砂盒法檢測混凝土芯樣抗壓強度的試驗研究

邵 珊，洪 波，時光明

（1.廣州市建筑材料工業研究所有限公司，廣州 510663；2.廣東省材料與構件防火檢測技術企業重點實驗室，廣州 510663）

鉆芯法檢測結構混凝土強度是最能直接反映混凝土建筑結構實體質量的方法，并且也被認為是最直觀和較為準確的方法［1－2］。然而混凝土芯樣抗壓強度的高低在試驗中受諸多因素影響，主要是混凝土芯樣鋸切加工成形時，由于受到振動、夾持不緊、偏斜等因素的影響，芯樣端面的不平整度及不垂直度常常不能滿足試驗要求，芯樣的幾何形狀偏差會造成芯樣在抗壓試驗中產生局壓、軸壓力偏心、受壓截面變小等情況，這些都會直接影響到芯樣抗壓試驗的抗壓強度。

根據國家標準CECS 03：2007《鉆芯法檢測混凝土強度技術規程》，對于切割后的混凝土芯樣宜采取在磨平機上磨平端面的處理方法，也可采取環氧膠泥或聚合物水泥砂漿補平芯樣端面［3］。采用磨平機對芯樣端面進行磨平處理，有時不一定能滿足芯樣端面的不平整度在100mm長度內小于0.1mm的要求，芯樣在不同的端面平整度時，極限強度差值是比較明顯的。采用補平法的缺點是檢測周期長，有時工期短，無法滿足委托方要求。而且補平法加工芯樣，做抗壓強度試驗時，芯樣端面受力仍有不均勻現象，對基體的抗壓強度有一定影響。

針對目前混凝土芯樣抗壓試驗中容易產生的上述種種問題，該文提出采用砂盒法用于芯樣抗壓強度試驗，對其作用原理作出論述，同時進行驗證試驗，并與補平法及磨平法的試驗結果進行對比，研究其在混凝土芯樣抗壓強度檢測中的可行性。

1 砂盒法作用原理

樁基試驗時一般在千斤頂與試樁帽之間用砂層補平、托梁面與主梁底間用砂找平，從此類試驗的經驗看出，砂粒的抗壓強度極高，在周圍有約束的情況下，能承受非常大的平面壓力亦不會壓碎，并且能很好地發揮其傳力的作用。鑒于砂具有良好的找平和傳力作用，該文將其應用于混凝土芯樣的找平。鋼車制用以盛砂的兩個盒子，砂盒的孔徑稍比芯樣直徑大些（見圖1），先將砂填入砂盒內，然后將鋸切后的芯樣放置于兩砂盒的中間（見圖2），然后置于壓力機上進行抗壓強度試驗。作為傳遞軸壓力的砂，一般采用中細砂，砂的含水率適中，能用手揸成砂團為宜。

砂盒的作用在于把試驗機的軸壓力P均勻作用在芯樣的兩個端面上，使芯樣的兩個端面在雖然有些不平整或傾斜的狀態下，仍然能受到軸壓力P的均勻垂直作用。其作用原理是利用砂盒內砂粒的空隙在壓力作用下的擠壓，砂粒在盒內向芯樣端面稍低處產生相對移動，由于砂盒周邊對砂粒的約束，砂粒不可能從盒內擠出而向疏松不密處移動擠壓，填補了芯樣端面與砂盒內端面之間的空隙和較疏松的砂層位置，砂墊層在不斷的填補和不斷的擠壓，使砂盒內的砂層密實均勻，壓力自動調整至均衡狀態，即在芯樣端面上每一點的位置的壓力p處于均等狀態，且由于芯樣底端的反力R作用而使作用在芯樣內的軸壓力N垂直于芯樣的水平截面上（見圖2）。

從上述分析，采用砂盒的作用原理進行混凝土芯樣抗壓試驗，能使軸壓力均勻分布在芯樣的兩端面上，就算芯樣端面在不平整或有不平行的狀態下，軸壓力始終能均勻垂直作用在芯樣上，從而降低了芯樣在抗壓試驗中，由于芯樣端面不平整或不平行而產生局壓破壞的影響，從而能獲得芯樣比較真實的抗壓強度結果。

2 試驗內容

2.1 試驗材料及儀器設備

2.1.1 試驗材料

混凝土芯樣試件，直徑82mm；自來水；砂；補平材料，聚合物水泥砂漿。

2.1.2 儀器設備壓力試驗機，精度1級；數顯卡尺，分度值0.02mm；芯樣切割機；磨平機；砂盒（自制加工），內徑85mm，外徑95mm。

2.2 試驗方法

根據CECS 03∶2007《鉆芯法檢測混凝土強度技術規程》，分別在5個不同構件部位鉆取芯樣，每個相同構件部位鉆取3組共15組芯樣進行試驗，并按照此技術規程切割加工成高徑比為1∶1的芯樣試件。取兩個構件部位的6組芯樣試件分別用于研究砂的含水率和砂的細度模數兩個影響因素，從而確定砂盒法用砂和水的最佳配比。另外3個構件部位的9組芯樣試件分別采用砂盒法、補平法和磨平法3種端面處理方法后進行試驗，對這3種端面處理方法的試驗結果進行比對和討論。

