淺談回彈法和鉆芯法在結(jié)構(gòu)混凝土檢測(cè)中的應(yīng)用

陳小力

(健研檢測(cè)集團(tuán)有限公司,福建 廈門(mén) 361004)

當(dāng)前建筑結(jié)構(gòu)向大跨度、超高層方向發(fā)展,混凝土構(gòu)件的配筋越來(lái)越密集、鋼筋直徑選用越來(lái)越大,而混凝土強(qiáng)度等級(jí)也越來(lái)越高?；貜椃z測(cè)混凝土抗壓強(qiáng)度,因其能夠快速準(zhǔn)確得出檢測(cè)結(jié)果,而同時(shí)對(duì)混凝土結(jié)構(gòu)自身無(wú)破壞性,所以被廣泛應(yīng)用于工程檢測(cè)中,同時(shí)被社會(huì)各界一致認(rèn)可。在回彈法檢測(cè)結(jié)構(gòu)混凝土抗壓強(qiáng)度的過(guò)程中,特別是一些特殊構(gòu)件(柱頭、節(jié)點(diǎn)),當(dāng)構(gòu)件的混凝土強(qiáng)度推定值低于其砼設(shè)計(jì)強(qiáng)度等級(jí)時(shí),應(yīng)在該構(gòu)件最低強(qiáng)度換算值測(cè)區(qū)內(nèi)進(jìn)行取芯,宜鉆取直徑為75mm的芯樣,依據(jù)相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)對(duì)所取的芯樣進(jìn)行加工、試驗(yàn),測(cè)區(qū)強(qiáng)度換算值與其芯樣抗壓值進(jìn)行對(duì)比分析,對(duì)構(gòu)件強(qiáng)度推定值偏低產(chǎn)生的原因進(jìn)行了系統(tǒng)的闡述分析。

1 芯樣制取、加工

1.1 芯樣的制取

鉆芯法是普遍認(rèn)為這是一種較為直觀、可靠、精度高的檢測(cè)方法,是公認(rèn)的驗(yàn)證非破損方法的依據(jù)。結(jié)構(gòu)混凝土芯樣的制取、加工和試驗(yàn)依據(jù)《鉆芯法檢測(cè)混凝土強(qiáng)度技術(shù)規(guī)程》CECS 03∶2007。首先在保障試驗(yàn)精度的前提下,選擇合適直徑的鉆頭及合理選擇鉆芯位置,可以減少測(cè)試誤差,對(duì)結(jié)構(gòu)構(gòu)件鉆取標(biāo)準(zhǔn)直徑的芯樣有時(shí)困難重重,或根本無(wú)法實(shí)施。公稱(chēng)直徑70～75mm芯樣試件抗壓強(qiáng)度值的平均值與標(biāo)準(zhǔn)試件抗壓強(qiáng)度值的平均值基本相當(dāng)[1]。允許有條件地使用小直徑芯樣試件[2]。其中有條件的使用小直徑芯樣,可理解為根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況：構(gòu)件測(cè)區(qū)位置、主筋間距、箍筋間距、工作面狀況等來(lái)確定將要鉆取芯樣試件的直徑。這樣既可以保證所鉆取的芯樣符合標(biāo)準(zhǔn)要求,也可以對(duì)構(gòu)件的損傷最低。構(gòu)件中的鋼筋密集程度是制約制取芯樣的主要因素,芯樣直徑太大就會(huì)截取到構(gòu)件中的鋼筋,影響結(jié)構(gòu)安全,因此需要小直徑芯樣代替標(biāo)準(zhǔn)芯樣。怎樣準(zhǔn)確定位鋼筋的位置成為取芯的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。鋼筋位置定位不準(zhǔn)確很容易在鉆取芯樣的過(guò)程中出現(xiàn)卡鉆、鉆取后無(wú)法取出芯樣、鋼筋被截?cái)嗟?。?zhǔn)確定位構(gòu)件中的鋼筋位置：先根據(jù)圖紙了解構(gòu)件的內(nèi)部鋼筋布置情況(如主筋根數(shù)、直徑多少、箍筋等情況),使用混凝土鋼筋檢測(cè)儀測(cè)量鋼筋具體的位置?；炷龄摻顧z測(cè)儀是采用電磁感原理探測(cè)鋼筋位置,其僅可以探測(cè)構(gòu)件的表面鋼筋(當(dāng)鋼筋埋置深度增加一定的深度,此時(shí)儀器無(wú)法定位鋼筋的具體位置),在測(cè)試前應(yīng)對(duì)儀器進(jìn)行預(yù)熱和調(diào)零,調(diào)零時(shí)探頭應(yīng)遠(yuǎn)離金屬物體[3]。每次儀器調(diào)零和調(diào)整儀器內(nèi)所測(cè)鋼筋的直徑可減少數(shù)據(jù)漂移,減少測(cè)試誤差。其次現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際的鋼筋布置情況復(fù)雜多變,測(cè)試人員只能根據(jù)設(shè)計(jì)圖紙的鋼筋布置情況進(jìn)行測(cè)試、定位,在構(gòu)件測(cè)區(qū)范圍內(nèi)標(biāo)出鋼筋的具體位置,測(cè)量構(gòu)件的主筋、箍筋間距來(lái)選擇合適直徑的鉆頭。使用取芯機(jī)進(jìn)行取芯,在鉆取到一定的深度時(shí)需要把芯樣敲斷、取出。芯樣取樣完成后,觀察芯樣是否滿足規(guī)范要求,各方代表在芯樣簽字確認(rèn)。芯樣檢查：外觀有無(wú)裂縫或其他較大缺陷、芯樣內(nèi)有無(wú)鋼筋,若有鋼筋,記錄鋼筋直徑和位置,判斷對(duì)加工后的影響；

