鉆芯法檢測(cè)結(jié)構(gòu)混凝土強(qiáng)度合格性評(píng)定分析

梁文彬

摘 要：結(jié)構(gòu)混凝土的強(qiáng)度極為重要，相關(guān)檢測(cè)方法愈來(lái)愈多。首先介紹了幾種混凝土強(qiáng)度的檢測(cè)方法，并以鉆芯法為重點(diǎn)，闡述了檢驗(yàn)過(guò)程。然后分析了混凝土強(qiáng)度的測(cè)量不確定度和合格性的評(píng)定。

關(guān)鍵詞：鉆芯法；混凝土強(qiáng)度；合格性評(píng)定

混凝土是建筑工程中不可或缺的一部分，隨著人們對(duì)建筑質(zhì)量要求的提高，混凝土的作用更加突出。尤其是高層建筑，對(duì)混凝土提出了更高的要求。可見(jiàn)，混凝土的強(qiáng)度與工程質(zhì)量密切相關(guān)，在實(shí)際施工中，必須加強(qiáng)對(duì)混凝土的檢測(cè)，確保其結(jié)構(gòu)穩(wěn)定、性能優(yōu)越，符合施工要求。在科技的推動(dòng)下，相繼出現(xiàn)了許多混凝土強(qiáng)度檢測(cè)方法，如鉆芯法、回彈法等，在此主要介紹鉆芯法。

1 混凝土強(qiáng)度的檢測(cè)方法及鉆芯法

混凝土的抗壓強(qiáng)度直接關(guān)系到施工質(zhì)量，為保證安全，往往會(huì)對(duì)其強(qiáng)度進(jìn)行檢驗(yàn)，合格后方能投入使用。在長(zhǎng)期實(shí)踐中，檢測(cè)方法愈來(lái)愈多，大致有兩類(lèi)，一是非破損法，包括超聲法、回彈法等；二是半破損法，包括鉆芯法、后裝拔出法等。各有優(yōu)劣，相比較而言，鉆芯法可直接從結(jié)構(gòu)實(shí)體表面鉆取芯樣，再運(yùn)用科學(xué)的方法對(duì)混凝土的抗壓強(qiáng)度進(jìn)行測(cè)試估測(cè)。該方法的優(yōu)勢(shì)在于不受混凝土齡期和碳化程度的限制，且測(cè)試精確度高，可對(duì)混凝土的抗壓強(qiáng)度做出比較真實(shí)的反映，因而應(yīng)用較為廣泛。

從實(shí)際中可知，鉆芯法有其特定的使用條件：（1）混凝土被化學(xué)侵蝕，或在火災(zāi)凍害中遭到破壞時(shí)；（2）對(duì)已經(jīng)檢測(cè)的結(jié)果存在質(zhì)疑時(shí)；（3）受材料質(zhì)量、養(yǎng)護(hù)不周等因素影響，混凝土質(zhì)量出現(xiàn)問(wèn)題時(shí)；（4）當(dāng)檢測(cè)年代已久的建筑物時(shí)。其不足之處在于在鉆芯時(shí)可能會(huì)破壞混凝土構(gòu)件，且成本昂貴，選取鉆芯位置難度較大，實(shí)際操作非常復(fù)雜。

2 鉆芯法

2.1 鉆取芯樣。采用鉆芯法檢測(cè)混凝土的抗壓強(qiáng)度時(shí)，通常會(huì)選擇專(zhuān)用鉆機(jī)，配以金剛石薄壁鉆頭，以提高芯樣鉆取的成功率。首先將鉆機(jī)固定在檢測(cè)結(jié)構(gòu)實(shí)體表面，因?qū)嶓w中還有主筋、管線(xiàn)和各種預(yù)埋件，應(yīng)借助電磁感應(yīng)儀避開(kāi)這些部位；接著保持勻速，將鉆機(jī)鉆入結(jié)構(gòu)實(shí)體，此過(guò)程中需對(duì)鉆頭連續(xù)加水冷卻，同時(shí)應(yīng)清除鉆取過(guò)程中產(chǎn)生的大量碎屑。根據(jù)混凝土粗骨料的粒徑和實(shí)際需要確定芯樣的直徑，一般為100mm，關(guān)于其長(zhǎng)度，至少應(yīng)在直徑的1.5倍以上，應(yīng)視具體情況而定。另外，為減少直徑偏差，應(yīng)重視鉆頭的鉆取速度和擺動(dòng)幅度。

2.2 芯樣加工。芯樣多呈圓柱狀，獲取芯樣后，需借助相關(guān)器具，按照1：1的高徑比，對(duì)芯樣進(jìn)行切割磨平加工處理。需確保芯樣達(dá)到以下幾點(diǎn)要求：高徑比嚴(yán)格控制在0.97-1.02之內(nèi)；沿試件高度的任一直徑和平均直徑相差不得超過(guò)2mm；試件端面的不平整度需控制在0.1mm內(nèi)，且端面和軸線(xiàn)的不垂直度不得超過(guò)1°。

