钻芯法检测结构混凝土强度合格性评定分析.pdf

水利水电技术第 4 2卷2 0 l 1年第8期 钻芯法检测结构混凝土强度 合格性评定分析 吕列民，崔德密，王 宁，高 修 ( 素 彻淮 科 委 员 墓 水 利 科 学 研 究 院 ， 安 徽 蚌 埠2 3 3 。 0 o ) 摘要 ：本文从结构混凝土芯样钻取、加 工和试验过程 ，分析 了钻芯法检测混凝土抗压强度的主要影 响 因素 ，提 出了钻芯法检测混凝土强度不确定度的评定方法，并结合 工程应用，引入不确定度对结构 混凝土 强度合 格 性评 定进 行 了探 讨 。 关键词 ：混凝土芯样 ；抗压强度 ；不确定度 ；质量评定 中图分类号 ：T V 5 2 3 文献标识码 ：B 文章编号 ：1 0 0 0 0 8 6 0 ( 2 0 1 1 ) 0 8 0 0 2 1 0 3 An a l y s i s on c o n f o r mi t y a s s e s s me n t o f c o n c r e t e s t r e ng t h wi t h c or e d r i l l i ng me t ho d L V Li e mi n，CUI De mi ，W ANG Ni n g，GAO Xi u ( Wa t e r R e s o u r c e s R e s e a r c h I n s t i t u t e o f A n h u i P r o v i n c e a n d H u a i h e R i v e r C o mm i s s i o n ，MWR ， B e n g b u 2 3 3 0 0 0 ， A n h u i ，C h i n a ) Ab s t r a c t ： T h e ma i n i mp a c t f a c t o r s o n t h e c o n c r e t e c o mp r e s s i v e s t r e n g t h d e t e c t e d b y t h e c o r e d ri l l i n g me t h o d a r e a n a l y z e d h e r e i n f r o m t h e p r o c e s s e s o f t h e d ri l l i n g， p r o c e s s i n g a n d t e s t i n g o f s t r u c t u r a l c o n c r e t e c o r e s a mp l e s ，a n d t h e n a me t h o d o f t h e a s s e s s me n t ma d e o n t h e u n c e r t a i n t y o f t h e c o n c r e t e s t r e n gth d e t e c t e d w i t I l t h e c o r e d r i l l i n g me t h o d i s p u t f o r w a r d Mo r e o v e r t h e i n t r o d u c t i o n o f t h e u n c e rt a i n t y i n t o t h e c o n f o r mi t y a s s e s s me n t o f t h e s t r u c t u r a l c o n c r e t e s t r e n gth i s a l s o d i s c u s s e d i n a c c o r d a n c e w i t h t h e a c t u al e ng i n e e ring a p p l i c a t i o n c o nc e r ne d Ke y wo r d s ：c o n c r e t e c o r e s a mp l e s ；c o mp r e s s i v e s t r e n gth ；u n c e r t a i n t y；q u a l i t y a s s e s s me n t 1 引 言 钻芯法检测结构混凝土抗压强度是一种微破损检 测技术 ，由于结构混凝土芯样在钻取 、加工 、试验过 程 中受多种 因素的影响 ，这些因素对芯样混凝土抗压 强度检测结果的分散程度 ，可以引入测量不确定度来 合理评价结构混凝土强度的代表值 ，进而评定结构混 凝土强度 的合格性 ，为工程质 量验收 、质 量事故处 理、工程安全鉴定等方面提供技术支持。 