鉆芯法在混凝土強(qiáng)度檢測中的應(yīng)用研究

孫剛

（寧夏功達(dá)建筑工程檢驗(yàn)檢測有限公司，寧夏 銀川 750001）

鉆芯法在混凝土強(qiáng)度檢測中的應(yīng)用研究

孫剛

（寧夏功達(dá)建筑工程檢驗(yàn)檢測有限公司，寧夏 銀川 750001）

鉆芯法檢測混凝土強(qiáng)度，我們一般在回彈法不適用時(shí)選用，或?qū)ζ渌瞧茡p測得的數(shù)據(jù)有懷疑時(shí)采用。隨著高強(qiáng)混凝土在工程結(jié)構(gòu)中的廣泛應(yīng)用，鉆芯法已成為評(píng)價(jià)混凝土強(qiáng)度的重要方法。相對(duì)來講，在檢測精度要求越來越高的今天，鉆芯法顯得更為可靠。

混凝土結(jié)構(gòu)；強(qiáng)度檢測；工程質(zhì)量；鉆芯法；強(qiáng)度；剛度；耐久性；檢測精度

0 引言

鉆芯法是利用專用鉆芯機(jī)從被檢測的結(jié)構(gòu)或構(gòu)件上直接鉆取圓柱型的混凝土芯樣，并根據(jù)芯樣的抗壓試驗(yàn)強(qiáng)度來推定混凝土的抗壓強(qiáng)度，是較為直觀可靠的檢測混凝土強(qiáng)度或觀察混凝土內(nèi)部質(zhì)量的局部半破損現(xiàn)場檢測方法。

1 鉆芯法的選用條件

當(dāng)有下列情況時(shí)，選擇鉆芯法檢測混凝土強(qiáng)度：

1）對(duì)試塊抗壓強(qiáng)度的測試結(jié)果或?qū)ζ渌瞧茡p測強(qiáng)取得的數(shù)據(jù)有懷疑時(shí)；

2）因材料、施工或養(yǎng)護(hù)不良而發(fā)生質(zhì)量問題時(shí)；3）混凝土遭凍傷、火災(zāi)、化學(xué)侵蝕或其他損害時(shí)；

4）檢測經(jīng)多年使用的建筑結(jié)構(gòu)或構(gòu)筑物中混凝土強(qiáng)度時(shí)。

鉆芯法也有它的局限性，它對(duì)混凝土構(gòu)件有一定的破壞，對(duì)鉆芯位置的選取和數(shù)量等均受到一定限制，且成本較高，操作較復(fù)雜，故一般在工程檢測中不宜大量鉆芯。

2 現(xiàn)場鉆芯位置的選擇

2.1 實(shí)際工程中，同層次、同混凝土強(qiáng)度等級(jí)，同澆搗日期的相同類型的結(jié)構(gòu)或構(gòu)件有很多，在選鉆芯樣鉆取部位時(shí)，首先應(yīng)選擇受力較小的構(gòu)件鉆取芯樣，如高度或跨度較小的構(gòu)件。

2.2 混凝土梁

1）梁的受力圖形為余弦波狀，梁中間部位截面的上部受壓下部受拉，梁兩端1/3～1/4跨度范圍內(nèi)剪力較大，上部受壓且常有抗剪彎筋，故鉆芯時(shí)宜選在距梁兩端1/3～1/4跨度部位、梁身中下部。

框架梁，當(dāng)梁截面高度h≥500mm時(shí)，鉆芯部位可選在中和軸上彎矩最小值處或者粱跨中中和軸以下部分；梁截面高度h＜500mm時(shí)，也取在中和軸上彎矩最小值處，但不能在梁跨中中和軸以下部位鉆芯。當(dāng)梁截面高度較小時(shí)，跨中混凝土受壓受拉區(qū)高度也較小，容易因誤取跨中受壓區(qū)混凝土而影響構(gòu)件安全使用。理論上彎矩最小值處的混凝土不受力，鉆芯樣后，對(duì)構(gòu)件影響甚微，梁跨中中和軸以下部分混凝土只受拉，按鋼筋混凝土計(jì)算原理，該處抗拉由鋼筋承擔(dān)，混凝土只與鋼筋粘結(jié)、起保護(hù)作用。在實(shí)際操作過程中，工程現(xiàn)場不可能提供構(gòu)件彎矩圖，必須熟練運(yùn)用結(jié)構(gòu)力學(xué)知識(shí)，迅速判斷出構(gòu)件彎矩最小值的大致位置。

