鉆芯法在檢測鐵路工程結構混凝土強度試驗中的應用

趙先軍

（福州鐵建工程質量檢測有限公司，福建福州 350013）

1 研究內容與方案

1.1 實驗設計

（1）選擇P.O 42.5 的水泥作為混凝土原材料，細度模數為2.7～3 的河砂作為砂料，含泥量的最大值不能超過1%，且不含有泥塊；混凝土強度為C30～C45 的混合料中使用直徑為5～31.5mm的碎石，C50～C80 混凝土的混合料中使用直徑為5～20mm 的碎石；粗、細集料的選用要和鐵路行業的現行規范相符。

（2）使用Ⅰ級粉煤灰，硅灰≥S90。

（3）準備好原材料之后用自來水將其攪拌均勻，并在C30～C45 混凝土中加入減水率超過25%的減水劑，在C50～C80 混凝土中加入減水率超過30%的減水劑。

1.2 實驗原料

本次實驗選擇的原材料如上述內容，共配置的混凝土等級有10 種，其型號如下：C30、C35、C40、C45、C50、C55、C60、C65、C70、C75、C80。本次實驗囊括鐵路工程常見混凝土強度等級，并制成如下形式的混凝土試構件。

1.3 實驗內容

（1）在構件制成的28d、56d、90d 時，選擇表面平整、干凈的平行澆筑側面作為測區，在同一個側面中每間隔2m 布置一個面積為0.04m2的測區，共9 個測區，位置要均勻，每個混凝土結構塊共布置測區18 個。回彈值測量結束后，在測區內鉆芯取樣。鉆芯時要避開混凝土中的鋼筋、預埋件或管線，施工前要先用混凝土鋼筋檢測儀檢測出鋼筋的位置，以免誤鉆。待鉆機平穩安放，就位后，固定好鉆機位置，安裝鉆頭，其內徑為100mm。

（2）取出的芯樣要先被切割，使之加工成抗壓強度測試的試件。觀察試件的外觀是否有裂縫或明顯的缺陷，外觀良好的試件要磨平端面，并將其擦拭干凈，以備試壓使用。芯樣中部直徑的長度要用游標卡尺來測量，為確保其數值的準確度，要測量兩次，取平均值（記作d）記錄下來，其數值精確到0.5mm。與芯樣高度方向一致的，任何一條直徑和平均值之間的差異應控制在2mm，不能超出這一限制。

（3）測量芯樣的高度時，選擇鋼卷尺或鋼板尺，其數值精確到1mm。芯樣高度取值范圍為0.95～1.05d。測量垂直度，即兩個端面與母線夾角，測量工具為游標量角器，其數值要精確到0.1°。芯樣端面要和鋼板尺或角尺緊密貼合在一起，測量時在轉動鋼板尺的同時還要測量出與芯樣端面之間的縫隙，一般用塞尺進行測量，記錄數據。芯樣端面平整度最大值為0.1mm 或0.05mm。

本研究主要探究芯樣加工質量對抗壓強度試驗結果的影響。因而在獲取研究數據時，本研究選取同一混凝土結構、同一齡期的芯樣試件的不同平整度實驗數據，最終選定平整度≤0.1mm 的芯樣數據30 組，平整度≤0.05mm 的芯樣數據30 組。

2 結果與分析

2.1 實驗分析

本次研究數據選取10 種等級的混凝土在28d、56d、90d 時分別對試件的抗壓強度，檢測方法為鉆芯法檢測。本次實驗中的混凝土的等級主要有以下幾種：C30、C35、C40、C45、C50、C55、C60、C65、C70、C75、C80。

分三組數據進行對比分析，平整度≤0.1mm、平整度≤0.05mm、標準養護試件，其試驗結果如圖1、圖2 所示，表示了芯樣強度為30 個芯樣的強度換算值的平均值。當混凝土試件的齡期變長時，各組混凝土試件的抗壓強度也逐漸變大。若混凝土等級較高時，這種變化并不明顯。56d、90d 的試件抗壓強度增長幅度并不明顯。

圖1 鉆芯法測得的C30 組混凝土強度換算值

圖2 鉆芯法測得的C40 組混凝土強度換算值

從圖1 和圖2 可知，C30 和C40 混凝土在28d、56d、90d 齡期內試件的抗壓強度換算值從小到大依次為平整度≤0.1mm、平整度≤0.05mm、標準養護試件。其中平整度≤0.05mm 的抗壓強度換算值略接近于標準養護試件。這一檢測結果說明，對于低強度等級的混凝土而言，混凝土構件的抗壓強度檢測時選用平整度≤0.1mm 的規格就可以。若對于高強度的混凝土（≥C45）檢測混凝土構件的抗壓強度時，不能選用平整度≤0.1mm 的規格，容易出現偏差，應選擇規格較高一些的，如平整度≤0.05mm 或標準養護試件。

