國內(nèi)外現(xiàn)場結(jié)構(gòu)實體混凝土強(qiáng)度鉆芯檢測評定方法對比分析

周建文，趙日煦，劉士清，楊文，宋正林

（1. 湖北省建筑工程質(zhì)量監(jiān)督檢驗測試中心，武漢　430070；2. 中建商品混凝土有限公司，武漢　430070）

國內(nèi)外現(xiàn)場結(jié)構(gòu)實體混凝土強(qiáng)度鉆芯檢測評定方法對比分析

周建文1，趙日煦2，劉士清1，楊文2，宋正林2

（1. 湖北省建筑工程質(zhì)量監(jiān)督檢驗測試中心，武漢430070；2. 中建商品混凝土有限公司，武漢430070）

結(jié)合國內(nèi)外現(xiàn)行的相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)，對混凝土結(jié)構(gòu)實體強(qiáng)度鉆芯檢測評定方法進(jìn)行了對比分析，并提出了對檢測結(jié)果進(jìn)行評定時應(yīng)注意的幾個問題。

鉆芯評定；結(jié)構(gòu)強(qiáng)度；評定方法

0　引言

混凝土強(qiáng)度是混凝土的力學(xué)性能，表征其抵抗外力的能力，是影響混凝土結(jié)構(gòu)可靠性的重要因素，為保證結(jié)構(gòu)的可靠性，必須進(jìn)行混凝土的生產(chǎn)控制和合格性評定。混凝土強(qiáng)度等級的檢驗評定是建立在標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)條件下混凝土試塊立方體抗壓強(qiáng)度的基礎(chǔ)上，通過生產(chǎn)、施工、養(yǎng)護(hù)等過程控制，來保證結(jié)構(gòu)實體中的混凝土的強(qiáng)度滿足設(shè)計要求。當(dāng)需要確定結(jié)構(gòu)實體中的混凝土強(qiáng)度時，基于試塊強(qiáng)度的檢驗方法已無能為力，必須采用混凝土強(qiáng)度現(xiàn)場檢測方法來準(zhǔn)確地推定結(jié)構(gòu)實體中的混凝土在受檢齡期相當(dāng)于立方體試塊且具有95% 的保證率的抗壓強(qiáng)度值。

目前對于結(jié)構(gòu)實體中混凝土抗壓強(qiáng)度常規(guī)的檢測方法是回彈檢測法、超聲回彈綜合法、鉆芯檢測法等。特殊情況下超聲回彈綜合法和鉆芯法結(jié)合修正法。其中采用鉆芯法對結(jié)構(gòu)實體混凝土抗壓強(qiáng)度進(jìn)行檢測評定是國內(nèi)外通用的方法，但是其對鉆芯強(qiáng)度數(shù)值的評定分析也不一樣。本文研究對比了我國、歐盟和美國的鉆芯標(biāo)準(zhǔn)，為鉆芯法檢測評定結(jié)構(gòu)實體混凝土抗壓強(qiáng)度提出思考建議。

1　檢測評定方法對比

1.1我國鉆芯檢測評定方法

我國目前對現(xiàn)場混凝土結(jié)果進(jìn)行鉆芯檢測評定的主要依據(jù)是協(xié)會標(biāo)準(zhǔn) CECS 03∶2007《鉆芯法檢測混凝土強(qiáng)度技術(shù)規(guī)程》[1]，該規(guī)定對混凝土芯樣的抽取、制備、抗壓和結(jié)果評定進(jìn)行了規(guī)定，混凝土芯樣直徑宜為 100mm，特殊情況下應(yīng)不小于 50mm，芯樣的數(shù)量不少于 3 個。并設(shè)定推定區(qū)間來保證檢測的準(zhǔn)確性，使得漏判率和錯判率均控制在一定的水平，使計算出的混凝土強(qiáng)度推定值能夠達(dá)到在強(qiáng)度總體分布中的保證率不低于 95%。其推定區(qū)間的上限值和下限值按照下列公式進(jìn)行計算：

