關于鉆芯法評定混凝土抗壓強度有關標準的探討

劉夢溪 劉亞楠

摘要：本文討論了采用不同標準規范下的混凝土芯樣合格判定的條件，以工程實例分析了鉆芯檢測結果，建議標準芯樣、高徑比修約系數、直徑修約系數、合格判定條件等統一起來，以便工程技術人員更好地掌握使用。

Abstract： This paper discusses the conditions for judging the qualification of concrete core samples under different standards and codes， analyzes the test results of drilling core with engineering examples， and suggests that the standard core samples， the reduction coefficient of height diameter ratio， the reduction coefficient of diameter， and the qualification judging conditions should be unified， so that the engineering technicians can better master and use them.

關鍵詞：芯樣;強度;合格

Key words： core sample;strength;qualified

中圖分類號：TU528.07? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文獻標識碼：A? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文章編號：1006-4311（2020）10-0128-04

1? 概述

混凝土結構現場實體檢測按照對結構的大小分局部破損法和非破損法。目前工程技術人員常采用回彈法、超聲法、超聲-回彈綜合法等非破損法，由于非破損法使用數字式或指針直讀式回彈儀，數字式非金屬超聲波儀對實體混凝土結構或構件進行重復測試，不破壞混凝土結構，便于大范圍檢測等優點，因而此方法在工程實體檢測中得到了技術人員的廣泛應用。局部破損法因對混凝土結構造成局部破壞，同時受粗骨料的大小和鋼筋凈距等限制，存在不宜大范圍檢測、費用較高等缺點。但是以鉆芯法為代表的局部破損法具有直觀性，能真實地反映混凝土的實際狀況，在很多情況下是不可缺少的有效方法。鉆芯法是利用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（組）芯樣，經過雙刀切割機加工制作、自然養護或者飽和養護至規定齡期，使用壓力機進行抗壓強度檢測，推定實體混凝土強度的一種局部破損的檢測方法。國內不同行業根據自己行業特點，分別制訂了相應的鉆芯法標準，這些標準涉及到建筑、公路、水工、水利水電等行業，主要的標準有以下幾個：《混凝土強度檢驗評定標準》（GB/T50107-2010）;混凝土結構工程施工質量驗收規范（GB 50204-2015）;建筑地基檢測技術規范（JGJ 340-2015）;建筑基樁檢測技術規范（JGJ106-2014）;水工混凝土試驗規程（DL/T 5150-2017）;公路工程水泥及水泥混凝土試驗規程（JTG E30-2005）;水工混凝土施工規范（DL/T5144-2015）;水利水電工程施工質量檢驗與評定規程（SL176-2007）;鉆芯法檢測混凝土強度技術規程（CECS03：2007）; 鉆芯法檢測混凝土強度技術規程（JGJ/T384-2016）。

目前，在混凝土結構實體檢測中，由于薄壁混凝土構件的存在及鋼筋混凝土構件中鋼筋間距的不斷減小，鉆取？準100mm的芯樣容易傷到主筋及配筋，到達到高徑比2：1或者1：1將會面臨著困難。隨著建筑業的發展，在混凝土實體檢測中，必須減小混凝土芯樣直徑，由于行業的不同，鉆取不同直徑的芯樣采用不同的標準來評定現場實體混凝土質量，判定結果將有所不同。不同直徑的芯樣評定現場實體混凝土質量在“不同直徑的混凝土芯樣強度探討”中已有論述，本文就采用不同的標準來評定現場實體混凝土質量會產生不同的結果加以論述，并提出合理化的建議。

2? 不同標準下的混凝土抗壓強度推定

2.1 鉆芯法檢測混凝土強度技術規程[1]