2）住宅工程中檢測陽臺(tái)挑梁的混凝土強(qiáng)度時(shí)，鉆芯樣大部位宜選在陽臺(tái)挑梁在室內(nèi)錨固部分距外墻為1m左右的托梁上。

底層框架、二層以上磚混結(jié)構(gòu)的商住樓，檢測底層框架的混凝土強(qiáng)度時(shí)，宜應(yīng)選在縱橫軸的邊軸框架梁上鉆芯樣。

混合結(jié)構(gòu)中簡支梁與圈粱相連時(shí)，需檢測簡支粱的混凝土強(qiáng)度，宜選在圈梁上鉆取。

2.3 混凝土柱

1）無論是軸向受力往或偏心受力柱，鉆芯部位都可選在柱的縱橫軸線交點(diǎn)處即柱中，因?yàn)橹炷恋氖┕な菑南碌缴线M(jìn)行澆搗的，振搗后，由于重力作用柱的下半部石子偏多而上半部則偏少，一般說來下半部的混凝土強(qiáng)度要高于上半部，此處對(duì)受力偏心柱來說，彎矩最小值處也大致在柱中位置，因此，鉆芯部位選在柱中，既最能代表該柱混凝土實(shí)際質(zhì)量，又可減少柱的損傷。

2）柱在主框架方向鋼筋分布較密，非框架方向鋼筋較少；柱的上下兩端為箍筋加密區(qū)，柱身由樓面往上1～1.5m范圍內(nèi)往往是縱向鋼筋接頭的部位、箍筋加密區(qū)，鋼筋分布較密；柱身的受力一般兩端大，中間小；故芯樣的鉆取部位宜選在非主框架方向，在距樓面1.5m以上結(jié)構(gòu)受力較小的位置。

2.4 預(yù)應(yīng)力混凝土構(gòu)件，按施加預(yù)應(yīng)力的方法不同分先張和后張二類，后張法的受彎構(gòu)件(構(gòu)件寬b≤250mm)，在沒有張拉前可在構(gòu)件中和軸彎矩最小值處鉆芯樣，鉆芯深度不宜過長，盡量控制在120mm，絕對(duì)不能在兩端的錨固區(qū)鉆取。至于其他類型的預(yù)應(yīng)力混凝土構(gòu)件，根據(jù)《規(guī)范》要求，不宜鉆取。

2.5 混凝土墻、板宜在澆筑段距端部300mm處取樣；對(duì)易損傷結(jié)構(gòu)功能的構(gòu)件，如薄壁構(gòu)件應(yīng)在不重要的部位取樣。

2.6 獨(dú)立基礎(chǔ)或條形基礎(chǔ)一般僅底部有一層鋼筋，上部屬于構(gòu)造配筋，可在上部直接用鉆芯機(jī)垂直鉆芯樣或者在大放腳的基杯上鉆芯樣；片筏基礎(chǔ)或箱型基礎(chǔ)，上表面鋼筋密，必須從側(cè)面選取鉆芯位置。

2.7 在混凝土結(jié)構(gòu)構(gòu)件中，由于受到施工、養(yǎng)護(hù)或位置的影響，其各部分的強(qiáng)度并不是均勻一致的。因此，在選擇鉆芯位置時(shí)應(yīng)考慮這些因素，以使鉆芯位置的混凝土強(qiáng)度具有代表性。在條件許可時(shí)，一般應(yīng)先進(jìn)行非破損測試，然后根據(jù)檢測結(jié)果有目的確定鉆芯位置。

2.8 對(duì)于樓板一類的構(gòu)件，鉆芯樣后可切去澆搗面約板厚20%的不具代表性的混凝土；絕對(duì)避免在混凝土施工縫處即二次混凝土澆搗結(jié)合處鉆芯樣，因?yàn)榇颂幓炷敛痪哂写硇浴?/p>