其中：

fcu,cor,m——芯樣試件的混凝土抗壓強(qiáng)度平均值，MPa；

Scor——芯樣試件混凝土抗壓強(qiáng)度的標(biāo)準(zhǔn)，MPa；

k1,k2——推定區(qū)間上下限值系數(shù)。

規(guī)定推定上、下限值所構(gòu)成的推定區(qū)間的置信度為 0.85即漏判概率為 0.10，錯判概率為 0.05，推定上、下限值之間的差值不宜大于 5.0MPa 和 0.10 倍的平均值兩者的較大值，宜推定上限值作為檢測批混凝土強(qiáng)度的推定值。

同時也規(guī)定，當(dāng)用鉆芯確定單個構(gòu)件混凝土強(qiáng)度推定值時應(yīng)按照有效芯樣試件混凝土抗壓強(qiáng)度值中的最小值確定。

1.2歐盟標(biāo)準(zhǔn)

歐洲標(biāo)準(zhǔn) PrEN1371—2003 《Assessment of concrete compressive structures or in structural elements》[2]則認(rèn)定混凝土芯樣試塊抗壓強(qiáng)度和立方體試塊標(biāo)準(zhǔn)抗壓強(qiáng)度的的系數(shù)為0.85，即認(rèn)為，當(dāng)芯樣試塊抗壓強(qiáng)度達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)試塊抗壓強(qiáng)度的85%，即可認(rèn)為結(jié)構(gòu)實體的抗壓強(qiáng)度可以接受，以標(biāo)準(zhǔn)給定的合格范圍進(jìn)行合格性判定，具體如表 1 所示。

表1　現(xiàn)場結(jié)構(gòu)強(qiáng)度最小值要求

表 1 給出了現(xiàn)場芯樣對應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)圓柱體試件抗壓強(qiáng)度和標(biāo)準(zhǔn)立方體試件抗壓強(qiáng)度時所需要滿足最小值的強(qiáng)度要求，即認(rèn)為當(dāng)現(xiàn)場芯樣強(qiáng)度的推定值滿足大于表中對應(yīng)的最小值，芯樣所代表的混凝土結(jié)構(gòu)和預(yù)制構(gòu)件的抗壓強(qiáng)度合格。

該標(biāo)準(zhǔn)也要求混凝土骨料的最大粒徑和芯樣的公稱直徑之比不宜超過 1/3，認(rèn)為混凝土骨料最大粒徑和芯樣直徑對強(qiáng)度結(jié)果具有很大的影響。該標(biāo)準(zhǔn)條文表明，對于 20mm 的骨料，直徑 100mm 的芯樣的抗壓強(qiáng)度要比直徑 50mm 的芯樣高7%，直徑 50mm 的芯樣的抗壓強(qiáng)度要比直徑 25mm 的芯樣高20%；對于 40mm 的骨料，直徑 100mm 芯樣的抗壓強(qiáng)度要比直徑 50mm 的芯樣高 17%，而直徑 50mm 的芯樣抗壓強(qiáng)度要比直徑 25mm 的芯樣高 19%。

對混凝土芯樣的尺寸大小根據(jù)不同的強(qiáng)度試件參考標(biāo)準(zhǔn)有不同，芯樣的高度與直徑之比（H/d）要根據(jù)情況而定，當(dāng)現(xiàn)場芯樣強(qiáng)度相比于標(biāo)準(zhǔn)圓柱體試件強(qiáng)度，則 H/d 宜為2.0，如相比于標(biāo)準(zhǔn)立方體試件抗壓強(qiáng)度，則 H/d 宜為 1.0，沒有對混凝土芯樣直徑進(jìn)行具體的規(guī)定。這個和我國目前現(xiàn)行的行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)略有區(qū)別，我國目前均采用標(biāo)準(zhǔn)立方體試件強(qiáng)度對混凝土的強(qiáng)度進(jìn)行定義，用于評定現(xiàn)場混凝土結(jié)構(gòu)或預(yù)制混凝土結(jié)果的芯樣直徑宜為 100mm，特殊情況下應(yīng)不小于50mm，芯樣的數(shù)量不少于 3 個。