當混凝土強度等級越高，齡期越長時，偏差就會越來越大。以C55 混凝土為例，較之于標準養護試件，平整度≤0.1mm 的試件在28d、56d、90d 齡期中抗壓強度換算值偏低，其對應的差值分別為6.4MPa、7.1MPa、12.4MPa；相反，較之于標準養護試件，平整度≤0.05mm 的試件在28d、56d、90d 齡期中抗壓強度換算值偏低，其對應的差值分別為7.7MPa、8.8MPa、11.9MPa；由此可見，平整度經過處理之后還是會較大程度地影響試件的抗壓強度測試結果。

就標準養護試件的抗壓強度換算值而言，平整度≤0.05mm的試件抗壓強度換算值更為相似。混凝土受壓之后，會破壞其結構，最先產生變化的是骨料和砂漿界面，受壓之后骨料和砂漿界面會產生微小的裂縫。而混凝土內部主要應力的集中來源就是界面。試件的平整度差，試件局部應力集中，混凝土試件抗壓強度換算值低。對于C50 以上等級的混凝土使用鉆芯法測試抗壓強度值時，試件的平整度要≤0.05mm。

鉆芯法測量抗壓強度換算值，結構混凝土強度的推定值應按如下方式取得：①芯樣試件混凝土最小的抗壓強度滿足≥85%×混凝土抗壓強度標準值的要求，結構混凝土強度的推定值為多次測量之后的平均值；②芯樣試件混凝土最小的抗壓強度滿足<85%×混凝土抗壓強度標準值的要求，結構混凝土強度的推定值為最小值。

2.2 實驗結果

試驗的測量結果顯示：除了C70 在28d 齡期、平整度≤0.1mm 的取樣芯樣試件混凝土最小的抗壓強度滿足<59.5MPa，結構混凝土強度的推定值為最小值。其余取樣芯樣的在三種平整度條件下混凝土最小的抗壓強度都滿足≥85%×混凝土抗壓強度標準值的要求，結構混凝土強度的推定值為多次測量之后的平均值。

每組取樣30 組試件的芯樣強度的標準差＜5.0MPa，這一結果說明混凝土的質量穩定，沒有產生較大的離散性不大。平整度≤0.05mm 的試件抗壓強度換算值比平整度≤0.1mm 的試件抗壓強度換算值要小，這說明混凝土芯樣的平整度≤0.05mm 時，試件的抗壓強度是更為均勻。

試件的幾何尺寸也會影響混凝土抗壓強度的測試結果，這一現象被稱之為尺寸效應。當混凝土的配比一樣，強度一樣，養護條件一樣時，但試件的幾何尺寸不一樣，混凝土抗壓強度的測試結果也是不一樣的。將混凝土試件放在壓力機上，并施加壓力，當與加荷方向一致的混凝土試件出現縱向變形時，試件的橫向膨脹按泊松比效應變化。較之于混凝土構建而言，鋼制壓板的橫向膨脹數值小，因而在壓板與混凝土試件受壓面會產生摩擦力，約束著試件的橫向膨脹度，這就是環箍效應。當混凝土滿足要求時，為盡可能的減少幾何尺寸對抗壓強度的影響，檢測抗壓強度時芯樣的半徑為50mm，高度與直徑的比值為1[1]。

3 注意事項

本工程中鉆芯法的關鍵點如下：

（1）為降低檢測的工作量，布置鉆芯位點時要確保其科學性，在檢測試件的非破壞混凝土強度后再確定鉆芯的具體位點。

（2）為了更好地對照混凝土樣本強度和非破損強度之間的關系，在非破損檢測區設置鉆芯的位置。

（3）選擇鉆頭時，在條件允許的前提下選用半徑為50mm 的鉆頭取樣最佳；若條件不允許，鉆頭尺寸最小值為粗骨料最大粒徑的兩倍以上。

（4）選擇鉆芯位置時要避開主筋、預埋件、管線等位置，鉆芯取樣時要選在混凝土結構受力相對較小的地方，以免取樣時破壞混凝土結構的穩定性能。

4 結語

綜上所述，鉆芯法具有以下優勢：檢測設備簡單、操作便捷、不會傷害混凝土構建的結構性能及形態，可廣泛應用于工程檢測。本文分析鐵路工程結構混凝土強度試驗用鉆芯法測試的試驗條件和試驗結果，指出檢測時的注意事項，可以為相關的工作人員檢測提供參考。