鉆芯法在混凝土強度檢測中的應用研究

孫剛

（寧夏功達建筑工程檢驗檢測有限公司，寧夏 銀川 750001）

鉆芯法在混凝土強度檢測中的應用研究

孫剛

（寧夏功達建筑工程檢驗檢測有限公司，寧夏 銀川 750001）

鉆芯法檢測混凝土強度，我們一般在回彈法不適用時選用，或對其它非破損測得的數據有懷疑時采用。隨著高強混凝土在工程結構中的廣泛應用，鉆芯法已成為評價混凝土強度的重要方法。相對來講，在檢測精度要求越來越高的今天，鉆芯法顯得更為可靠。

混凝土結構；強度檢測；工程質量；鉆芯法；強度；剛度；耐久性；檢測精度

0 引言

鉆芯法是利用專用鉆芯機從被檢測的結構或構件上直接鉆取圓柱型的混凝土芯樣，并根據芯樣的抗壓試驗強度來推定混凝土的抗壓強度，是較為直觀可靠的檢測混凝土強度或觀察混凝土內部質量的局部半破損現場檢測方法。

1 鉆芯法的選用條件

當有下列情況時，選擇鉆芯法檢測混凝土強度：

1）對試塊抗壓強度的測試結果或對其它非破損測強取得的數據有懷疑時；

2）因材料、施工或養護不良而發生質量問題時；3）混凝土遭凍傷、火災、化學侵蝕或其他損害時；

4）檢測經多年使用的建筑結構或構筑物中混凝土強度時。

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

2 現場鉆芯位置的選擇

2.1 實際工程中，同層次、同混凝土強度等級，同澆搗日期的相同類型的結構或構件有很多，在選鉆芯樣鉆取部位時，首先應選擇受力較小的構件鉆取芯樣，如高度或跨度較小的構件。

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跨度范圍內剪力較大，上部受壓且常有抗剪彎筋，故鉆芯時宜選在距梁兩端1/3～1/4跨度部位、梁身中下部。

框架梁，當梁截面高度h≥500mm時，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，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。當梁截面高度較小時，跨中混凝土受壓受拉區高度也較小，容易因誤取跨中受壓區混凝土而影響構件安全使用。理論上彎矩最小值處的混凝土不受力，鉆芯樣后，對構件影響甚微，梁跨中中和軸以下部分混凝土只受拉，按鋼筋混凝土計算原理，該處抗拉由鋼筋承擔，混凝土只與鋼筋粘結、起保護作用。在實際操作過程中，工程現場不可能提供構件彎矩圖，必須熟練運用結構力學知識，迅速判斷出構件彎矩最小值的大致位置。

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

底層框架、二層以上磚混結構的商住樓，檢測底層框架的混凝土強度時，宜應選在縱橫軸的邊軸框架梁上鉆芯樣。

混合結構中簡支梁與圈粱相連時，需檢測簡支粱的混凝土強度，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處即柱中，因為柱混凝土的施工是從下到上進行澆搗的，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度要高于上半部，此處對受力偏心柱來說，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際質量，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，柱身由樓面往上1～1.5m范圍內往往是縱向鋼筋接頭的部位、箍筋加密區，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以上結構受力較小的位置。

2.4 預應力混凝土構件，按施加預應力的方法不同分先張和后張二類，后張法的受彎構件(構件寬b≤250mm)，在沒有張拉前可在構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，絕對不能在兩端的錨固區鉆取。至于其他類型的預應力混凝土構件，根據《規范》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；對易損傷結構功能的構件，如薄壁構件應在不重要的部位取樣。

2.6 獨立基礎或條形基礎一般僅底部有一層鋼筋，上部屬于構造配筋，可在上部直接用鉆芯機垂直鉆芯樣或者在大放腳的基杯上鉆芯樣；片筏基礎或箱型基礎，上表面鋼筋密，必須從側面選取鉆芯位置。

2.7 在混凝土結構構件中，由于受到施工、養護或位置的影響，其各部分的強度并不是均勻一致的。因此，在選擇鉆芯位置時應考慮這些因素，以使鉆芯位置的混凝土強度具有代表性。在條件許可時，一般應先進行非破損測試，然后根據檢測結果有目的確定鉆芯位置。

2.8 對于樓板一類的構件，鉆芯樣后可切去澆搗面約板厚20%的不具代表性的混凝土；絕對避免在混凝土施工縫處即二次混凝土澆搗結合處鉆芯樣，因為此處混凝土不具有代表性。

