鉆芯法檢測結(jié)構(gòu)混凝土抗壓強度應注意的問題

彭明煒

（上海永固檢測技術(shù)有限公司，上海 201705）

0 引言

目前，混凝土結(jié)構(gòu)性能檢測主要有局部破損法與非破損法2種方式，在具體性能檢測過程中，常見方法主要包括超聲法、回彈法、超聲-回彈法等。實踐證明，傳統(tǒng)檢測方法存在諸多不足，如檢測結(jié)果容易受到鋼筋凈距、粗骨料等因素的影響，而且部分檢測手段成本大、技術(shù)要求高，難以大面積推廣。相比之下，鉆芯法具有成本低、檢測效率高及技術(shù)條件成熟等優(yōu)點，并且與傳統(tǒng)技術(shù)相比，該方法可直接顯示混凝土結(jié)構(gòu)的性能，因此成為評估混凝土抗壓強度的有效方法，值得推廣。

1 鉆芯法分析

鉆芯法主要是通過人造金剛石薄壁鉆頭直接從混凝土結(jié)構(gòu)或構(gòu)件實體上鉆取若干個混凝土芯樣本，經(jīng)過雙刀切割機加工、自然養(yǎng)護并達到規(guī)定齡期后，通過壓力機對混凝土的抗壓性能進行評價。對于混凝土的強度檢測，鉆芯法因為具有直觀、便捷、可重復等優(yōu)點，成為判斷混凝土結(jié)構(gòu)性能的有效方法。目前，我國公路、水利、建筑等行業(yè)根據(jù)本行業(yè)特征出臺了相應的鉆芯法標準，如GB/T 50107—2010《混凝土強度檢驗評定標準》、GB 50204—2015《混凝土結(jié)構(gòu)工程施工質(zhì)量驗收規(guī)范》等。

在混凝土結(jié)構(gòu)檢測中，由于薄壁混凝土構(gòu)件鋼筋間距不斷減小，在鉆取100mm的芯樣時可能傷及配筋、主筋等，因此，在高徑比為1∶1～2∶1的情況下鉆取困難。隨著建筑行業(yè)的發(fā)展，要求鉆芯法不斷減小混凝土芯樣的直徑，并按照行業(yè)的評判標準，采用多種方法優(yōu)化鉆芯取樣過程，以避免質(zhì)量問題，滿足建筑工程項目的混凝土施工要求。

從技術(shù)應用現(xiàn)狀看，鉆芯法可用于測量混凝土的抗折強度、耐久性等關(guān)鍵數(shù)據(jù)，與其他技術(shù)相比，在混凝土性能檢測中展現(xiàn)出其良好的靈活性，所呈現(xiàn)的信息全面，能夠為相關(guān)方提供完整的數(shù)據(jù)參數(shù)支持。

2 鉆芯法檢測結(jié)構(gòu)混凝土抗壓強度注意事項

2.1 適用范圍

運用鉆芯法進行結(jié)構(gòu)混凝土抗壓強度檢測時，必須充分考慮其適用范圍，以提高鉆芯法的應用效果。采用鉆芯發(fā)進行結(jié)構(gòu)混凝土強度檢測，須避開以下特殊情況。

1）標準規(guī)定的普通混凝土以外的非常規(guī)骨料，或者使用特殊生產(chǎn)工藝澆筑完成的特種混凝土。

2）混凝土構(gòu)件的齡期短 若選擇的混凝土還處于早期強度增長階段，使用鉆芯法可能對混凝土的內(nèi)部結(jié)構(gòu)產(chǎn)生擾動，并損壞混凝土漿體與骨料之間的黏結(jié)效果，最終降低混凝土性能。

3）混凝土的強度等級不足C10 在混凝土結(jié)構(gòu)施工階段，強度等級C10以下的混凝土，其膠凝材料數(shù)量少，在施工期間會影響粗骨料與混凝土漿體之間的黏結(jié)力，鉆芯所產(chǎn)生的擾動會對混凝土造成損傷。

4）預應力混凝土 采用鉆芯法會影響預應力混凝土中的預應力結(jié)構(gòu)，最終導致構(gòu)件局部松動，降低預應力結(jié)構(gòu)的性能，影響施工效果。