3 試驗結果

3.1 砂的含水率對砂盒法用于芯樣抗壓強度的影響

取一個構件部位的三組芯樣，采用細度模數為2.6的中砂，分別配置3%、6%和9%含水率的砂進行試驗，試驗結果見表1。

從表1的試驗結果可以看出，采用不同含水率的砂進行試驗時，抗壓強度結果差別很小，3組結果偏差在1%以內，所以當砂的細度模數相同時，砂的含水率對混凝土芯樣抗壓試件的抗壓強度影響并不大。因此在用砂盒法進行芯樣抗壓強度的實際試驗操作過程中，只需砂的含水率適中，能用手揸成砂團為宜。

表1 砂盒法采用不同含水率的砂的試驗結果

3.2 砂的細度模數對砂盒法用于芯樣抗壓強度的影響

另取一個構件部位的三組芯樣，分別采用細度模數為1.9、2.3和2.6的中砂進行試驗，含水率控制在6%，試驗結果見表2。

由表2可以明顯看出，采用細度模數為1.9的細砂進行試驗，芯樣試件的抗壓強度低于采用中砂的芯樣試件，而采用細度模數為2.3和2.6的中砂，芯樣試件的抗壓強度結果比較相近，由此可以說明采用砂盒法時，使用中砂進行實驗優于采用細砂，這應該是由于細砂粒徑過小，砂粒過細，砂的表面積較大，粘結性較差，在進行砂盒法試驗時，不能很好的起到對芯樣端面進行矯平的作用，砂子傳力不均勻，而且細砂沒有中砂抗壓強度高，從而導致采細砂的試驗結果比中砂低。因此在用砂盒法進行芯樣抗壓強度試驗時，應選用中砂進行試驗。

表2 砂盒法采用不同細度模數的砂的試驗結果

3.3 采用三種端面處理方法的試驗結果比對

將剩余三個構件部位的九組芯樣分別采用砂盒法、磨平法、補平法進行端面處理，制成三組對比試驗芯樣試件，然后進行抗壓強度試驗，試驗結果見表3。

表3 采用不同端面處理方法的試驗結果

由表3的結果表明，砂盒法與磨平法進行端面處理后的芯樣，抗壓強度結果比較接近，而補平法進行端面處理后，芯樣的抗壓強度比采用砂盒法以及磨平法的芯樣低了一個強度等級，有些強度結果甚至相差7MPa、8MPa。對于鋸切后芯樣的處理方法，CECS 03∶2007《鉆芯法檢測混凝土強度技術規程》規定“對于鋸切后的芯樣應進行端面處理，宜采取在磨平機上磨平端面的處理方法，也可采取環氧膠泥或聚合物水泥砂漿補平；抗壓強度低于40MPa的芯樣時間，可采用水泥凈漿或聚合物水泥砂漿補平”，從文字表達上可以看出，該規程表示在條件許可時首先應采用磨平法進行端面處理，在一定條件下也可以采用補平法。山東省建科院成勃等人研究了端面補平材料對芯樣抗壓強度的影響，他們發現磨平法加工的芯樣進行抗壓試驗時，芯樣端面受力均勻，能反應芯樣的實際抗壓強度；而補平法加工的芯樣進行抗壓強度試驗時，芯樣端面有受力不均勻現象，從而影響抗壓強度結果［4］。上海市建設工程質量檢測中心的徐勤等人也研究了端面處理對鉆芯法檢測混凝土強度的影響，他們研究發現機械磨平的抗壓強度與同條件養護標準混凝土立方體試塊最為接近，而采用硫磺補平的芯樣抗壓強度則比磨平法偏低5%～9%［5］。由此可見，在實際檢測過程中，按照CECS 03：2007規程，對芯樣加工的處理方法應采用磨平法為宜，這與這次對比試驗結果相吻合。同時從三種端面處理方法的試驗結果也可以充分說明砂盒法試驗的可行性以及其試驗結果的準確性，雖然與磨平法的試驗結果有一點偏差，但是對整體試驗結果的判定沒有太大影響。

4 結 論

a.采用砂盒法對混凝土芯樣端面進行處理時，砂的細度模數是主要影響因素，含水率對試驗結果影響不大，試驗時應選用中砂，含水率適中，能用手揸成砂團為宜。

b.砂盒法處理混凝土芯樣端面后的抗壓強度試驗結果與磨平法比較接近，可靠性和準確性較高。補平法處理芯樣端面的試驗結果則比磨平法和砂盒法偏低。

［1］ 陳建偉，胡壽康，佟曉軍，等.鉆芯法檢測混凝土強度影響因素試驗分析［J］.河北理工學院學報，2005，27（3）：141－144.

［2］ 關慧華.探討鉆芯法檢測混凝土強度中應注意的問題及建議［J］.廣東建材，2008，11：85－86.

［3］ CECS 03：2007，鉆芯法檢測混凝土強度技術規程［S］.中國工程建設標準化委員會標準，2007.

［4］ 成 勃，王瑞元，谷風明.端面補平材料對芯樣抗壓強度影響的分析［J］.工程質量，2007，12（A）：47－50.

［5］ 徐 勤，唐晨浩，王 驊.端面處理對鉆芯法檢測混凝土強度的影響［J］.無損檢測，2007，30（10）：732－733，737.