3 使用鉆芯法在工程檢測中遇到的問題及解決

3.1 外界影響

在鉆芯前，應(yīng)根據(jù)結(jié)構(gòu)圖并借助儀器查明鋼筋、預(yù)埋件和管線的位置，以確定鉆芯位置?，F(xiàn)在常用的是電磁感應(yīng)法檢測，比較適用于配筋稀疏和混凝土保護(hù)層不太厚的鋼筋檢測。鋼筋位置在同一平面或在不同平面內(nèi)距離較大時(shí)，測得的結(jié)果比較滿意；但在上下雙層鋼筋間距較小、鋼筋之間間距較密、保護(hù)層過厚或因施工質(zhì)量不良導(dǎo)致鋼筋粘結(jié)在一起時(shí)，電磁感應(yīng)法檢測時(shí)電磁場干擾嚴(yán)重，必須多次進(jìn)行往返探測確定位置。多次往返探測結(jié)果仍有較大偏差時(shí)，應(yīng)在構(gòu)件表面開槽，直接找到鋼筋確定鉆芯位置。

3.2 鉆芯對(duì)混凝土結(jié)構(gòu)內(nèi)鋼筋的傷害

現(xiàn)代工程的設(shè)計(jì)越來越多的采用小截面、高強(qiáng)度混凝土、高承載力的鋼筋密集型結(jié)構(gòu)，需要鉆取小直徑芯樣才能完成檢測。但按規(guī)定，鉆芯樣直徑不宜小于骨料最大粒徑的3倍，在任何條件下，不得小于骨料最大粒徑的2倍。在對(duì)某教學(xué)樓進(jìn)行檢測時(shí)，柱身混凝土使用石子為20～40mm，也就是說，鉆芯樣的直徑不得小于80mm，但柱內(nèi)主筋間距只有70mm左右，無法在不損傷主筋的情況下取出符合規(guī)范的芯樣。只好在征得甲方同意的情況下，用100mm內(nèi)徑的鉆頭在柱身中間鉆芯樣，將中間的主筋鉆斷，并鉆入近200mm才取出合格的芯樣。然后把鉆芯孔鑿開，用鋼筋焊接機(jī)按規(guī)范要求把被切斷的鋼筋焊回去。這種做法除傷害主筋之外，為了重新焊接鋼筋又保證焊接長度而必須打開周邊的混凝土，后期修復(fù)工作帶來的損傷其實(shí)更嚴(yán)重。

現(xiàn)場檢測時(shí)一定要根據(jù)粗骨料粒徑和結(jié)構(gòu)配筋率選鉆芯樣尺寸，盲目選取大直徑的芯樣，即使采用鋼筋定位儀，傷到主筋、鉆斷主筋的現(xiàn)象也會(huì)時(shí)有發(fā)生，特別是高層建筑，結(jié)構(gòu)配筋率比較高，混凝土中鋼筋的間距多在100mm～150mm之間、間距小于100mm的情況也較為常見。加上鋼筋直徑以及位置偏差帶來的影響，鉆芯樣時(shí)很難避開主筋，不僅損傷鉆頭，也給修復(fù)帶來困難。為了避免鉆芯給結(jié)構(gòu)帶來影響，采用75mm內(nèi)徑鉆頭鉆芯樣來作抗壓試驗(yàn)。雖然我國目前對(duì)小芯樣檢測混凝土強(qiáng)度還有較多的爭議，如離散性高；鉆芯、切割時(shí)損傷程度相對(duì)較大、混凝土內(nèi)部的缺陷影響程度較高等?，F(xiàn)在南方地區(qū)大量使用小直徑芯樣，結(jié)合當(dāng)?shù)氐拇止橇鲜褂们闆r，增加小芯樣的鉆芯數(shù)量、采用合適的高徑比等措施，用75mm內(nèi)徑鉆芯樣的方法檢測混凝土還是能做到較高的測試精度。

3.3 摻有粉煤灰的商品混凝土強(qiáng)度檢測

我國目前使用的商品混凝土普遍摻用了粉煤灰，由于粉煤灰質(zhì)量的差異、摻量的不同都會(huì)對(duì)混凝土強(qiáng)度造成很大影響。摻有粉煤灰的混凝土強(qiáng)度增長較慢，存在早期強(qiáng)度低，后期強(qiáng)度高的特點(diǎn)。新建工程在工期要求范圍內(nèi)的混凝土強(qiáng)度檢測結(jié)果通常偏低，往往引起質(zhì)量判斷上的失誤。