中國建筑科學研究院主編《鉆芯法檢測混凝土強度技術規程》（CECS03：2007，中國工程建設標準化協會標準）中規定，混凝土抗壓強度評定分單個構件和檢測批的推定：

2.1.1 單個構件

鉆芯確定單個構件的混凝土強度推定值時，有效芯樣試件的數量不應少于3個;對于較小構件，有效芯樣試件的數量不得少于2個。單個構件的混凝土強度推定值不再進行數據的舍棄，而應按有效芯樣試件混凝土抗壓強度值中的最小值確定。

2.1.2 批量構件

檢測批的混凝土強度推定值應按下列方法計算推定區間：

①推定區間的上限值和下限值按下列公式計算：

上限值 fcu，e1= fcu，cor，m-k1scor

下限值 fcu，e2= fcu，cor，m- k2scor

k1，k2——推定區間上限值系數和下限值系數，可查表;

scor——芯樣試件抗壓強度樣本的標準差（MPa），精確至0.01MPa。

②上限值fcu，e1和下限值fcu，e2所構成推定區間的置信度宜為0.85，上限值與下限值之間的差值不宜大于5.0MPa和0.10*fcu，cor，m（平均值）兩者的較大值。

③宜以上限值fcu，e1作為檢測批混凝強度的推定值。

2.2 鉆芯法檢測混凝土強度技術規程[2]

中國建筑科學研究院主編《鉆芯法檢測混凝土強度技術規程》（JGJ/T384-2016，中華人民共和國行業標準）中規定，混凝土強度評定分單個構件和檢測批的推定：

2.2.1 單個構件

鉆芯法確定構件混凝土抗壓強度代表值時，芯樣試件的數量宜為3個，應取芯樣試件抗壓強度值的算術平均值作為構件混凝土抗壓強度代表值，構件混凝土杭壓強度代表值可用于既有結構的構件承載力的評定，不用于混凝土強度的合格評定。

2.2.2 批量構件

對混凝土強度檢驗批的推定值，采用《鉆芯法檢測混凝土強度技術規程》行業標準和協會標準方法相同。

2.3 混凝土結構工程施工質量驗收規范[3]

中國建筑科學研究院主編《混凝土結構工程施工質量驗收規范》（GB 50204-2015）中“結構實體混凝土回彈-取芯法強度檢驗”（附錄D）規定，對同一強度等級的實體混凝土構件，先按照每個構件區平均回彈值的大小進行排序，并選取測區平均回彈值最低的3個測區對應的部位各鉆取1個芯樣試件，其直徑宜為100mm，當測區處于鋼筋較密的部位時，可采用直徑不小于70mm的小芯樣，是為了能保證反映薄弱部位的混凝土抗壓強度。對同一強度等級的構件，3個芯樣應滿足mfc≥0.88*fcu，k;fcu，min≥0.80*fcu，k（mfcu-平均值，fcu，min-最小值差，fcu，k-標準值），當符合上列規定時，結構實體混凝土強度可判為合格，該方法具有較好的可操作性，能夠較好地反映混凝土的實際質量。

2.4 建筑基樁檢測技術規范[4]

中國建筑科學研究院主編主編《建筑基樁檢測技術規范》（JGJ106-2014）規定了鉆芯法用于檢測樁底沉渣厚度、灌注樁樁長和樁身混凝土強度，判定樁身完整性類別和鑒別樁端持力層巖土性狀。單孔鉆芯檢測發現樁身混凝土存在質量問題時，宜在同一基樁增加鉆孔驗證，并根據前、后鉆芯結果對受檢樁重新評價。每根混凝土受檢樁的鉆孔的位置和鉆芯的孔數，應按基樁檢測規范規定鉆取：當樁基直徑小于1.2m時，鉆孔數量可為1～2個孔，當樁基直徑為1.2～1.6m時，鉆孔數量宜為2個孔，當樁基直徑大于1.6m時，鉆孔數量宜為3個。應按下列規定進行截取混凝土抗壓強度芯樣試件：當樁長小于10m時，每孔應截取2組芯樣;當樁長為10～30m時，每孔應截取3組芯樣，當樁長大于30m時，每孔應截取不少于4組的混凝土芯樣;截取上部和下部芯樣位置應距樁頂設計標高1倍樁徑之內或不超過2m，樁底設計標高1倍樁徑之內或不超過2m，中間宜等間距截取芯樣;發現有缺陷的位置，應盡可能的截取1組芯樣進行混凝土抗壓試驗;同一樁基鉆芯孔數在1個以上，發現某1孔在某一深度存在缺陷時，應在其他孔的同一深度處，截取1組混凝土芯樣進行抗壓強度試驗。