EN13791[3]根據(jù)有效芯樣數(shù)量的多少，對于現(xiàn)場混凝土結(jié)構(gòu)強(qiáng)度其采用兩種方式進(jìn)行推定，計算方式如下：

當(dāng)芯樣數(shù)量不少于 15 個時：

或者

其中：

k2——國家規(guī)定的系數(shù)，一般情況下取值 1.48；

S——芯樣強(qiáng)度的標(biāo)準(zhǔn)差，當(dāng)計算低于 2.0MPa 時取值2.0MPa。

當(dāng)芯樣數(shù)量少于 15 個時，按照下式進(jìn)行計算：

或者

其中，參數(shù) k 的取值取決于芯樣的數(shù)量，按照表 2 進(jìn)行取值。

表2　參數(shù) k 的取值標(biāo)準(zhǔn)

一般情況下采用芯樣抗壓強(qiáng)度的平均值進(jìn)行現(xiàn)場強(qiáng)度的推定計算，當(dāng)采用最小值時，必須有證據(jù)表明芯樣的最小值能夠代替結(jié)構(gòu)的最小值。

1.3美國標(biāo)準(zhǔn)

ACI318M-05《混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范》[4]中對混凝土的配制強(qiáng)度的計算和我國現(xiàn)行的配合比計算公式有很大的區(qū)別，計算公式如下：

當(dāng)生產(chǎn)條件穩(wěn)定，數(shù)據(jù)較多，能夠建立樣品標(biāo)準(zhǔn)差時，混凝土的配制強(qiáng)度根據(jù)下式（7）、式（8）進(jìn)行計算：

當(dāng)混凝土設(shè)計強(qiáng)度低于 C35 級以上時：

當(dāng)混凝土設(shè)計強(qiáng)度超過 C35 級以上時：

當(dāng)現(xiàn)有數(shù)據(jù)不具有標(biāo)準(zhǔn)差時，混凝土的配制強(qiáng)度則根據(jù)表 3 進(jìn)行計算。

表3　混凝土的配制強(qiáng)度查詢表

其中式 7、式 9 是根據(jù)三次連續(xù)試驗的平均值從 100 個試件中抽取一個試件的值可能低于設(shè)計強(qiáng)度，式 8 是依據(jù)每個試件超過設(shè)計強(qiáng)度 3.5MPa 的近似可能性，式 10 則是依據(jù)從 100 個試件中抽取 1 個試件，每個試件的強(qiáng)度低于 0.9 倍設(shè)計強(qiáng)度的可能性。

該標(biāo)準(zhǔn)認(rèn)為現(xiàn)場同條件養(yǎng)護(hù)的混凝土試件的強(qiáng)度應(yīng)該不低于標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)條件下試件強(qiáng)度的 85%，如果低于 85%，則需要改進(jìn)現(xiàn)場的養(yǎng)護(hù)條件，但是如果現(xiàn)場養(yǎng)護(hù)的試件抗壓強(qiáng)度超過設(shè)計強(qiáng)度 3.5MPa 時，可以取消達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)條件強(qiáng)度85% 的限值。

因此，該標(biāo)準(zhǔn)以這個 85% 的比例作為判斷現(xiàn)場養(yǎng)護(hù)的可靠性的合理的基礎(chǔ)，現(xiàn)場結(jié)構(gòu)鉆芯試件的平均強(qiáng)度為設(shè)計強(qiáng)度的 85% 的巖芯試驗應(yīng)該是切乎實際的。因為試件的尺寸、獲取試件的條件和養(yǎng)護(hù)環(huán)境、程序和試驗室條件下不同，所以期待現(xiàn)場鉆芯試件的強(qiáng)度等同于設(shè)計強(qiáng)度是不怎么切合實際的。因此，該標(biāo)準(zhǔn)認(rèn)為，如果混凝土現(xiàn)三個鉆芯試件的平均值至少與設(shè)計強(qiáng)度的 85% 相等，且沒有任何一個鉆芯試件強(qiáng)度低于設(shè)計強(qiáng)度的 75% 時，混凝土鉆芯強(qiáng)度可以被評定為合格。