2 钻芯法检测混凝土强度主要特点 2 1 混凝土芯样钻取 钻芯法使用的主要工具是专用钻机和人造金刚石 薄壁钻头 ，在混凝土芯样钻取时，首先是把钻机固定 于被检测结构实体混凝土的表面，利用电磁感应仪测 Wa t e r Re s o u r c e s a n d Hy d r o p o we r En g i n e e r i n g V o 1 4 2 No 8 试避开主筋、预埋件和管线等部位；然后是人工把持 钻机缓慢钻人、匀速钻进，对钻头连续加水冷却及时 排除切割混凝土产生的碎屑 。取芯直径应考虑混凝土 粗骨料最大粒径 ，通常取芯直径为 1 0 0 m m，芯样钻 取的长度可以根据试验 目的、要求来确定 ，一般不应 短于 1 5倍的芯样直径。 芯样钻取过程 中 ，钻 头摆动 的同心度和钻取速 度的均匀性 是对混凝 土芯样 直径偏差影 响的主要 因 素。 2 2 混凝土芯样加工 把钻取的圆柱状混凝土芯样，利用切割和磨平机 械加工制成高径比为 1 ： 1的标准试件。加工后的芯 收稿 日期 ：2 0 1 1 0 6 1 0 作者简介：吕列民( 1 9 6 3 一) ，女，教授级高级工程师 ，副总工程师。 21 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 吕列民， 等钻芯法检测结构混凝士强度合格性评定分析 样试件应符合下列要求 ：( 1 ) 芯样试件高径 比为 0 9 5 1 0 5 ；( 2 ) 沿芯样试件高度 的任一直径与平均直径 相差不大于 2 mm；( 3 ) 芯样试件端面与轴线的不垂直 度不大于 1 。 ；( 4 ) 芯样试件端面的不平整度在 1 0 0 m m 长度 内不大于 0 1 m m。 2 3混凝土芯样试验 根据结构混凝土工作环境 ，选用 自然干燥状态或 浸泡潮湿状态进行混凝土芯样试件抗压强度试验。试 验加载速度应符合普通混凝土力学性能试验方法的要 求。混凝土芯样试验抗压强度按下式计算 f e u , r- ( 1 ) 式中， 为混凝土芯样抗压强度 值 ( MP a ) ，精确至 0 1 MP a ；F为芯 样试 件抗 压试 验测 得 的最大 压 力 ( k N) ；D为芯样试件 的直径( ra m) ，精确至 0 1 m lT l 。 3 混凝土强度测量不确定度的评定 测量不确定度评定的主要程序如下 ：( 1 ) 确定被 测量的测量方法 ；( 2 ) 找 出所有对测量结果输 出的影 响量 ；( 3 ) 建立影响被测量不确定度评价数学模 型 ； ( 4 ) 确定 各影 响量 的测量不确定度 分量；( 5 ) 确定被 测量可能包含的影响因子 ；( 6 ) 进行标准不确定度 的 评定 、合成 、扩展 ；( 7 ) 给出不确定度评定报告。 3 1 建立数学模型 混凝土强度测量不确定度评价数学模型为 y= 1 ， 2 ， ) ( 2 ) 式 中，Y为被测量 ( 输出量 ) ； 为影响量 ( 输入量 ) 。 钻芯法检测 混凝土抗压 强度 ，在芯样钻 取、切 割、磨平 、试验整个过程 中，对芯样试件抗压强度试 验结果的影响，现就 钻芯法检测混凝土强度技术规 程 ( C E C S 2 1 ：9 0 ) 中对试 验提 出明确要求 的要素逐 一 分析如下 ：( 1 ) 芯样直径 D，由钻取和测量引起直 径偏差 ，影响因素用 。表示 ；( 2 ) 试验荷载 F，由试 验机示值 、加 载速度等 引起 ，影 响 因素用 表示 ； ( 3 ) 芯样端面与轴线的不垂直度产生的影响 ，用 表 示 ；( 4 ) 芯样端 面的不平 整度产生 的影 响，用 。表 示。 此时，式 ( 2 ) 可以表达为 y= ， J ， F ， A ， ) ( 3 ) 。 、 ，是通过 量值输入对 Y产生影 响 ，可 以对 式( 1 ) 进行微分分解 ，然后按 B类不确定度的评定方 法分别计算两个分量的不确定度。 、 是相互独立的影响量，可以按 B类不确 定度的评定方法逐一计算各分量的不确定度。 3 2 测量不确定度评定的数学表示 当全部输入量 是相互独 立或不相关时 ，合成 标准不确定度 ( Y ) 为 ( y ) = 至 i 【 ( ( 4 ) =1 相对合成不确定度为 = 标准不确定度 。 ( ) 既可按 A类评定 ，也可按 B 类评定。 在 彼此独立的条件下 ，如果 函数表达式为 Y = ， ： ， ) = P 】 z P ( 6 ) 相对合成标准不确定度为 = 耋 】 ( 7 ) 3 3工程检测实例 某工程混凝土设计强度等级为 C 4 0 ，按批进行 抽样检测 ，钻取混凝土芯样试件各项参 数及 试验值 见表 1 。 表 1 芯样试验值 序号 直径 D ram 面积 m m 不垂直度 ( 。 ) 荷载 k N 强度 MP a 1 1 0 0 7 7 9 6 6 4 0 7 3 2 6 6 41 0 2 9 9 5 7 7 7 2 8 0 2 3 42 8 4 4 1 3 1 0 0 1 7 8 5 8 1 0 2 3 4 8 9 4 4 4 4 9 9 9 7 8 2 8 8 0 2 3 5 3 1 4 5 1 5 1 o o 4 7 91 9 1 O 1 3 4 2 1 4 3 2 6 1 O 0 2 7 8 8 6 2 0 2 3 2 0 2 4 0 6 7 1 0 0 1 7 8 6 0 5 0 6 3 4 _ 4 3 4 3 8 8 9 9 2 7 7 2 7 8 0 6 3 1 9 2 41 3 9 1 0 o 0 7 8 51 8 0 0 3 1 2 5 3 9 8 l O 1 0 o 1 7 8 6 6 3 O 4 3 0 7 6 3 9 1 1 l 9 9 4 7 7 5 2 7 O 1 3 3 6 5 4 3 4 1 2 9 9 4 7 7 5 6 9 O 1 3 1 4 2 4 0 5 1 3 1 0 0 0 7 8 5 5 6 O 8 3 3 1 5 4 2 2 1 4 9 9 7 7 8 01 0 0 3 3 3 0 8 4 2 4 1 5 9 9 3 7 7 41 0 O 7 3 2 5 9 4 2 1 1 6 9 9 2 7 71 8 4 0 0 2 9 1 8 3 7 8 1 7 1 0 0 3 7 9 0 4 2 0 3 3 0 7 5 3 8 9 1 8 9 9 7 7 8 01 6 O 3 3 2 9 2 4 2 2 1 9 1 0 o 6 7 9 4 7 6 O 1 3 5 1 3 4 4 2 2 0 1 o o 1 7 8 6 9 8 0 2 3 2 9 7 41 9 根 据 钻 芯 法 检 测 混 凝 土 强 度 技 术 规 程 ( C E C S 2 1 ：9 0 ) ，结构混凝土抗压强度推定分为单个 构件和检测批两种情况 ：( 1 ) 单个构件混凝土强度值 的推定，每个构件钻取有效芯样的数量不应少于 3 个，较小构件不少于 2 个，取有效芯样试件混凝土抗 压强度中的最小值为推定值。( 2 ) 检测批混凝土强度 水 0 水电技术第4 2卷2 O 儿 年第 8期 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 的推定 ，在 同一检测批中钻取芯样有效标准试件 的数 量不宜少于 1 5个最小样本容量 ，检测批 混凝 土强度 计算推定区间( ，。 ， e 2) ，在 和 之间的差 值不宜大于 5 0 MP a和 0 1 0 f c 。 中两者 的较大值 时，取 为检测批的推定值 。 。 表 1 中，n= 2 0 ， =4 1 9 MP a，S 。 。 =2 0 2 MP a ； m D= 9 9 9 m m，mF=3 2 8 8 k N 。当 n=2 0时 ， 1= 吕列民， 等钻芯法检测结构混凝土强度合格性评定分析 3 4 4端面不平整度 引起的不确定度分量 u ( a) 规范要求， 每 1 0 0 m m芯样端面不平整度 0 1 IB m 。 该批试 件实际不平整度 0 1 m m，服从 矩形分布 ， 误差 0 0 5 mm，则 ( )： 1 0 0 ：0 0 2 9 。 31 0 0 上述分别计算各种影响量引起的相对不确定度分 1 2 7 ，k 2=2 4 0 。批 推 定 值 上 限： I e 1= 。 一 量 。 k S 。 =3 9 3 M P a 。批 推定 值下 限 ： = 。 一 Ji 2 S 。 =3 7 1 MP a 。经计算比较 。 一 e 2=2 2 MPa、 0 1 = 4 1 9 MP a均小于 5 0 MP a 时 ，该批混凝 土抗压强度代表值为 ： = 3 9 3 MP a 。 