鉆芯法檢測結構混凝土抗壓強度應注意的問題

彭明煒

（上海永固檢測技術有限公司，上海 201705）

0 引言

目前，混凝土結構性能檢測主要有局部破損法與非破損法2種方式，在具體性能檢測過程中，常見方法主要包括超聲法、回彈法、超聲-回彈法等。實踐證明，傳統檢測方法存在諸多不足，如檢測結果容易受到鋼筋凈距、粗骨料等因素的影響，而且部分檢測手段成本大、技術要求高，難以大面積推廣。相比之下，鉆芯法具有成本低、檢測效率高及技術條件成熟等優點，并且與傳統技術相比，該方法可直接顯示混凝土結構的性能，因此成為評估混凝土抗壓強度的有效方法，值得推廣。

1 鉆芯法分析

鉆芯法主要是通過人造金剛石薄壁鉆頭直接從混凝土結構或構件實體上鉆取若干個混凝土芯樣本，經過雙刀切割機加工、自然養護并達到規定齡期后，通過壓力機對混凝土的抗壓性能進行評價。對于混凝土的強度檢測，鉆芯法因為具有直觀、便捷、可重復等優點，成為判斷混凝土結構性能的有效方法。目前，我國公路、水利、建筑等行業根據本行業特征出臺了相應的鉆芯法標準，如GB/T 50107—2010《混凝土強度檢驗評定標準》、GB 50204—2015《混凝土結構工程施工質量驗收規范》等。

在混凝土結構檢測中，由于薄壁混凝土構件鋼筋間距不斷減小，在鉆取100mm的芯樣時可能傷及配筋、主筋等，因此，在高徑比為1∶1～2∶1的情況下鉆取困難。隨著建筑行業的發展，要求鉆芯法不斷減小混凝土芯樣的直徑，并按照行業的評判標準，采用多種方法優化鉆芯取樣過程，以避免質量問題，滿足建筑工程項目的混凝土施工要求。

從技術應用現狀看，鉆芯法可用于測量混凝土的抗折強度、耐久性等關鍵數據，與其他技術相比，在混凝土性能檢測中展現出其良好的靈活性，所呈現的信息全面，能夠為相關方提供完整的數據參數支持。

2 鉆芯法檢測結構混凝土抗壓強度注意事項

2.1 適用范圍

運用鉆芯法進行結構混凝土抗壓強度檢測時，必須充分考慮其適用范圍，以提高鉆芯法的應用效果。采用鉆芯發進行結構混凝土強度檢測，須避開以下特殊情況。

1）標準規定的普通混凝土以外的非常規骨料，或者使用特殊生產工藝澆筑完成的特種混凝土。

2）混凝土構件的齡期短 若選擇的混凝土還處于早期強度增長階段，使用鉆芯法可能對混凝土的內部結構產生擾動，并損壞混凝土漿體與骨料之間的黏結效果，最終降低混凝土性能。

3）混凝土的強度等級不足C10 在混凝土結構施工階段，強度等級C10以下的混凝土，其膠凝材料數量少，在施工期間會影響粗骨料與混凝土漿體之間的黏結力，鉆芯所產生的擾動會對混凝土造成損傷。

4）預應力混凝土 采用鉆芯法會影響預應力混凝土中的預應力結構，最終導致構件局部松動，降低預應力結構的性能，影響施工效果。

5）結構節點的核心位置 使用鉆芯法要主動避開梁柱結構的核心區域，因為在核心區域鉆芯會對混凝土及鋼筋造成傷害而增加危險源。

6）人防防護構件 人防結構是抵御外部沖擊的重點，若對其使用鉆芯法將會對原有的構件結構產生破壞，降低人防結構的穩定性。

2.2 檢測構件的選擇

檢測構件的選擇應具有代表性，要根據建筑結構的特征按照相關技術標準進行檢測，應降低檢測過程對檢測結果的影響，避免破壞混凝土構件的穩定性，并達到“易于檢測”的目的。

2.3 鉆頭直徑的選擇

在使用鉆芯法檢測混凝土構件性能時，檢測構件的選擇是重要的影響因素，需要嚴格按照混凝土粗骨料的粒徑大小、鋼筋在構件中的分布間距確定鉆頭直徑。檢測過程中還需考慮直徑芯樣檢測方法所產生的強度標準差問題。因此，根據相關研究結論，筆者認為，在使用鉆芯法時，可選擇直徑為100mm的標準鉆頭。