1.2 芯樣加工及試驗(yàn)

先測(cè)量芯樣直徑,再根據(jù)測(cè)量的直徑在芯樣上標(biāo)出所鋸切位置,滿足加工后高徑比要求。芯樣在切鋸時(shí)應(yīng)緩慢進(jìn)行,緩慢轉(zhuǎn)動(dòng)芯樣,可防止芯樣缺棱掉角,切鋸速度過(guò)快,當(dāng)鋸片切割至粗骨料時(shí)由于震動(dòng)粗骨料與混凝土界面產(chǎn)生松動(dòng)、微小裂縫、芯樣缺棱掉角等。在切鋸?fù)瓿珊?芯樣端面宜采用磨平機(jī)磨平,當(dāng)采用補(bǔ)平方式處理時(shí),注意所用材料,不同材料所補(bǔ)平的厚度不同,在補(bǔ)平過(guò)程中及時(shí)測(cè)量補(bǔ)平層的厚度,保障補(bǔ)平厚度滿足標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范要求,對(duì)需要泡水的芯樣,在端面補(bǔ)平處理后,等端面材料完全干燥后再泡水。在芯樣抗壓時(shí),芯樣軸心線與試驗(yàn)機(jī)的應(yīng)力中心線重合,下端放置半球形支座,在芯樣抗壓時(shí)自動(dòng)調(diào)節(jié)芯樣水平,使其均勻受壓,芯樣抗壓應(yīng)符合《普通混凝土力學(xué)性能試驗(yàn)方法標(biāo)準(zhǔn)》GB/T 50081中對(duì)立方體試塊抗壓試驗(yàn)的規(guī)定,以提高芯樣抗壓強(qiáng)度的準(zhǔn)確性和可靠性。

構(gòu)件取芯后,為了不影響構(gòu)件的工作性能,將鉆取的孔洞需要用比構(gòu)件混凝土強(qiáng)度高一強(qiáng)度等級(jí)的微膨脹細(xì)石混凝土修補(bǔ)。某工程柱梁節(jié)點(diǎn)部位取芯：芯樣鉆取到一定深度,芯樣已敲斷但無(wú)法取出,因?yàn)殇摻钜欢卧谛緲又?一段在構(gòu)件中,此時(shí)繼續(xù)在原位鉆取困難重重,目前沒(méi)有合適的辦法取出該芯樣,故只能在該芯樣附近區(qū)域重新選取位置取樣。

某芯樣,在加工芯樣時(shí),發(fā)現(xiàn)芯樣中含有與芯樣縱向一致的鋼筋。鋼筋一部分留在芯樣中,經(jīng)過(guò)端面處理后,芯樣抗壓值明顯低于在相鄰位置芯樣的抗壓值,因?yàn)樵撔緲釉诩庸で懈顣r(shí),鋼筋與其接觸的混凝土松動(dòng)所致。因此特別是重要部位,如柱頭、節(jié)點(diǎn)等,準(zhǔn)確定位鋼筋的具體位置尤為重要。

2 芯樣試件抗壓值與回彈法強(qiáng)度值對(duì)比

小直徑芯樣試壓強(qiáng)度的變異性較大[4]。下面是小直徑75mm芯樣試件抗壓值與回彈法檢測(cè)測(cè)區(qū)強(qiáng)度進(jìn)行對(duì)比。表1為芯樣試件抗壓值與回彈法強(qiáng)度值對(duì)比結(jié)果,其中：