每根檢測樁混凝土芯樣的抗壓強度確定方法：取1組3塊芯樣強度值的平均值為該組混凝土芯樣的檢測值，同一檢測樁同一深度有2組或2組以上混凝土芯樣時，取其平均值作為該樁基該深度處芯樣的強度檢測值。同一檢測樁不同深度位置的混凝土芯樣抗壓強度檢測值中的最小值，作為該樁基芯樣的強度檢測值。雖然樁身軸力上大下小，從設計角度考慮，最薄弱部位的混凝土強度控制樁身承載力。因此，規范規定以受檢樁基中不同深度位置的混凝土芯樣抗壓強度檢測值中的最小值作為該樁基混凝土芯樣抗壓強度檢測值。

按單根檢測樁進行成樁質量評價，當混凝土芯樣試件抗壓強度檢測值小于混凝土設計強度等級時，應判定該檢測樁不滿足設計要求。

2.5 公路工程水泥及水泥混凝土試驗規程[5]

交通部公路科學研究所主編《公路工程水泥及水泥混凝土試驗規程》（JTG E30-2005）中《水泥混凝土試件制作與硬化水泥混凝土現場取樣方法》（T 0551-2005）和《水泥混凝土圓柱體軸心抗壓強度試驗方法》（T 0554-2005）規定：本方法適用于各類水泥混凝土的圓柱體試件及現場芯樣的極限抗壓強度試驗。芯樣直徑不宜小于混凝土所用骨料最大粒徑的4倍，一般為？準150mm±10mm或？準100mm±10mm。對于路面，由于在公路工程中，混凝土芯樣常為圓柱體，高徑比宜為1.9～2.1，最大高徑比不能超過2.1，芯樣最小直徑為100mm，直徑至少是公稱最大粒徑的2倍。對于高徑比超過2.1的試件，可減少鉆芯深度;也可先取芯樣長度與路面厚度相等，再在室內加工成為高徑比為2的試件;對于高徑比不足1.8的試件，可按不同試驗項目分別對高徑比進行修正。直徑150mm，高度為300mm為標準試件，非標準試件的抗壓強度應乘以尺寸換算系數。混凝土抗壓強度試件要求同齡期者為一組，每組為三個同條件制作和養護的混凝土試塊。以3個試件測值的算術平均值為測定值。三個測值中最大值或最小值有一個與中間值之差超過中間值的15%，則取中間值為測定值;如最大值和最小值與中間值之差均超過中間值的15%，則該組試驗結果無效。標準立方體試件150mm×150mm×150mm的抗壓強度一般比標準圓柱體試件？準150mm×300mm的抗壓壓強度要高，約為1.25倍，存在標準立方體試件和標準圓柱體試件強度之間的換算關系，但這個換算關系不能用于水泥混凝土強度等級評定時的轉換依據。

2.6 水工混凝土試驗規程[6]

南京水利科學研究院編制《水工混凝土試驗規程》（DL/T 5150-2017）目的及適用范圍是測定混凝土芯樣圓柱體試件的抗壓強度與劈裂抗壓強度，用以核查和驗證建筑物混凝土強度。對大體積混凝土，以3個試件測值的平均值作為試驗結果，對單個普通構件混凝土，以3個試件測值的最小值作為試驗結果。高徑比統一為1.0的芯樣試件抗壓強度，換算成150mm×150mm×150mm立方體的抗壓強度，應乘以換算系數（見表1）。

2.7 水利水電工程施工質量檢驗與評定規程[7]