3 4芯样试件抗压强度不确定度评定 3 4 1 直径 测量 引起 的不确 定度 “ ( D) 芯样 直径 9 9 31 0 0 9 mm，A D=1 0 0 99 9 3 = 1 6 ( m m) ，分散区间的半宽为 a： A D 2= 0 8 m m， 服从矩形均匀分布 u ( D ) = 口 3 = 0 8 , = 0 4 6 2 ， 相 对不确定 度为 “ ( D)=M ( D) m D =0 4 6 2 9 9 9 1 0 0=0 46 。 3 4 2压 力测量 引起 的不确 定度 分量 U ( F) 压力 机 测 量 标 准 不 确 定 度 ( 标 准 证 书 )U ，= 0 6 0 ，k 。 = 2 ，则相对标准不确定度 “ 。 ( ， )=U 2 =0 3 0 压力机示值误差引起的相对不确定度为 ( ) ，压 力机示值误差 0 6 ，分散区间半宽为 0 6 。按矩 形分布， 相对不确定度 “ 。 ( ) = 0 6 V = 0 3 5 。 分位值引起的相对不确定 度为 u ( F ， ) ，压力机 分位值为 1 k N，可精确到 0 5 k N；分散 区间半宽为 0 5 k N，服从矩形分布。M ( F 3 )= 0 5 4 g=0 2 9 k N， 相对不确定度为 M ( F 3 )= “ ( F 3 ) m F=( 0 2 9 3 2 8 8 ) 1 0 0 =0 0 9 。 试验过程还有加荷速度等方面影响 ，在此不在赘 述 。 上述各项 ，合成相对不确定度为 ( F ) = u ( F ) + “ ( ) + ( ) = ( 0 3 ) +( 0 3 5 ) +( 0 0 9 ) = 0 4 7 3 4 3 端面与轴线不垂直度引起的不确定度分量 ( ) 端面与轴线夹角为 0 0 。 0 8 。 ，规范要求 1 。 。 由于端 面与轴线夹 角 引起 的端 面受压力 的变 化 ， 根据端面受力分解 ，有 效压力 F F c o s a，=F ( 1一 C O S O t ) ，服从矩形分布，则 u ( )： ： 1 0 0 ： 0 0 0 6 U U U O u L J = = _= = 二 _ 一 = 0 3F 0 3 水利水电技术第4 2卷2 0 1 1 年第8期 芯样抗 压强 度计 算按 式 ( 1 ) 计 算 ，对 式 ( 1 ) 中 、 D求偏导 d ： d F一 d D 蜕 u ， r 一 上式两边分布除以 = ，整理如下 _ n 2F r I J J 等= 了d F - 2 d D ( 8 ) f F D 这样可以得到式( 8 ) 中灵敏系数为 压力 F： C ( F)=1 ，直径 D i C ( D)=一 2 试验引起芯样试件抗压强度相对标 准不确定度 为 “ 。 ( ) =J u ( D ) + “ ( F ) + “ ( ) + u ( A ) = ( 一 2 x Q 0 3 4 6 ) + ( 1 x (1 0 D 4 7 ) + ( Q 0 0 6 ) + ( Q 0 0 0 2 9 ) =1 0 3 3 4 5检测 区混 凝 土不均 匀性 引起 的不 确定 度 按 A类评定 ，芯样样本标准差 S =2 0 2 M P a 。 考虑芯样试验过程 中各影响量 引起 的不确定度分量 ， 该批混 凝土 不均匀性引起的 不确定度分量为u 2 u -r ) = ： ： 0 4 5 2 MP a ，相对标准不确定度 。 ， )： I n 2 0 1 0 0 =1 0 8 ，总 的相对标 准不确定度 为 u o ) = 4 2 (f lc u ,r ) + 2 2 ) = ( 0 0 1 0 3 ) + ( Q 0 1 0 8 ) =1 4 9 ，取扩展不确定度系数 后=2 ，所 以扩展不确 定度 ( )= 2 9 8 。 4 芯样混凝土抗压强度合格性评定 按钻芯法规程要求 ：该批混凝土设计强度等级为 C 4 0 ，该批混凝土强度代表值为 。 = 3 9 3 M P a 。 在不考虑混凝土成熟度 ，仅就现龄期混凝土强度 表征值来分析，在引入芯样混凝土强度测量的不确定 度后 ， =3 9 3( 4 1 92 9 8 )=3 9 31 2 ( M P a ) 。可以认为该工程混凝土抗压强度属于 C 4 0混 凝土强度等级范围。 ( 责任编辑陈小敏) 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m