2.3 芯樣試驗(yàn)。混凝土芯樣的強(qiáng)度試驗(yàn)，可在潮濕狀態(tài)下開(kāi)展，也可在干燥狀態(tài)中進(jìn)行，應(yīng)結(jié)合實(shí)際要求確定適宜的環(huán)境。加載速度必須符合普通混凝土力學(xué)性能試驗(yàn)方法的要求。可通過(guò)式1計(jì)算試驗(yàn)抗壓強(qiáng)度：

f= 式1

上式中，f表示芯樣的抗壓強(qiáng)度，F(xiàn)表示芯樣在抗壓試驗(yàn)中測(cè)到的最大壓力；D則為芯樣的直徑。

3 混凝土強(qiáng)度測(cè)量不確定度的評(píng)定

關(guān)于測(cè)量不確定度的評(píng)定，首先要采取相應(yīng)的測(cè)量方法，并分析可能影響測(cè)量結(jié)果各種的因素；然后建立相應(yīng)的數(shù)學(xué)模型，并明確各種影響因素的測(cè)量不確定度分量；接著確定被測(cè)量可能包含的影響因子，進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)不確定度的評(píng)定擴(kuò)展，最終得出不確定度評(píng)價(jià)報(bào)告。

3.1 工程檢測(cè)實(shí)例分析。某建筑工程設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)，結(jié)合工程要求，決定采用C40等級(jí)的混凝土，并按批進(jìn)行抽樣檢測(cè)。共抽檢20次，試驗(yàn)內(nèi)容包括直徑、面積、荷載、強(qiáng)度和不垂直度等參數(shù)。按照相關(guān)規(guī)定，結(jié)構(gòu)混凝土的抗壓強(qiáng)度推定有兩類(lèi)：（1）單個(gè)構(gòu)件的推定。在鉆取芯樣時(shí)，每個(gè)構(gòu)件的鉆取數(shù)目都在3個(gè)以上，若結(jié)構(gòu)較小，可減少一個(gè)。對(duì)有效的芯樣進(jìn)行試驗(yàn)，最終取其中的最小值作為推定值；（2）檢測(cè)批的推定。同一批中的有效試件數(shù)量應(yīng)在15個(gè)以上，其強(qiáng)度計(jì)算推定區(qū)間（fcu，e1，fcu，e2），其間的差值和0.1fcu，cor，m兩者均小于5MPa時(shí)，將fcu，e1作為推定值。

對(duì)試驗(yàn)抽檢中的各項(xiàng)參數(shù)加以計(jì)算，可知，當(dāng)n=20時(shí)，fcu，cor，m=41.9MPa，Scor=2.02Mpa；mD=99.9mm，mF=328.8kN。當(dāng)n為20時(shí)，k1、k2值分別為1.27、2.4.則批準(zhǔn)定值上限：fcu，e1=fcu，cor，m-k1×Scor=39.3MPa；批準(zhǔn)定值下限：fcu，e2=fcu，cor，m-k2×Scor=37.1MPa。可知，二者的值都沒(méi)有超過(guò)5MPa，所以這一批混凝土的抗壓強(qiáng)度代表值為39.3MPa。

3.2 影響芯樣試件抗壓強(qiáng)度不確定度評(píng)定的因素

3.2.1 直徑測(cè)量。對(duì)芯樣的直徑加以測(cè)量，可知直徑在99.5mm-101.1mm，則ΔD=1.6mm，分散區(qū)間的半寬a=ΔD/2=0.8mm.服從矩形均勻分布u（D）=a/≈0.462。相對(duì)不確定度為uc（D）==0.46%。

3.2.2 壓力測(cè)量。壓力機(jī)測(cè)量標(biāo)準(zhǔn)不確定度UF=0.60%，kp=2，則相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)不確定度Uc（F1）=UF/2=0.30%。當(dāng)壓力機(jī)的顯示值出現(xiàn)誤差時(shí)，也會(huì)引起相對(duì)不確定度，設(shè)其為Uc（F2），誤差在0.6%以?xún)?nèi)，分散區(qū)間半寬為0.6%。按矩形分布，相對(duì)不確定度Uc（F2）≈0.35%。此外，分位值同樣會(huì)引起不確定度，設(shè)其為Uc（F3），壓力機(jī)的分位值為1kN，分散區(qū)間為0.5kN，服從矩形分布。則可求得U（F3）=0.29kN，相對(duì)不確定度為Uc（F3）=0.09%。

綜合上述各種情況加以合成，求得最終的相對(duì)不確定度Uc（F）=0.47%。

3.3.3 端面與軸線(xiàn)不垂直度。端面與軸線(xiàn)的夾角在1°以?xún)?nèi)，其夾角α引起的端面受壓力的變化，根據(jù)端面受力分解可求得，有效壓力F′=Fcosα，ΔF=F（1-cosα），服從矩形分布，則

Uc（α）==0.006%

4 芯樣混凝土抗壓強(qiáng)度合格性評(píng)定

該工程在設(shè)計(jì)時(shí)，采用的是C40等級(jí)的混凝土，且已知其代表值為39.3MPa。為方便計(jì)算，在此只考慮齡期混凝土的強(qiáng)度表征值，忽略混凝土的成熟度，在引入芯樣混凝土強(qiáng)度測(cè)量的不確定度后，fcue=39.3±（41.9×2.98%）=39.3±1.2（MPa）.可知，這批混凝土的抗壓強(qiáng)度在C40等級(jí)范圍內(nèi)，符合設(shè)計(jì)要求。

5 結(jié)語(yǔ)

混凝土在當(dāng)前各項(xiàng)工程建筑中都發(fā)揮著關(guān)鍵性作用，其抗壓強(qiáng)度直接影響著工程的質(zhì)量。在投入使用之前，務(wù)必要對(duì)其進(jìn)行檢測(cè)，確保能夠達(dá)到設(shè)計(jì)要求。鉆芯法是一種較為有效的方法，具有較高的精確度，值得推廣應(yīng)用。

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