四川省水利科學研究院主編《水利水電工程施工質量檢驗與評定規程》（SL176-2007）中規定：普通混凝土試塊抗壓強度的檢驗評定，試驗數據統計應按混凝土試塊的組數的多少（見表2），分別進行評定。還規定試塊組數較少或對結論有懷疑時，也可采取其他措施進行檢驗，但未說明采用什么措施進行檢驗。

2.8 混凝土強度檢驗評定標準[8]

中國建筑科學研究院主編《混凝土強度檢驗評定標準》（GB/T50107-2010）中明確了標準的使用范圍和意義，統一了混凝土強度的檢驗評定方法，它對保證混凝土工程質量，提高混凝土生產的質量管理水平，以及提高企業經濟效益等都具有重大作用。普通混凝土試塊試驗數據統計按照混凝土試塊的組數的多少（見表3），分別進行合格評定。

3? 案例分析

3.1 案例背景

某大型基礎工程，設計強度等級C30，由于制作的混凝土試塊抗壓強度小于設計強度，經協商，檢測機構進行現場鉆取？準100mm的芯樣10組共30個，試驗結果如表4。

3.2 案例分析

由于檢測單位只給出此批混凝土的檢測數據，沒有具體說明單個構件或者此批混凝土是否合格，各參建方認為每組試件都大于設計強度，因此判定混凝土實體構件合格，我們根據不同的標準分析如下。

①《鉆芯法檢測混凝土強度技術規程》（CECS03：2007）中規定在標準芯樣時，假如此工程按單個構件推定，每個構件按最小值作為推定結果（見表4）。從表中可以看出第2、4、5、8組不能滿足C30設計要求。

若按照批量推定，結果上限值 fcu，e1= fcu，cor，m-k1scor=36.5-1.332*6.3=28.0MPa，下限值 fcu，e2=fcu，cor，m-k2scor=36.5-2.220*6.3=22.4MPa，fcu，e1-fcu，e2=28.0-22.4=5.6（已經超過了5.0MPa和0.10*fcu，cor，m兩者的較大值），以上限值fcu，e1=28.0作為檢測批混凝強度的推定值，不能滿足C30設計要求。因此用此規程評定某大型基礎工程沒有滿足C30設計要求。

②《鉆芯法檢測混凝土強度技術規程》（JGJ/T384-2016）中規定，假如此工程按單個構件推定，每個構件按平均值作為推定結果（見表4）。從表中可以看出10組都能滿足C30設計要求。若按照批量推定（同上述），某大型基礎工程沒有滿足C30設計要求。

③《混凝土結構工程施工質量驗收規范》（GB 50204-2015）中附錄D.0.3規定，是按照單個構件平均值和最小值同時滿足合格條件推定的（見表4），10組全部滿足要求。

④假如此大型基礎工程是混凝土樁基，單樁取樣10組，《建筑基樁檢測技術規范》（JGJ106-2014）規定，10組中最小值是24.8MPa，不滿足C30設計要求。

⑤假如此大型基礎工程是混凝土路面，根據《公路工程水泥及水泥混凝土試驗規程》（JTG E30-2005）中規定在芯樣高徑比為2：1時，其中第1、4、5、8、9組，取3個單塊值的中間值為代表值，分別是37.8MPa、32.3MPa、32.5MPa、38.2MPa、39.8MPa，第7組結果無效，其余取平均值為代表值。

⑥假如此大型基礎工程是港口混凝土，《水工混凝土試驗規程》（DL/T 5150-2017）規定，在高徑比為1時，以3個試件測值的最小值作為試驗結果（見表4），從表中可以看出第2、4、5、8組不能滿足C30設計要求。

⑦假如此大型基礎工程是大壩混凝土，《水利水電工程施工質量檢驗與評定規程》（SL176-2007），把芯樣認定為試塊，可用Rn-0.7*sn=36.5-0.7*6.3=32.1>30，Rn-1.60*sn =36.5-1.60*6.3=26.4≥0.83*30=24.9，能夠滿足C30設計要求。