2　實例對比

某試驗墻冬季各齡期的鉆芯強(qiáng)度值選取 15 組進(jìn)行數(shù)據(jù)分析，分析結(jié)果見表 4。采用上述不同的檢測評定方法對其進(jìn)行強(qiáng)度評定，見表 5。

表4　某試驗墻的相應(yīng)齡期鉆芯強(qiáng)度值　MPa

表 5　不同檢測評定方法的檢測結(jié)果對比

根據(jù)表 5 我國和美國、歐盟的結(jié)構(gòu)實體鉆芯檢測方法的對比結(jié)果可以看出：（1）在低強(qiáng)度等級混凝土（C30/C40）的現(xiàn)場結(jié)構(gòu)鉆芯檢測評定中，三個標(biāo)準(zhǔn)的評價結(jié)果基本一致，從數(shù)據(jù)上來看美國標(biāo)準(zhǔn) ACI 318M-05 相對寬松，這可能是和美國 ACI 318M-05 對混凝土的配制強(qiáng)度計算方式不同所引起的。

（2）采用不同的檢測評定方法，對同一批樣本數(shù)據(jù)，會產(chǎn)生不同的評定結(jié)果，甚至是相反的結(jié)論。同時，相比較而言，當(dāng)檢測批樣本分布較為均勻，即樣本標(biāo)準(zhǔn)差較小時，不同檢測評定方法得出的結(jié)果是一致的。因此，在進(jìn)行混凝土抗壓強(qiáng)度檢測評定時，要明確采用的標(biāo)準(zhǔn)和適用條件，當(dāng)標(biāo)準(zhǔn)差過大時，應(yīng)加強(qiáng)注意分析。

（3）對于數(shù)據(jù)分布不均勻，標(biāo)準(zhǔn)差較大的高強(qiáng)度混凝土，在日常進(jìn)行強(qiáng)度檢測評定時可以借鑒其評定方法，或者采用檢驗批的均值作為混凝土的強(qiáng)度推定值，減小混凝土強(qiáng)度的誤判概率。

（4）同時根據(jù)上表的檢測評定結(jié)果，早期混凝土強(qiáng)度檢測評定不符合設(shè)計要求，但是經(jīng)過后期強(qiáng)度的發(fā)展會滿足設(shè)計要求，結(jié)合現(xiàn)在混凝土采用大摻合料技術(shù)的實際情況，可以適當(dāng)延長現(xiàn)場結(jié)構(gòu)實體強(qiáng)度檢測的齡期，發(fā)揮礦物摻合料的火山灰活性效應(yīng)，真實反映混凝土的后期實際強(qiáng)度。

3　結(jié)論

（1）根據(jù)上述分析，混凝土抗壓強(qiáng)度不同的檢測評定方法會產(chǎn)生不同的檢測評定結(jié)果，極端情況會出現(xiàn)截然相反的結(jié)果。

（2）在進(jìn)行混凝土抗壓強(qiáng)度檢測評定時，應(yīng)注意明確檢測評定標(biāo)準(zhǔn)和適用條件，采用適宜的方法進(jìn)行混凝土抗壓強(qiáng)度檢測評定。

（3）對于高強(qiáng)度、高標(biāo)準(zhǔn)差的檢驗批的強(qiáng)度評定，可以借鑒國際標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行，或者在有依據(jù)的條件下采用平均值進(jìn)行評定，減少誤判概率。

[1] CECS 03：2007．鉆芯法檢測混凝土強(qiáng)度技術(shù)規(guī)程[S]．

[2] PrEN1371-2003. Assessment of in-situ compressive strength in structure and precast concrete componts．

[3] EN12504-1．Testing concrete in structures –Part 1:Cored speciments-Taking．examining and testing in compression．

[4] ACI 318M-05. Building code requirements for structural concrete and commentary[S]．

［通訊地址］湖北省武漢市湖北省建筑工程質(zhì)量監(jiān)督檢驗測試中心（430070）

周建文，男，工程師。