基于鉆芯法檢測水利水電工程混凝土強度的實驗研究

郁濤

摘 要：重點研究了推定值計算以及相對標準不確定度計算方法，明確鉆芯法檢測的對比參量，了解本次檢測結果的可靠程度，為水利水電工程中鉆芯法檢測技術優化提供可靠性依據。

關鍵詞：鉆芯法;水利水電工程;混凝土;強度

中圖法分類號：TV52? ? ? ? ? ? ? ? ? 文獻標志碼：A? ? ? ? ? ? ? ?DOI：10.19679/j.cnki.cjjsjj.2021.0112

提高混凝土強度始終是保障水利水電工程質量、優化水工建筑安全系數的基本要求，我國建筑施工項目仍在不斷探索高效可行的混凝土強度檢測方法[1]。回彈法、鉆芯法是目前混凝土強度檢測的關鍵應用方式，從檢測精度層面而言，鉆芯法優勢突出，廣泛運用于混凝土抗壓強度及質量缺陷的檢測工程，尤其是在非損壞性強度檢測結果存在質疑時使用廣泛[2]。

鉆芯法檢測混凝土強度雖然需要破壞構件結構，但是精度優于一般的無損檢測方法。為合理發揮鉆芯法在混凝土抗壓強度檢測中的應用功能，優化檢測水利水電工程混凝土強度的可靠性，考慮了“推定值”與“相對標準不確定度”兩個變量的計算方法。混凝土強度高于推定值說明檢測結果可作為有效結果使用;檢測不確定度越趨近于0，檢測結果越為精準。

1? 基于鉆芯法的水利水電工程混凝土強度檢測

1.1? 水利水電工程混凝土芯樣抗壓試驗

本次研究參照“鉆芯法檢測混凝土強度的相關技術標準”鉆取混凝土芯樣。混凝土芯樣提取完畢，抗壓測試之前應進行一定的加工處理。取芯后立即清洗干凈、曬干，切斷樣品兩頭且保持高與直徑比值在0.95～1.05之間;使用磨平機打磨芯樣兩端端面，保障芯樣兩端不平整度不超過0.1mm;借助測量儀器獲得芯樣高度隨機直徑與直徑均值誤差，誤差控制在2mm以下;借助角度測量儀器獲得芯樣端面與軸線的不垂直度不超過1°。壓力加載由萬能試驗機完成[3]，圖1展示了芯樣在試驗機中加載的原理。

在整個加載作用過程中，加載荷載的變化為分級式。首次施加荷載應為估算破壞荷載的十分之一，需在60～90s內提升完畢，并作用于芯樣對象90s左右;當實際荷載施加值達到估算荷載一半時需降低荷載至破壞荷載的二十分之一。接下來恢復荷載，恢復荷載至十分之一的前提是首個芯樣裂縫出現，隨即提升荷載至破壞荷載的五分之四，基于二十分之一的破壞荷載持續對芯樣施加作用，當混凝土芯樣完全破壞時停止試驗。

1.2? 水利水電工程混凝土強度推定值計算

混凝土強度推定值計算的目的是為鉆芯法確定一個科學的強度檢測對比標準，以判斷水利水電工作檢測工作的合理性，當檢測結果達到推定值時認定當前檢測結果較為可靠。本次研究以標準方式實施混凝土芯樣加載試驗后，采用公式（1）計算混凝土芯樣在試驗中的抗壓強度。

其中，混凝土芯樣抗壓強度采用f0表示，數據計算需要精確到小數點后一位，單位為MPa;加載試驗測得芯樣壓力上限值為F，使用kN衡量;測得芯樣直徑采用描述，使用小數點后一位精準表示，單位是mm。

獲得水利水電工程混凝土強度檢測的推定值，就是要獲得最大值與最小值兩個變量，構成推定區間，使用公式（2）公式（3）求取強度推定區間的最大值與最小值。

公式中需要設定最大值與最小值系數，分別為g1、g2;芯樣換算抗壓強度樣本標準差采用r表示;f4為混凝土芯樣抗壓強度均值。

根據水利水電工程以及建筑工程對混凝土推定值的相關規定，將0.85作為較為合理的推定區間置信度。此時需引入兩個對比值，一是5MPa，二是十分之一混凝土強度值，規定區間最大值與最小值的差不應超過以上兩個變量最大值，為此水利水電工程混凝土抗壓強度推定值采用區間最大值表示。計算推定值有利于判斷鉆芯法檢測結果的正確性，使水利水電工程強度檢測工作更加接近實際。