⑧《混凝土強度檢驗評定標準》（GB/T50107-2010）是統一了混凝土強度的檢驗評定方法，所以芯樣可以采用此標準進行評定，由于第7組無效，不能參與評定，所以用非統計方法，mfc=37.0≥r3*fcu，k=1.15*30=34.5，fcu，min=32.2≥r4* fcu，k=0.95*30=28.5，能夠滿足C30設計要求。

4? 結論與建議

①上述案例中，每組數據按照平均值進行統計，10組數據代表的10個單獨構件強度全部大于設計等級C30;每組數據按照最小值進行統計，10個構件中有4個構件強度小于設計等級;每組數據按照最大值或者最小值與中間值之差超過中間值的15%進行統計，9個構件強度大于設計等級，1組數據無效。采用不同標準中規定的方法對同一工程進行分析評價，結論不同。若按照成批進行推定，不同標準結論也不同。由于結構在最薄弱處破壞，建議采用最小值法判定。

②《鉆芯法檢測混凝土強度技術規程》（CECS 03： 2007）、《鉆芯法檢測混凝土強度技術規程》（JGJ/T384-2016）、《混凝土結構工程施工質量驗收規范》3個建筑業有關取芯標準，對同一工程進行分析評價，結論不同。

③在《水利水電工程施工質量檢驗與評定規程》中混凝土試塊強度實測值大于等于1.15倍的標準值，是否可以認定為1組3塊實測值，每塊強度都是此要求。

④用混凝土取芯法評定混凝土實體強度，不同標準把高徑比2：1或者1：1作為標準芯樣，在加工時，把高徑比在0.95～1.05或者0.98～1.02之間作為有效芯樣，對芯樣中是否含有鋼筋，直徑的大小或者個數的多少，規定各不相同。

⑤《混凝土強度檢驗評定標準》在總則中有：為了統一混凝土強度的檢驗評定方法，保證混凝土強度符合混凝土工程質量的要求，制定本標準[8]。既然統一了混凝土強度的檢驗評定方法，混凝土芯樣強度的評定可以按照此標準進行合格判定，避免了多個標準及規程對同一工程評定結果不一致的問題，對工程技術人員帶來不必要的麻煩。

⑥鉆芯取樣法進行混凝土實體工程質量的判定，是眾多檢測方法之一，但是是比較常用實用的方法，考慮到各種實際因素，建議在修訂國家標準時，對標準芯樣、高徑比修約系數、直徑修約系數、合格判定條件等統一起來，以便工程技術人員更好地掌握。

參考文獻：

[1]中國建筑科學研究院主編（中國工程建設標準化協會標準）.CECS 03：2007，鉆芯法檢測混凝土強度技術規程[S].北京：中國建筑工業出版社，2007.

[2]中國建筑科學研究院主編（中華人民共和國行業標準）.JGJ/T384-2016，鉆芯法檢測混凝土強度技術規程[S].北京：中國建筑工業出版社，2016.

[3]中國建筑科學研究院主編.GB 50204-2015，混凝土結構工程施工質量驗收規范[S].北京：中國建筑工業出版社，2014.

[4]中國建筑科學研究院主編.JGJ106-2014，建筑基樁檢測技術規范[S].北京：中國建筑工業出版社，2014.

[5]交通部公路科學研究所主編.JTG E30-2005，公路工程水泥及水泥混凝土試驗規程[S].北京：人民交通出版社，2005.

[6]南京水利科學研究院主編.DL/T 5150-2017，水工混凝土試驗規程[S].北京：中國電力出版社，2018.

[7]四川省水利科學研究院主編.SL176-2007，水利水電工程施工質量檢驗與評定規程[S].北京：中國水利水電出版社，2007.

[8]中國建筑科學研究院主編.GB/T50107-2010，混凝土強度檢驗評定標準[S].北京：中國建筑工業出版社，2010.