2.4 芯樣鉆取數量

鉆芯法會影響混凝土結構，所以在檢測中需要嚴格限制鉆芯取樣的數量，不僅保證鉆芯取樣具有代表性，也應盡可能減少檢測因素對混凝土的影響。例如：在單構件的鉆芯檢測中，鉆芯數量不應多于1個；在梁板柱構件的性能檢測中，鉆芯取樣的數量可選擇3～4個；若構件的尺寸小，鉆芯的數量應控制在2個左右。

2.5 鉆芯位置的選擇

考慮到鉆芯法具有一定的專業性，其檢測構件、鉆芯位置等可由監理單位、檢測單位及業主方三方討論后確定。鉆芯結束后，芯樣的孔洞將會發展為薄弱區，并影響構件的穩定性。根據結構力學特征，薄弱區在構件中所處的位置不同，其對結構穩定性的影響不同。因此，鉆芯位置的選擇需要充分評估構件的受力情況，主動避開箍筋加密以及核心節點區域。以框架梁為例，在該構件的混凝土性能檢測中，鉆芯檢測可選擇在梁跨的1/3位置；在柱構件鉆芯法檢測中，可選擇柱中央位置；墻構件的鉆芯檢測可選擇中部位置。

2.6 預埋件及鋼筋的檢測

若使用不合理的鉆芯檢測方法會對預埋件以及鋼筋的性能造成破壞，甚至影響混凝土構件的穩定性、安全性。因此，在鉆芯取樣時，可通過無損檢測技術、鋼筋位置測定儀等判斷鋼筋、預埋件位置，以保證混凝土的安全性。鉆芯取樣時若遇到鋼筋，須立即停止，并選擇其他位置再取芯。

2.7 鉆芯深度及鉆進速度

在使用鉆芯法時應穩固鉆機，避免因鉆機不穩定而傷害施工人員；合理選擇鉆進速度，保持鉆進速度的穩定，避免因過快鉆進造成內部結構損傷；轉速不穩定會導致鉆進的角度發生變化，芯樣表面呈喇叭狀，垂直度下降，不滿足檢測要求。因此，在使用鉆芯法檢測時，應嚴格控制鉆進的深度，并在兩端位置留出一定的余量，使兩端的斷面經過加工打磨后，芯樣的高徑比控制在1.0即可。

2.8 標記芯樣

鉆取芯樣后，需對所有芯樣進行標記，標記內容包括編號、芯樣所處的位置以及取樣信息等，避免取芯樣本混亂；在運輸混凝土樣本時，可用隔斷等做好保護，避免芯樣相互碰撞而影響最終檢測結果。

2.9 構件修復

鉆芯結束后，應通知相關方對芯樣孔洞等薄弱位置進行修復，消除薄弱點。為避免混凝土結構被進一步破壞，鉆芯取樣后可選擇高強度混凝土芯樣孔洞進行修補，以確保混凝土結構的穩定性。

2.10 混凝土芯樣處理

嚴格按照相關標準對混凝土芯樣進行加工。結合工程項目的施工經驗可知，工程項目在混凝土工程中會添加諸多外加劑，因此，為保證芯樣代表現場施工情況，應根據現場施工的相關要求做好芯樣的處置與養護。根據混凝土芯樣加工的相關要求，降低表層切除的深度，宜控制在10mm以內，尤其注意最大深度不應大于鋼筋保護層厚度。對芯樣加工處理時，若鋸切速度過快，可能造成斷面不平、崩邊等問題，進而影響混凝土芯樣的性能。除此之外，在對芯樣處理時應注意保留需要的余量，若發現混凝土芯樣質量不滿足試驗檢測要求，則可以通過預留的余量進一步加工，直至滿足混凝土鉆芯法處理要求。

2.11 參照標準

在使用鉆芯法檢測混凝土結構件抗壓強度時，應嚴格按照GB/T 50081—2019《混凝土物理力學性能試驗方法標準》的相關規定開展試驗。

3 鉆芯法實施路徑

在利用鉆芯法檢測結構混凝土抗壓強度時，為了對其中的關鍵操作步驟有更深了解，測量時應掌握標準的測量方法，并通過系統、規范的操作路徑，避免因為不合理操作而影響抗壓強度的測量結果，以更好地滿足工程項目的混凝土性能檢測要求。

3.1 鉆芯法檢測實驗室的設置

使用鉆芯法對結構混凝土的抗壓強度進行檢測時，受建設方委托，工程項目混凝土結構的性能檢測需要選擇具有相應資質的單位，并形成標準化的工作路徑。混凝土構件的性能檢測需要認真履行相關檢測步驟，并按照標準操作，其中需要注意的事項如下。