強(qiáng)度等級(jí)C25的芯樣抗壓強(qiáng)度值與回彈法檢測(cè)測(cè)區(qū)強(qiáng)度換算值極差為5.5MPa；

強(qiáng)度等級(jí)C30的芯樣抗壓強(qiáng)度值與回彈法檢測(cè)測(cè)區(qū)強(qiáng)度換算值極差為12.7MPa；

強(qiáng)度等級(jí)C35的芯樣抗壓強(qiáng)度值與回彈法檢測(cè)測(cè)區(qū)強(qiáng)度換算值極差為13.5MPa；

強(qiáng)度等級(jí)C40的芯樣抗壓強(qiáng)度值與回彈法檢測(cè)測(cè)區(qū)強(qiáng)度換算值極差為10.8MPa；

強(qiáng)度等級(jí)C45的芯樣抗壓強(qiáng)度值與回彈法檢測(cè)測(cè)區(qū)強(qiáng)度換算值極差為14.7MPa；

強(qiáng)度等級(jí)C50的芯樣抗壓強(qiáng)度值與回彈法檢測(cè)測(cè)區(qū)強(qiáng)度換算值極差為11.4MPa；

強(qiáng)度等級(jí)C60的芯樣抗壓強(qiáng)度值與回彈法檢測(cè)測(cè)區(qū)強(qiáng)度換算值極差為16.1MPa。

表1 芯樣試件抗壓值與回彈法強(qiáng)度值對(duì)比結(jié)果表

以上數(shù)據(jù)表明：直徑75mm的芯樣試件抗壓強(qiáng)度值基本上隨試件強(qiáng)度等級(jí)的增加而離散性增大；芯樣在抗壓時(shí),當(dāng)強(qiáng)度等級(jí)C25～C40時(shí),芯樣脆性破壞不是很明顯,隨著強(qiáng)度等級(jí)的增加,芯樣脆性破壞明顯,當(dāng)強(qiáng)度等級(jí)C60時(shí),尤為明顯,極差增大是脆性破壞的表面現(xiàn)象；根據(jù)芯樣檢測(cè)結(jié)果,芯樣的抗壓強(qiáng)度值基本上大于其砼設(shè)計(jì)強(qiáng)度等級(jí)值,對(duì)于回彈檢測(cè)混凝土強(qiáng)度推定值偏低：原因1大部分是在混凝土澆筑完成后,較快拆除了模板,加上養(yǎng)護(hù)不及時(shí)。原因2芯樣端部大約有10mm～20mm厚無(wú)粗集料的水泥砂漿層,導(dǎo)致混凝土表面強(qiáng)度偏低。當(dāng)構(gòu)件達(dá)到等效養(yǎng)護(hù)齡期累計(jì)溫度達(dá)到600℃·d時(shí),其混凝土內(nèi)部強(qiáng)度基本上都達(dá)到設(shè)計(jì)要求,鑒于此情況,在排除混凝土強(qiáng)度澆筑錯(cuò)誤外,可根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)試塊抗壓值、同條件養(yǎng)護(hù)試塊抗壓值、回彈法檢測(cè)混凝土抗壓值和芯樣抗壓值結(jié)合,建立專(zhuān)用測(cè)強(qiáng)關(guān)系曲線,對(duì)混凝土回彈推定值進(jìn)行修正,以減少對(duì)構(gòu)件的損傷。直徑為75mm的芯樣能真實(shí)的反映混凝土內(nèi)部強(qiáng)度值。

3 結(jié)論

(1)當(dāng)回彈法檢測(cè)的構(gòu)件砼抗壓強(qiáng)度推定值低于其砼設(shè)計(jì)強(qiáng)度等級(jí)的標(biāo)準(zhǔn)值時(shí),為驗(yàn)證構(gòu)件的實(shí)際強(qiáng)度,應(yīng)在其相應(yīng)的最低強(qiáng)度換算值測(cè)區(qū)內(nèi)進(jìn)行取芯,怎樣確定構(gòu)件中鋼筋分布情況、確定鋼筋的具體位置是取芯的先決條件,而芯樣的加工、試驗(yàn)過(guò)程能否依據(jù)相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行,是檢測(cè)過(guò)程的關(guān)鍵條件。直徑為75mm的芯樣抗壓值能夠體現(xiàn)混凝土構(gòu)件的內(nèi)部實(shí)際強(qiáng)度。

(2)在根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)要求鉆取相應(yīng)直徑的芯樣,將構(gòu)件的損傷降到最低。也可根據(jù)回彈法、鉆芯法結(jié)合標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)試塊抗壓值和同條件養(yǎng)護(hù)試塊抗壓值來(lái)建立專(zhuān)用測(cè)強(qiáng)關(guān)系曲線或修正系數(shù),解決回彈法檢測(cè)混凝土抗壓強(qiáng)度的不足。