5）結(jié)構(gòu)節(jié)點的核心位置 使用鉆芯法要主動避開梁柱結(jié)構(gòu)的核心區(qū)域，因為在核心區(qū)域鉆芯會對混凝土及鋼筋造成傷害而增加危險源。

6）人防防護構(gòu)件 人防結(jié)構(gòu)是抵御外部沖擊的重點，若對其使用鉆芯法將會對原有的構(gòu)件結(jié)構(gòu)產(chǎn)生破壞，降低人防結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性。

2.2 檢測構(gòu)件的選擇

檢測構(gòu)件的選擇應具有代表性，要根據(jù)建筑結(jié)構(gòu)的特征按照相關(guān)技術(shù)標準進行檢測，應降低檢測過程對檢測結(jié)果的影響，避免破壞混凝土構(gòu)件的穩(wěn)定性，并達到“易于檢測”的目的。

2.3 鉆頭直徑的選擇

在使用鉆芯法檢測混凝土構(gòu)件性能時，檢測構(gòu)件的選擇是重要的影響因素，需要嚴格按照混凝土粗骨料的粒徑大小、鋼筋在構(gòu)件中的分布間距確定鉆頭直徑。檢測過程中還需考慮直徑芯樣檢測方法所產(chǎn)生的強度標準差問題。因此，根據(jù)相關(guān)研究結(jié)論，筆者認為，在使用鉆芯法時，可選擇直徑為100mm的標準鉆頭。

2.4 芯樣鉆取數(shù)量

鉆芯法會影響混凝土結(jié)構(gòu)，所以在檢測中需要嚴格限制鉆芯取樣的數(shù)量，不僅保證鉆芯取樣具有代表性，也應盡可能減少檢測因素對混凝土的影響。例如：在單構(gòu)件的鉆芯檢測中，鉆芯數(shù)量不應多于1個；在梁板柱構(gòu)件的性能檢測中，鉆芯取樣的數(shù)量可選擇3～4個；若構(gòu)件的尺寸小，鉆芯的數(shù)量應控制在2個左右。

2.5 鉆芯位置的選擇

考慮到鉆芯法具有一定的專業(yè)性，其檢測構(gòu)件、鉆芯位置等可由監(jiān)理單位、檢測單位及業(yè)主方三方討論后確定。鉆芯結(jié)束后，芯樣的孔洞將會發(fā)展為薄弱區(qū)，并影響構(gòu)件的穩(wěn)定性。根據(jù)結(jié)構(gòu)力學特征，薄弱區(qū)在構(gòu)件中所處的位置不同，其對結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性的影響不同。因此，鉆芯位置的選擇需要充分評估構(gòu)件的受力情況，主動避開箍筋加密以及核心節(jié)點區(qū)域。以框架梁為例，在該構(gòu)件的混凝土性能檢測中，鉆芯檢測可選擇在梁跨的1/3位置；在柱構(gòu)件鉆芯法檢測中，可選擇柱中央位置；墻構(gòu)件的鉆芯檢測可選擇中部位置。

2.6 預埋件及鋼筋的檢測

若使用不合理的鉆芯檢測方法會對預埋件以及鋼筋的性能造成破壞，甚至影響混凝土構(gòu)件的穩(wěn)定性、安全性。因此，在鉆芯取樣時，可通過無損檢測技術(shù)、鋼筋位置測定儀等判斷鋼筋、預埋件位置，以保證混凝土的安全性。鉆芯取樣時若遇到鋼筋，須立即停止，并選擇其他位置再取芯。

2.7 鉆芯深度及鉆進速度

在使用鉆芯法時應穩(wěn)固鉆機，避免因鉆機不穩(wěn)定而傷害施工人員；合理選擇鉆進速度，保持鉆進速度的穩(wěn)定，避免因過快鉆進造成內(nèi)部結(jié)構(gòu)損傷；轉(zhuǎn)速不穩(wěn)定會導致鉆進的角度發(fā)生變化，芯樣表面呈喇叭狀，垂直度下降，不滿足檢測要求。因此，在使用鉆芯法檢測時，應嚴格控制鉆進的深度，并在兩端位置留出一定的余量，使兩端的斷面經(jīng)過加工打磨后，芯樣的高徑比控制在1.0即可。

