的评定方法探讨 1 8 3 时预应力起关键作用 ； 并且考虑到桥梁预应力构件 中钢筋 布 置较 密 ， 混 凝 土离散 较 大 ， 强 度标 准 差离散 也较大， 不宜采用少量芯样 的强度标准差进行混凝 土强度评定 ， 本文提 出采用 回弹法采集构件混凝土 强 度 的标 准差 。针 对 桥 梁 工程 的 特点 ， 本 文 提 出桥 梁工程混凝土强度钻芯检测评定时按预应力构件和 非预应力构件分别进行。 4 1 单 个 非预应 力 构件钻 芯检 测 混凝 土 强度评 定 非预应力构件 中， 混凝土承受压应力时在结构 受力 中占住 主导地 位 。建议 采 用 以下原 则 ： 推定值确定。桥梁非预应力构件混 凝土强 度代表值建议采用 与立方体抗压强度值取值 原则 ， 即 ( 1 ) 以算术平均值为强度代 表值 ；( 2 ) 测试值的 最大值或最小值与 中间值相差超过 1 5 时 ， 以中间 值为代表值 ；( 3 ) 当最大值 和最小值与 中间值均超 过 1 5 时 ， 无 强 度 代 表 值。采 用 钻 芯 规 程 ( C E C S 0 3 ： 2 0 0 7 ) 的原则 ， 混凝 土强度推定值 不再进 行修正 ， 强度代表值就是强度推定值。 强度合格性评定 。强度评定方法采用 港 13 工程 混 凝 土 非 破 损 检 测 技 术 规 程 ( J T J T 2 7 1 9 9 9 ) 中合格 性评 定 ： mf c u e k+ o， c u e m i n - L 一 0 5 0 0 ， 式 中： 的取值为回弹法检测得到的标准差 ， 标准 差 。 不 大 于 0 1 f c k ， 大 于 时取 为 0 。 4 2单 个预应 力构 件钻 芯检 测 混凝 土 强度评 定 桥梁预应力构件中结构受力时预应力承担主要 作 用 ， 混 凝 土承 受 的 压 应 力 不再 占 主导 地 位 。 建议 采 用 以下 原则 ： 推定值 确定 。桥梁预应力构件混凝 土强度 推 定值 与 非预应 力 构件 一致 。 强度评定。强度评定方法采用国外和 港 13 工程 混 凝 土非 破 损 检 测 技 术 规 程 ( J T J T 2 7 1 9 9 9 ) 相结合 的原则 ， 芯样强度合格性评定 ： m i c e I0 8 5 f c u k+ 0 ， 厂 c u e m i 10 8 5 L k 一 0 5 0 -0 ， 式中： 。 的取值为回弹法检测得到的标准差 ， 标准 差 O r 。 不大于 0 1 L ， 大于时取为0 1 L 。 5 结语 通过对不 同规程标准的分析和比较后 ， 首次提 出对 采用 钻 芯法 检 测桥 梁 构 件 混 凝 土强 度 时 ， 对 桥 梁混凝土强度 的评定方法按预应力和非预应力构件 分别进行合格性评定 的探讨 ， 推定值采用统 一的方 法 ， 供相关部门在实际工程中应用时参考。 参考文献 1 C E C S 0 3 ： 2 0 0 7， 钻芯法检验混凝 土强度技术规程 S 2 张炽升 浅谈混凝土 实体结 构钻芯法 检测 J 监理 与检测 ， 2 0 1 1 ( 3 ) ： 1 0 41 0 6 3 赵冬 霞 混 凝 土强 度 检洲 方 法 比较 与 应用 J 】 工 程 质量 ， 2 0 0 2 ( 1 2) ： 1 61 7 4 张治泰 ， 李乃平 关于钻芯法检验结构混凝土 强度问题 J 工 程质量 ， 2 0 0 3 ( 1 ) ： 1 9 2 3 5 杨迎春 结构实体混 凝土强 度检测技术 的现状 与趋 势 J 科 学之友 ， 2 0 0 5 ( 8 ) ： l 9 2 0 6 张玉芬结 构实体混凝 土强度 的检测 与评定 J 路 基工程 ， 2 0 0 8 ( 6 ) ： 7 0 7 1 7 J T J T 2 71 9 9 9 ， 港 口工程混凝土非破损 检测技 术规程 S 8 G B T 5 0 1 0 7 2 0 1 0， 混凝土强度检验评定 标准 S 9 G B T 5 0 3 4 42 0 0 4， 建筑结构检测技术标准 S 1 O 陈健文 钻芯法混凝土强度检测 准确度的影 响因素分析 J 广东土木与建筑 2 0 0 5 ( 1 2 ) ： 5 25 4 1 1 刘运江 ， 王善拔 ， 罗云峰 关于 E C S 0 3 ： 2 0 0 7 钻芯 法检测混凝 土强度技术规程 中单 个构件混凝土强度推定值的讨论 J 建筑监督检测与造价， 2 0 0 9 ， 2 ( 3 ) ： 6 97 2 1 2 王华琪 混凝土强度 检验评定标 准的 问题 与对策 ， 第三届 中 国建设工程质量论坛优秀论文 z 2 0 0 9， 2 7 ( 1 1 ) ， 3 5 3 9 ( 上接 第 1 7 6页) ( 4 ) ： 1 5 6 9一l 5 7 3 5 朱 自强 ， 密士文 ， 鲁光银 ， 等金属预应力管道注浆质量超声检 测数值模拟 J 中南大学学报 ( 自然科学版 ) ， 2 0 1 2 ， 4 3 ( 1 2 ) ： 4 8 8 8 4 8 9 3 6 唐承铁 桥梁预应力 管道智 能注浆控 制仪模 型试验 研究 J 公路工程 ， 2 0 1 2 ， 3 7 ( 6) ： 1 71 9 7 杨忠 ， 梁俊辉 ， 张升彪 ， 等 超声成像 法在桥梁预应 力管道注 浆质量检测 中的应用 J 2 0 l 2 ， 3 7 ( 5 ) ： 1 6 81 7 1 8 江阿兰 ， 褚瑞峰 超声法检测预应力混凝土 预留孔道灌浆 质量 的研究 J 森林工程 ， 2 0 0 3 ， 1 9 ( 1 ) ： 4 5 4 7 9 吴佳哗 ， 安雪 晖， 田北平 混凝 土无损 检测技 术的现 状和 进展 J 四川理工学院学报 ， 2 0 0 9 ， 2 2 ( 4 ) ： 47 1 0 喻波 ， 欧宁 ， 鲁 光银 ， 等 混 凝土桥 梁金 属波纹 管注 浆质 量声波检测法探讨 J 公路工程 ， 2 0 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