3.4 鉆芯機(jī)的固定

在實(shí)際檢測過程中，鉆筒高速的運(yùn)轉(zhuǎn)使混凝土產(chǎn)生的強(qiáng)烈磨擦抖動(dòng)，使得鉆芯機(jī)漸漸變松后鉆筒與結(jié)構(gòu)面不垂直，造成所取的芯樣容易出現(xiàn)芯樣裂縫、缺邊、少角、錯(cuò)位、傾斜及喇叭口變形、端面與軸線的不垂直度超過2度等缺陷，甚至打斷鉆頭的鋼齒。帶有缺陷的芯樣會(huì)造成混凝土檢測強(qiáng)度與實(shí)際強(qiáng)度偏差較大，影響對(duì)結(jié)構(gòu)作出真實(shí)評(píng)價(jià)，甚至出現(xiàn)誤判。所以，在固定鉆芯機(jī)時(shí)，一定要注意施工現(xiàn)場周圍的具體環(huán)境、所鉆取的混凝土強(qiáng)度的范圍（不宜在強(qiáng)度低于10MPa的混凝土上鉆芯，因?yàn)殂@芯機(jī)較難固定），在鉆芯機(jī)主軸的旋轉(zhuǎn)軸線與被鉆芯樣的混凝土表面相垂直的情況下，才能進(jìn)行鉆芯樣工作。

3.5 排水問題

鉆芯樣需要采用水冷卻機(jī)器鉆頭，產(chǎn)生較多含有泥漿的廢水，會(huì)直接從鉆頭部位流出污染環(huán)境，造成事后的衛(wèi)生很難清理，引起客戶或使用人的不滿。甚至有因鉆芯時(shí)鉆到預(yù)埋的電線管道，污水順著預(yù)埋的電線管道從四周燈具流出，造成電線短路。

3.6 其它容易被忽視的問題

1）鉆芯時(shí)鉆頭的筒壁離鋼筋的距離應(yīng)大于鋼筋直徑，可避免影響鋼筋和混凝土的粘結(jié)力或切斷鋼筋。

2）芯樣鉆取之后及時(shí)進(jìn)行沖洗，在現(xiàn)場很快就會(huì)晾干，宜立即噴酚酞進(jìn)行混凝土碳化試驗(yàn)。這樣測試出來的混凝土碳化非常直觀明顯、準(zhǔn)確、容易量取，同時(shí)可以看到混凝土內(nèi)部的碳化反應(yīng)。

3）芯樣在送進(jìn)試驗(yàn)室試壓之前一定要對(duì)其幾何尺寸進(jìn)行測量，測量內(nèi)容包括：平均直徑、芯樣高度、垂直度、平整度等。樓板的芯樣容易鉆到鋼筋，可利用作為樓板鋼筋直徑、鋼筋位置、保護(hù)層厚度校核使用。同時(shí)應(yīng)仔細(xì)檢查芯樣，芯樣表面狀況可以反映出混凝土級(jí)配情況、密實(shí)程度、骨料大小，甚至可從顏色推斷含泥量、水泥用量等。

4 結(jié)束語

總之，采用鉆芯法檢測混凝土強(qiáng)度，不應(yīng)盲目選取大直徑的芯樣，應(yīng)根據(jù)粗骨料粒徑和結(jié)構(gòu)配筋率，靈活選取適當(dāng)?shù)男緲映叽?，盡量避免對(duì)構(gòu)件造成傷害。同時(shí)在已建結(jié)構(gòu)的混凝土檢測中限制條件非常多，要求檢測面和影響范圍盡量小，鉆芯法是較好的選擇?，F(xiàn)在的鉆芯設(shè)備有各種型號(hào)和大小尺寸，可以滿足不同操作部位的要求，價(jià)格也降低了很多。

［1］吳慧敏.結(jié)構(gòu)混凝土現(xiàn)場檢測技術(shù)[M].長沙：湖南大學(xué)出版社，1988.

［2］周詳，劉益虹.工程結(jié)構(gòu)檢測[M].北京：北京大學(xué)出版社，2007.

孫剛（1979—），男，漢族，寧夏銀川人，2008年畢業(yè)于寧夏大學(xué)土木工程專業(yè)，工程師，現(xiàn)主要從事建筑工程質(zhì)量檢測工作。

陳雙芹］