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，應根據結構圖并借助儀器查明鋼筋、預埋件和管線的位置，以確定鉆芯位置。現在常用的是電磁感應法檢測，比較適用于配筋稀疏和混凝土保護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距離較大時，測得的結果比較滿意；但在上下雙層鋼筋間距較小、鋼筋之間間距較密、保護層過厚或因施工質量不良導致鋼筋粘結在一起時，電磁感應法檢測時電磁場干擾嚴重，必須多次進行往返探測確定位置。多次往返探測結果仍有較大偏差時，應在構件表面開槽，直接找到鋼筋確定鉆芯位置。

3.2 鉆芯對混凝土結構內鋼筋的傷害

現代工程的設計越來越多的采用小截面、高強度混凝土、高承載力的鋼筋密集型結構，需要鉆取小直徑芯樣才能完成檢測。但按規定，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。在對某教學樓進行檢測時，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范的芯樣。只好在征得甲方同意的情況下，用100mm內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，用鋼筋焊接機按規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，后期修復工作帶來的損傷其實更嚴重。

現場檢測時一定要根據粗骨料粒徑和結構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、鉆斷主筋的現象也會時有發生，特別是高層建筑，結構配筋率比較高，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，鉆芯樣時很難避開主筋，不僅損傷鉆頭，也給修復帶來困難。為了避免鉆芯給結構帶來影響，采用75mm內徑鉆頭鉆芯樣來作抗壓試驗。雖然我國目前對小芯樣檢測混凝土強度還有較多的爭議，如離散性高；鉆芯、切割時損傷程度相對較大、混凝土內部的缺陷影響程度較高等。現在南方地區大量使用小直徑芯樣，結合當地的粗骨料使用情況，增加小芯樣的鉆芯數量、采用合適的高徑比等措施，用75mm內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，由于粉煤灰質量的差異、摻量的不同都會對混凝土強度造成很大影響。摻有粉煤灰的混凝土強度增長較慢，存在早期強度低，后期強度高的特點。新建工程在工期要求范圍內的混凝土強度檢測結果通常偏低，往往引起質量判斷上的失誤。

3.4 鉆芯機的固定

在實際檢測過程中，鉆筒高速的運轉使混凝土產生的強烈磨擦抖動，使得鉆芯機漸漸變松后鉆筒與結構面不垂直，造成所取的芯樣容易出現芯樣裂縫、缺邊、少角、錯位、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。帶有缺陷的芯樣會造成混凝土檢測強度與實際強度偏差較大，影響對結構作出真實評價，甚至出現誤判。所以，在固定鉆芯機時，一定要注意施工現場周圍的具體環境、所鉆取的混凝土強度的范圍（不宜在強度低于10MPa的混凝土上鉆芯，因為鉆芯機較難固定），在鉆芯機主軸的旋轉軸線與被鉆芯樣的混凝土表面相垂直的情況下，才能進行鉆芯樣工作。

3.5 排水問題

鉆芯樣需要采用水冷卻機器鉆頭，產生較多含有泥漿的廢水，會直接從鉆頭部位流出污染環境，造成事后的衛生很難清理，引起客戶或使用人的不滿。甚至有因鉆芯時鉆到預埋的電線管道，污水順著預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）鉆芯時鉆頭的筒壁離鋼筋的距離應大于鋼筋直徑，可避免影響鋼筋和混凝土的粘結力或切斷鋼筋。

2）芯樣鉆取之后及時進行沖洗，在現場很快就會晾干，宜立即噴酚酞進行混凝土碳化試驗。這樣測試出來的混凝土碳化非常直觀明顯、準確、容易量取，同時可以看到混凝土內部的碳化反應。

3）芯樣在送進試驗室試壓之前一定要對其幾何尺寸進行測量，測量內容包括：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、保護層厚度校核使用。同時應仔細檢查芯樣，芯樣表面狀況可以反映出混凝土級配情況、密實程度、骨料大小，甚至可從顏色推斷含泥量、水泥用量等。

4 結束語

總之，采用鉆芯法檢測混凝土強度，不應盲目選取大直徑的芯樣，應根據粗骨料粒徑和結構配筋率，靈活選取適當的芯樣尺寸，盡量避免對構件造成傷害。同時在已建結構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。現在的鉆芯設備有各種型號和大小尺寸，可以滿足不同操作部位的要求，價格也降低了很多。

［1］吳慧敏.結構混凝土現場檢測技術[M].長沙：湖南大學出版社，1988.

［2］周詳，劉益虹.工程結構檢測[M].北京：北京大學出版社，2007.

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

陳雙芹］