1）對混凝土原材料的檢測，要收集相關方提供的原材料合格證、生產批號等，并在填寫表格后上傳給實驗室。原材料取樣后，相關樣本的存儲與管理應充分滿足相關標準要求，嚴格控制樣本存儲的溫度、濕度等，降低遠景因素影響。

2）結構混凝土的性能檢測，需要對所有運至現場的混凝土做現場取樣，并按照相關標準獲得標本；需要見證取樣的，可在監理單位以及其他責任方的監督下完成取樣。

3.2 鉆芯法實施步驟

3.2.1 鉆芯法取樣的實施背景

1）鉆芯法取樣測試結果會受到濕度以及外界環境等因素的影響，導致混凝土構件的相關配合比與實際情況出現誤差，最終導致混凝土構件的測試結果出現偏差。

2）在混凝土結構施工期間，如遇施工方法調整或者原材料變化，在運用鉆芯法時需要及時調整混凝土的強度。

3）對已經投入使用的混凝土構件進行強度檢驗。

3.2.2 準備工作

鉆芯法試驗所需準備的設備主要包括取芯設備、芯樣補平器、磨平機、壓力試驗機等。

試驗期間所需關鍵技術材料有工程項目建設資料、設計圖紙、混凝土強度等級等，還應結合工程項目的施工要求，了解混凝土原材料的相關試驗檢測報告。

3.2.3 取樣大小及樣本選擇

為避免鉆芯法對工程項目施工以及混凝土構件的完整性造成影響，鉆芯時應參照圖紙以及工作經驗等，選擇對構件影響小的位置，并避開管線、主筋等重要受力結構，避免鉆芯影響混凝土結構的性能。

3.2.4 鉆芯法的相關技術要求

每個構件的鉆芯數量應該根據構件的體積決定，一般構件結構小，可選擇不少于2個鉆芯樣本。在鉆芯期間，用水對鉆頭進行冷卻，在排除周圍混凝土屑之后，將出水口溫度控制在35～40℃；芯樣直徑應不小于骨料最大粒徑的2～3倍；取芯后留下的孔洞，可選擇微膨脹水泥或者樹脂類材料等修復，使取樣位置的混凝土強度與整體結構相比具有更高的等級；鉆芯法的芯樣應參照垂直度以及平整度等要求，若發現混凝土樣本不滿足預期標準，則需要對芯樣進行加工，保證使芯樣與補平層之間能夠良好地結合。

3.2.5 芯樣的抗壓強度試驗

試驗中，相關人員需要重點關注以下問題。

1）檢查芯樣的外觀以及相關尺寸要求，在試驗檢測期間，可用磨平機對芯樣做抹平處理后，再用砂漿、泥漿做養護，避免芯樣出現裂縫、縮頸等問題，以致不符合混凝土的最終測試結果。

2）當結構工作環境比較潮濕，需要確定潮濕狀態下混凝土的強度時，芯樣試件宜在（20±5℃）的清水中浸泡40～48h，從水中取出后立即進行試驗。

3）在測試期間，要連續獲得3個測試值，以測試的最小值為最終結果。針對高徑比不小于2.00的軸心抗壓強度，在數據處理過程中可將其換算為高徑比為1.00的試件強度，并根據相關標準做系數換算。

3.3 鉆芯法取樣的結果分析

按照上文方法對建筑物混凝土做抗壓強度分析后，分別選擇3個點做鉆芯法檢測，其中：在取樣點①鉆取芯樣的直徑規格為100.0mm、高徑比1.00，測量結果顯示芯樣的抗壓強度值為30.3MPa；取樣點②的混凝土設計強度等級為C30，鉆芯取樣的直徑為99.7mm、高徑比0.98，芯樣的抗壓強度測試結果顯示為30.9MPa；取樣點③的混凝土設計強度等級為C30，鉆芯取樣的直徑為99.7mm、高徑比0.99，最終測量結果顯示芯樣的抗壓強度達到31.5MPa。

在測試期間，為保證測試檢測結果，必須經過嚴格審核，并盡量消除外部因素對最終測量結果的影響。對工程項目主體結構以及關鍵受力部位，必要時可不選擇鉆芯法，以保證混凝土構件整體結構的穩定性。除此之外，針對工程項目中強度不滿足設計標準的情況，可遵照相關技術要求作出改進，避免出現質量風險。

4 結語

大量工程項目實踐經驗表明，用鉆芯法檢測混凝土抗壓強度存在諸多影響最終測量結果的因素，因此，在進行混凝土性能檢測時，工作人員要充分認識到其他因素對測驗結果的影響，發揮鉆芯法的技術優勢，爭取直觀地顯示混凝土結構性能的變化，為最終更好地掌握混凝土構件性能奠定基礎。