鉆芯法檢測結構混凝土強度合格性評定分析

梁文彬

摘 要：結構混凝土的強度極為重要，相關檢測方法愈來愈多。首先介紹了幾種混凝土強度的檢測方法，并以鉆芯法為重點，闡述了檢驗過程。然后分析了混凝土強度的測量不確定度和合格性的評定。

關鍵詞：鉆芯法；混凝土強度；合格性評定

混凝土是建筑工程中不可或缺的一部分，隨著人們對建筑質量要求的提高，混凝土的作用更加突出。尤其是高層建筑，對混凝土提出了更高的要求。可見，混凝土的強度與工程質量密切相關，在實際施工中，必須加強對混凝土的檢測，確保其結構穩定、性能優越，符合施工要求。在科技的推動下，相繼出現了許多混凝土強度檢測方法，如鉆芯法、回彈法等，在此主要介紹鉆芯法。

1 混凝土強度的檢測方法及鉆芯法

混凝土的抗壓強度直接關系到施工質量，為保證安全，往往會對其強度進行檢驗，合格后方能投入使用。在長期實踐中，檢測方法愈來愈多，大致有兩類，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。各有優劣，相比較而言，鉆芯法可直接從結構實體表面鉆取芯樣，再運用科學的方法對混凝土的抗壓強度進行測試估測。該方法的優勢在于不受混凝土齡期和碳化程度的限制，且測試精確度高，可對混凝土的抗壓強度做出比較真實的反映，因而應用較為廣泛。

從實際中可知，鉆芯法有其特定的使用條件：（1）混凝土被化學侵蝕，或在火災凍害中遭到破壞時；（2）對已經檢測的結果存在質疑時；（3）受材料質量、養護不周等因素影響，混凝土質量出現問題時；（4）當檢測年代已久的建筑物時。其不足之處在于在鉆芯時可能會破壞混凝土構件，且成本昂貴，選取鉆芯位置難度較大，實際操作非常復雜。

2 鉆芯法

2.1 鉆取芯樣。采用鉆芯法檢測混凝土的抗壓強度時，通常會選擇專用鉆機，配以金剛石薄壁鉆頭，以提高芯樣鉆取的成功率。首先將鉆機固定在檢測結構實體表面，因實體中還有主筋、管線和各種預埋件，應借助電磁感應儀避開這些部位；接著保持勻速，將鉆機鉆入結構實體，此過程中需對鉆頭連續加水冷卻，同時應清除鉆取過程中產生的大量碎屑。根據混凝土粗骨料的粒徑和實際需要確定芯樣的直徑，一般為100mm，關于其長度，至少應在直徑的1.5倍以上，應視具體情況而定。另外，為減少直徑偏差，應重視鉆頭的鉆取速度和擺動幅度。

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

2.3 芯樣試驗。混凝土芯樣的強度試驗，可在潮濕狀態下開展，也可在干燥狀態中進行，應結合實際要求確定適宜的環境。加載速度必須符合普通混凝土力學性能試驗方法的要求。可通過式1計算試驗抗壓強度：

f= 式1

上式中，f表示芯樣的抗壓強度，F表示芯樣在抗壓試驗中測到的最大壓力；D則為芯樣的直徑。

3 混凝土強度測量不確定度的評定

關于測量不確定度的評定，首先要采取相應的測量方法，并分析可能影響測量結果各種的因素；然后建立相應的數學模型，并明確各種影響因素的測量不確定度分量；接著確定被測量可能包含的影響因子，進行標準不確定度的評定擴展，最終得出不確定度評價報告。

3.1 工程檢測實例分析。某建筑工程設計環節，結合工程要求，決定采用C40等級的混凝土，并按批進行抽樣檢測。共抽檢20次，試驗內容包括直徑、面積、荷載、強度和不垂直度等參數。按照相關規定，結構混凝土的抗壓強度推定有兩類：（1）單個構件的推定。在鉆取芯樣時，每個構件的鉆取數目都在3個以上，若結構較小，可減少一個。對有效的芯樣進行試驗，最終取其中的最小值作為推定值；（2）檢測批的推定。同一批中的有效試件數量應在15個以上，其強度計算推定區間（fcu，e1，fcu，e2），其間的差值和0.1fcu，cor，m兩者均小于5MPa時，將fcu，e1作為推定值。

對試驗抽檢中的各項參數加以計算，可知，當n=20時，fcu，cor，m=41.9MPa，Scor=2.02Mpa；mD=99.9mm，mF=328.8kN。當n為20時，k1、k2值分別為1.27、2.4.則批準定值上限：fcu，e1=fcu，cor，m-k1×Scor=39.3MPa；批準定值下限：fcu，e2=fcu，cor，m-k2×Scor=37.1MPa。可知，二者的值都沒有超過5MPa，所以這一批混凝土的抗壓強度代表值為39.3MPa。

3.2 影響芯樣試件抗壓強度不確定度評定的因素

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

3.2.2 壓力測量。壓力機測量標準不確定度UF=0.60%，kp=2，則相對標準不確定度Uc（F1）=UF/2=0.30%。當壓力機的顯示值出現誤差時，也會引起相對不確定度，設其為Uc（F2），誤差在0.6%以內，分散區間半寬為0.6%。按矩形分布，相對不確定度Uc（F2）≈0.35%。此外，分位值同樣會引起不確定度，設其為Uc（F3），壓力機的分位值為1kN，分散區間為0.5kN，服從矩形分布。則可求得U（F3）=0.29kN，相對不確定度為Uc（F3）=0.09%。

綜合上述各種情況加以合成，求得最終的相對不確定度Uc（F）=0.47%。

3.3.3 端面與軸線不垂直度。端面與軸線的夾角在1°以內，其夾角α引起的端面受壓力的變化，根據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 芯樣混凝土抗壓強度合格性評定

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

5 結語

混凝土在當前各項工程建筑中都發揮著關鍵性作用，其抗壓強度直接影響著工程的質量。在投入使用之前，務必要對其進行檢測，確保能夠達到設計要求。鉆芯法是一種較為有效的方法，具有較高的精確度，值得推廣應用。

參考文獻

[1] 向洪，袁銅森.鉆芯法檢測橋梁混凝土強度的評定方法探討[J].公路工程，2013，20（3）.

[2] 汪紅捷.鉆芯法在混凝土強度檢測中的應用[J].低溫建筑技術， 2010，24（1）.

[3] 韓建平，王飛行，王志華.鉆芯法檢測評定混凝土強度的若干問題探討[J].工程抗震與加固改造，2008，25（2）.