钻芯法检测评定混凝土强度应用研究

    赵一明

    

    摘 要：伴随工程建设行业的迅速发展，人们对工程质量提出了更高的要求。钻芯法是一种高效、快速、便捷、精度高的检测方式，将其应用到混凝土强度检测及评定中，可有效提升检测结果的准确性。本文在全面了解钻芯法工作原理的基础上，阐述钻芯取样使用方法及强度推定方法，并结合具体工程案例，对钻芯法的具有应用要点进行了分析与探讨。

    关键词：钻芯法;混凝土强度;工作原理

    钻芯法是一种精确、高效的检测方法，上世纪60年代前苏联科学家最先应用钻芯法检定混凝土构件强度，用于判定其质量。钻芯法与预留立方体试块推定混凝土强度的方法基本相同。钻芯法在不影响构件正常安全使用的前提下，利用某一规格钻芯机在待检构件上钻取芯样，随后按照国家相关标准处理钻取的芯样，达到规范芯样标准后，在压力试验机的作用对待检测试件进行抗压强度试验，进而获取芯样极限抗压强度。相比其他混凝土无损检测方法，钻芯法不仅可以保证检测过程直观、可靠，全面反映混凝土内部真实情况;还能通过芯样抗压强度试验，提高检测结果的精确度。

    1 钻芯法的工作原理

    钻芯法的工作原理为采用专用芯样钻机，直接在待检测混凝土构件上钻取芯样，随后切割、加工、补平芯样，在满足试验要求的条件下，对按规范标准要求制作的芯样成品进行抗压强度试验，利用芯样抗压强度和标准立方体块抗压强度之间存在的关联性，通过芯样推定被检构件的混凝土强度。一般来讲，钻芯法将会损伤混凝土构件，但在构件安全使用功能不受影响的前提下，因此，在混凝土强度检测应用较为广泛。由于钻芯法可直接在待测构件上进行检测，相比其他检测方法，其精度更高、更为直观。尤其是在其他检测方法所得结果存疑的情况下，采用钻芯法可提高结果的准确性、可信度。钻芯法检测主要用于以下几种情况，具体如下：1）当混凝土构件养护成型后，经检测发现，混凝土构件的质量有待提升，但是施工前预留的立方体试块强度试验结果仍符合设计要求，或两者反之，即质量验收时，混凝土构件质量满足设计要求，质量好;但是预留立方体试件强度试验值却偏低，此时便可采用钻芯法进行检测，从而确定待检混凝土构件的强度。2）当混凝土构件质量已损伤，混凝土构件表面质量和内部质量将发生一定改变，此时混凝土质量检测不宜选择回弹法、超声法，便可通过钻芯法，来判定混凝土内部的实际状态。3）当待检测混凝土构件使用时间较长，混凝土表层已碳化或受其他因素影响，若采用回弹法等检测，很容易出现较大误差。此时，便可通过钻芯法进行测定，从而真实反映出待检混凝土结构的质量。

    2 钻芯取样使用方法及强度推定

    芯样钻取机是钻芯法最为重要的仪器，机架、钻进系统、驱动系统、冷却排渣系统与减速装置是其主要构成部分。钻芯取样前期，需清理干净钻取机的各个部件，随后在待检构件上选取芯样钻取位置，并固定钻机。随后将水源接入进水口，开启电动机，检测水流冷却排渣系统能够正常运作，当上述操作完成后，即可接通电源，开启开关。通过规定规格的钻头向标记的钻芯位置钻进，直至成功取出芯样。

    在整个钻取芯样过程中，要时刻关注钻头是否接触到异常物，或存有偏差。若在工作中，钻头突然卡死，需及时减速，并拔出钻头一定长度，随后再次钻入，避免钻头被损坏。钻芯法是以不损伤构件安全使用为前提的，在选取钻芯部位时，可选择以下部位：1）混凝土构件受力较小部位;2）便于操作及具有代表性部位;3）不得损坏构件内的钢筋、管线等。

    按照现行规范规定，在现场钻芯取样后进行标准化处理，并做抗压强度试验，从而获取芯样的极限抗压承载力，并由此获取芯样的抗压强度，其计算公式如下：

    Fcu，cor=Fc/A

    其中，芯样试件混凝土抗压强度可由Fcu，cor表示;单位MPa;

    芯樣试件抗压试验最大压力值可由Fc表示，单位N;

    芯样试件抗压截面面积可由A表示，单位mm2。

    3 工程概况

    某桥梁下部结构桥墩设计采用C30混凝土强度等级，左幅1#桥墩浇筑已完成，因为本工程在冬季施工，气温较低。在浇筑混凝土过程中，经测量混凝土入模温度偏低，同时存在后期养护不到位情况，当前混凝土已达到28天龄期。基于气温较低，混凝土受冻可能性较大，内外质量存有很大差异，因此，不宜采用回弹法等检测。经综合考虑，为检测桥墩混凝土强度，决定采用钻芯法进行检测。

    1）芯样抽取。按照《钻芯法检测混凝土强度技术规程》相关规定，在同一批次强度等级相同的混凝土内，以平均混凝土强度最低的构件为准，标准芯样试件的最小样本量可控制在15个以上。单个芯样试件检测中，不同构件钻芯数量应控制在3个以上。若构件较小，可适当降低钻芯数量，可选择2个。根据本检测项目相关要求，每个批次钻取芯样3个，现场钻取芯样构件数量共24个。

    2）芯样加工处理及试验结果分析。选用带水冷却装置的薄壁空心钻进行现场芯样钻取，70mm为其直径，按照国家相关规定，其尺寸可控制在混凝土骨料最大粒径3倍以上，因此，可满足相关规定。芯样试件高度和直径之比实测值在0.95～1.05，芯样加工可满足现行行业标准。

    在芯样加工时，现场钻取的芯样需进行准确编号，并标注及记录芯样构件名称、方向及位置。随后根据规范规定的高度切割芯样，待芯样切割好之后，需进行打磨处理，最后经抗压强度试验，获取混凝土强度。

    完成上述操作后，需及时修补钻取结构物芯样后存在的孔洞，便于后期安全使用。若在受压区混凝土选择时出现问题，将会对混凝土构件性能造成严重影响，甚至影响其安全性。

    为更好地检验混凝土抗压强度，本文以多种检验规范标准为依据，获取混凝土强度推定值。由表1桥梁工程下部结构桥墩混凝土强度推定值可知，各种钻芯技术规范和混凝土强度评定标准获取的检测值，虽有所不同，但计算结果差异并不明显，基本保持在同一等级。经分析了解到，产生此类差异的主要原因在于不同规程、标准中有着不同的处理与评定检测数据的方法，但以工程角度来讲，属于可接受范围，均能达到规定要求。

    总之，无论采用哪部规范或标准评定，都需要严格遵照该规范和标准的条文要求，检测时注意方法合理、有效，结果评定时要注重有效芯样的数量，保证检测结果精准度。

    4 结束语

    综上所述，混凝土是世界上使用量最大的人工土工建筑材料，混凝土强度直接影响工程建设的整体质量。为此，必须重视混凝土强度检测方法的合理选用。钻芯法是混凝土强度检测及评定的主要方法之一，其优势在于操作便捷、精度高，能够真实地反映混凝土构件质量情况。因此，在试验检测当中，必须了解钻芯法的工作原理，严格按照相关规范和标准条文要求，规范检测流程，提高检测结果的准确性，保证混凝土质量。

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