1.3? 鉆芯法檢測的相對標準不確定度合成

水利水電工混凝土強度檢測試驗過程中受加載設備、加載環境、芯樣自身平整度垂直度等特征影響，可能導致檢測精度下降，所以求取水利水電工程混凝土檢測不確定度需要考慮到以上主要因素對檢測結果的負面干擾，為此設定以下四種不確定因素變量。

①在鉆取芯樣以及測量芯樣期間導致的誤差成為直徑誤差，土芯樣直徑對強度的影響采用表示;

②萬能試驗機、試件加載速度導致試驗荷載差異，對檢測精度產生的干擾采用表示;

相對不確定度以百分號形式表示，與檢測精度成反比，不確定度越大說明水利水電工程混凝土檢測精度越低。水利水電工程項目強度檢測現場，有必要考慮鉆芯法檢測的不確定度大小，以衡量本次檢測工作的可靠性。

2? 實驗分析

為驗證鉆芯法檢測水利水電工程混凝土強度的可行性，以某水利水電項目工程為場所展開鉆芯法現場檢測試驗。在施工現場搭建臨時試驗環境，選取芯樣時遵照“鉆芯法檢測混凝土強度的相關技術標準”，避免牽涉到結構鋼筋。本次實驗前獲得了構件混凝土的推定值為35.4MPa。試驗構件的混凝土強度等級為C40，表1描述了C40試驗構件混凝土配比情況。

本次混凝土粗骨料中最大粒徑可達27mm，所以將芯樣直徑設置為81mm，取樣數量為5個，鉆芯法樣品在萬能試驗機上檢測得到的結果如表2所示。

由表可知，試驗采集的5個芯樣的直徑保持一致，對應的破壞荷載分別呈下降趨勢，A15編號芯樣的破壞荷載最低僅為157.4kN。各芯樣的破壞荷載與抗壓強度成正比，所以A15編號芯樣的最小抗壓強度也是樣品中最小的。鉆芯法判定混凝土強度需要將最小抗壓強度值作為最終結果，所以本次實驗測得芯樣的抗壓強度值為35.5MPa，高于預先推定值，符合混凝土抗壓強度設計等級。

另外測得基于鉆芯法的混凝土強度檢測結果的相對標準不確定度為4.23%，數值較小，證明該方法檢測的混凝土強度比較貼近實際值，再次驗證了鉆芯法檢測混凝土強度的效果。

3? 結論

本文闡述了鉆芯法在水利水電工程混凝土強度檢測中的應用技巧。首先，要通過萬能機試驗獲得強度推定值，作為檢測結果的對比標準。其次，要求取此方法的不確定度，評估鉆芯法檢測混凝土檢測效果，以獲得最接近實際的檢測結果。

充分發揮鉆芯法檢測混凝土強度功能，不僅要規范其流程，更要明確鉆芯法可以應用的客觀條件。對于遭受化學侵蝕、火災破壞、低溫凍害的混凝土結構更適宜事宜鉆芯法，因為其結構在一定程度遭受損害，鉆芯法測量結果更為精準直觀。使用無損檢測技術且對檢測結果有所懷疑的情況也可以采用鉆芯法進行二次驗證。因此，鉆芯法即使對混凝土結構有所損壞，但仍在各種水利水電工程混凝土結構強度檢驗中應用廣泛。鉆芯法在今后的使用過程中需要注意技術局限性，積極解決對結構的破壞問題，可嘗試結合回彈法形成嶄新的解決方案快速測得準確的混凝土強度值。

參考文獻：

[1]康宗欣. 混凝土抗壓強度批量檢測推定值的討論[J]. 工程質量，2018，036（002）：11-14.

[2]李銘. 鉆芯法芯樣混凝土強度檢測的測量不確定度評定[J]. 廣東建材，2018，034（007）：30-32.

[3]謝冬進. 鉆芯法推定混凝土抗壓強度的不確定度評定[J]. 中國市政工程，2012（06）：94-96.