2.8 標記芯樣

鉆取芯樣后，需對所有芯樣進行標記，標記內(nèi)容包括編號、芯樣所處的位置以及取樣信息等，避免取芯樣本混亂；在運輸混凝土樣本時，可用隔斷等做好保護，避免芯樣相互碰撞而影響最終檢測結(jié)果。

2.9 構(gòu)件修復

鉆芯結(jié)束后，應通知相關(guān)方對芯樣孔洞等薄弱位置進行修復，消除薄弱點。為避免混凝土結(jié)構(gòu)被進一步破壞，鉆芯取樣后可選擇高強度混凝土芯樣孔洞進行修補，以確?；炷两Y(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性。

2.10 混凝土芯樣處理

嚴格按照相關(guān)標準對混凝土芯樣進行加工。結(jié)合工程項目的施工經(jīng)驗可知，工程項目在混凝土工程中會添加諸多外加劑，因此，為保證芯樣代表現(xiàn)場施工情況，應根據(jù)現(xiàn)場施工的相關(guān)要求做好芯樣的處置與養(yǎng)護。根據(jù)混凝土芯樣加工的相關(guān)要求，降低表層切除的深度，宜控制在10mm以內(nèi)，尤其注意最大深度不應大于鋼筋保護層厚度。對芯樣加工處理時，若鋸切速度過快，可能造成斷面不平、崩邊等問題，進而影響混凝土芯樣的性能。除此之外，在對芯樣處理時應注意保留需要的余量，若發(fā)現(xiàn)混凝土芯樣質(zhì)量不滿足試驗檢測要求，則可以通過預留的余量進一步加工，直至滿足混凝土鉆芯法處理要求。

2.11 參照標準

在使用鉆芯法檢測混凝土結(jié)構(gòu)件抗壓強度時，應嚴格按照GB/T 50081—2019《混凝土物理力學性能試驗方法標準》的相關(guān)規(guī)定開展試驗。

3 鉆芯法實施路徑

在利用鉆芯法檢測結(jié)構(gòu)混凝土抗壓強度時，為了對其中的關(guān)鍵操作步驟有更深了解，測量時應掌握標準的測量方法，并通過系統(tǒng)、規(guī)范的操作路徑，避免因為不合理操作而影響抗壓強度的測量結(jié)果，以更好地滿足工程項目的混凝土性能檢測要求。

3.1 鉆芯法檢測實驗室的設(shè)置

使用鉆芯法對結(jié)構(gòu)混凝土的抗壓強度進行檢測時，受建設(shè)方委托，工程項目混凝土結(jié)構(gòu)的性能檢測需要選擇具有相應資質(zhì)的單位，并形成標準化的工作路徑?；炷翗?gòu)件的性能檢測需要認真履行相關(guān)檢測步驟，并按照標準操作，其中需要注意的事項如下。

1）對混凝土原材料的檢測，要收集相關(guān)方提供的原材料合格證、生產(chǎn)批號等，并在填寫表格后上傳給實驗室。原材料取樣后，相關(guān)樣本的存儲與管理應充分滿足相關(guān)標準要求，嚴格控制樣本存儲的溫度、濕度等，降低遠景因素影響。

2）結(jié)構(gòu)混凝土的性能檢測，需要對所有運至現(xiàn)場的混凝土做現(xiàn)場取樣，并按照相關(guān)標準獲得標本；需要見證取樣的，可在監(jiān)理單位以及其他責任方的監(jiān)督下完成取樣。

3.2 鉆芯法實施步驟

3.2.1 鉆芯法取樣的實施背景

1）鉆芯法取樣測試結(jié)果會受到濕度以及外界環(huán)境等因素的影響，導致混凝土構(gòu)件的相關(guān)配合比與實際情況出現(xiàn)誤差，最終導致混凝土構(gòu)件的測試結(jié)果出現(xiàn)偏差。

2）在混凝土結(jié)構(gòu)施工期間，如遇施工方法調(diào)整或者原材料變化，在運用鉆芯法時需要及時調(diào)整混凝土的強度。

3）對已經(jīng)投入使用的混凝土構(gòu)件進行強度檢驗。

3.2.2 準備工作

鉆芯法試驗所需準備的設(shè)備主要包括取芯設(shè)備、芯樣補平器、磨平機、壓力試驗機等。

試驗期間所需關(guān)鍵技術(shù)材料有工程項目建設(shè)資料、設(shè)計圖紙、混凝土強度等級等，還應結(jié)合工程項目的施工要求，了解混凝土原材料的相關(guān)試驗檢測報告。

3.2.3 取樣大小及樣本選擇

為避免鉆芯法對工程項目施工以及混凝土構(gòu)件的完整性造成影響，鉆芯時應參照圖紙以及工作經(jīng)驗等，選擇對構(gòu)件影響小的位置，并避開管線、主筋等重要受力結(jié)構(gòu)，避免鉆芯影響混凝土結(jié)構(gòu)的性能。

3.2.4 鉆芯法的相關(guān)技術(shù)要求

每個構(gòu)件的鉆芯數(shù)量應該根據(jù)構(gòu)件的體積決定，一般構(gòu)件結(jié)構(gòu)小，可選擇不少于2個鉆芯樣本。在鉆芯期間，用水對鉆頭進行冷卻，在排除周圍混凝土屑之后，將出水口溫度控制在35～40℃；芯樣直徑應不小于骨料最大粒徑的2～3倍；取芯后留下的孔洞，可選擇微膨脹水泥或者樹脂類材料等修復，使取樣位置的混凝土強度與整體結(jié)構(gòu)相比具有更高的等級；鉆芯法的芯樣應參照垂直度以及平整度等要求，若發(fā)現(xiàn)混凝土樣本不滿足預期標準，則需要對芯樣進行加工，保證使芯樣與補平層之間能夠良好地結(jié)合。

3.2.5 芯樣的抗壓強度試驗

試驗中，相關(guān)人員需要重點關(guān)注以下問題。

1）檢查芯樣的外觀以及相關(guān)尺寸要求，在試驗檢測期間，可用磨平機對芯樣做抹平處理后，再用砂漿、泥漿做養(yǎng)護，避免芯樣出現(xiàn)裂縫、縮頸等問題，以致不符合混凝土的最終測試結(jié)果。

2）當結(jié)構(gòu)工作環(huán)境比較潮濕，需要確定潮濕狀態(tài)下混凝土的強度時，芯樣試件宜在（20±5℃）的清水中浸泡40～48h，從水中取出后立即進行試驗。

3）在測試期間，要連續(xù)獲得3個測試值，以測試的最小值為最終結(jié)果。針對高徑比不小于2.00的軸心抗壓強度，在數(shù)據(jù)處理過程中可將其換算為高徑比為1.00的試件強度，并根據(jù)相關(guān)標準做系數(shù)換算。

3.3 鉆芯法取樣的結(jié)果分析

按照上文方法對建筑物混凝土做抗壓強度分析后，分別選擇3個點做鉆芯法檢測，其中：在取樣點①鉆取芯樣的直徑規(guī)格為100.0mm、高徑比1.00，測量結(jié)果顯示芯樣的抗壓強度值為30.3MPa；取樣點②的混凝土設(shè)計強度等級為C30，鉆芯取樣的直徑為99.7mm、高徑比0.98，芯樣的抗壓強度測試結(jié)果顯示為30.9MPa；取樣點③的混凝土設(shè)計強度等級為C30，鉆芯取樣的直徑為99.7mm、高徑比0.99，最終測量結(jié)果顯示芯樣的抗壓強度達到31.5MPa。

在測試期間，為保證測試檢測結(jié)果，必須經(jīng)過嚴格審核，并盡量消除外部因素對最終測量結(jié)果的影響。對工程項目主體結(jié)構(gòu)以及關(guān)鍵受力部位，必要時可不選擇鉆芯法，以保證混凝土構(gòu)件整體結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性。除此之外，針對工程項目中強度不滿足設(shè)計標準的情況，可遵照相關(guān)技術(shù)要求作出改進，避免出現(xiàn)質(zhì)量風險。

4 結(jié)語

大量工程項目實踐經(jīng)驗表明，用鉆芯法檢測混凝土抗壓強度存在諸多影響最終測量結(jié)果的因素，因此，在進行混凝土性能檢測時，工作人員要充分認識到其他因素對測驗結(jié)果的影響，發(fā)揮鉆芯法的技術(shù)優(yōu)勢，爭取直觀地顯示混凝土結(jié)構(gòu)性能的變化，為最終更好地掌握混凝土構(gòu)件性能奠定基礎(chǔ)。