基于鉆芯法檢測(cè)水利水電工程混凝土強(qiáng)度的實(shí)驗(yàn)研究

郁濤

摘 要：重點(diǎn)研究了推定值計(jì)算以及相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)不確定度計(jì)算方法，明確鉆芯法檢測(cè)的對(duì)比參量，了解本次檢測(cè)結(jié)果的可靠程度，為水利水電工程中鉆芯法檢測(cè)技術(shù)優(yōu)化提供可靠性依據(jù)。

關(guān)鍵詞：鉆芯法;水利水電工程;混凝土;強(qiáng)度

中圖法分類號(hào)：TV52? ? ? ? ? ? ? ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A? ? ? ? ? ? ? ?DOI：10.19679/j.cnki.cjjsjj.2021.0112

提高混凝土強(qiáng)度始終是保障水利水電工程質(zhì)量、優(yōu)化水工建筑安全系數(shù)的基本要求，我國(guó)建筑施工項(xiàng)目仍在不斷探索高效可行的混凝土強(qiáng)度檢測(cè)方法[1]?；貜椃?、鉆芯法是目前混凝土強(qiáng)度檢測(cè)的關(guān)鍵應(yīng)用方式，從檢測(cè)精度層面而言，鉆芯法優(yōu)勢(shì)突出，廣泛運(yùn)用于混凝土抗壓強(qiáng)度及質(zhì)量缺陷的檢測(cè)工程，尤其是在非損壞性強(qiáng)度檢測(cè)結(jié)果存在質(zhì)疑時(shí)使用廣泛[2]。

鉆芯法檢測(cè)混凝土強(qiáng)度雖然需要破壞構(gòu)件結(jié)構(gòu)，但是精度優(yōu)于一般的無(wú)損檢測(cè)方法。為合理發(fā)揮鉆芯法在混凝土抗壓強(qiáng)度檢測(cè)中的應(yīng)用功能，優(yōu)化檢測(cè)水利水電工程混凝土強(qiáng)度的可靠性，考慮了“推定值”與“相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)不確定度”兩個(gè)變量的計(jì)算方法。混凝土強(qiáng)度高于推定值說(shuō)明檢測(cè)結(jié)果可作為有效結(jié)果使用;檢測(cè)不確定度越趨近于0，檢測(cè)結(jié)果越為精準(zhǔn)。

1? 基于鉆芯法的水利水電工程混凝土強(qiáng)度檢測(cè)

1.1? 水利水電工程混凝土芯樣抗壓試驗(yàn)

本次研究參照“鉆芯法檢測(cè)混凝土強(qiáng)度的相關(guān)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)”鉆取混凝土芯樣?；炷列緲犹崛⊥戤叄箟簻y(cè)試之前應(yīng)進(jìn)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(jī)打磨芯樣兩端端面，保障芯樣兩端不平整度不超過(guò)0.1mm;借助測(cè)量?jī)x器獲得芯樣高度隨機(jī)直徑與直徑均值誤差，誤差控制在2mm以下;借助角度測(cè)量?jī)x器獲得芯樣端面與軸線的不垂直度不超過(guò)1°。壓力加載由萬(wàn)能試驗(yàn)機(jī)完成[3]，圖1展示了芯樣在試驗(yàn)機(jī)中加載的原理。

在整個(gè)加載作用過(guò)程中，加載荷載的變化為分級(jí)式。首次施加荷載應(yīng)為估算破壞荷載的十分之一，需在60～90s內(nèi)提升完畢，并作用于芯樣對(duì)象90s左右;當(dāng)實(shí)際荷載施加值達(dá)到估算荷載一半時(shí)需降低荷載至破壞荷載的二十分之一。接下來(lái)恢復(fù)荷載，恢復(fù)荷載至十分之一的前提是首個(gè)芯樣裂縫出現(xiàn)，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(xù)對(duì)芯樣施加作用，當(dāng)混凝土芯樣完全破壞時(shí)停止試驗(yàn)。

1.2? 水利水電工程混凝土強(qiáng)度推定值計(jì)算

混凝土強(qiáng)度推定值計(jì)算的目的是為鉆芯法確定一個(gè)科學(xué)的強(qiáng)度檢測(cè)對(duì)比標(biāo)準(zhǔn)，以判斷水利水電工作檢測(cè)工作的合理性，當(dāng)檢測(cè)結(jié)果達(dá)到推定值時(shí)認(rèn)定當(dāng)前檢測(cè)結(jié)果較為可靠。本次研究以標(biāo)準(zhǔn)方式實(shí)施混凝土芯樣加載試驗(yàn)后，采用公式（1）計(jì)算混凝土芯樣在試驗(yàn)中的抗壓強(qiáng)度。

其中，混凝土芯樣抗壓強(qiáng)度采用f0表示，數(shù)據(jù)計(jì)算需要精確到小數(shù)點(diǎn)后一位，單位為MPa;加載試驗(yàn)測(cè)得芯樣壓力上限值為F，使用kN衡量;測(cè)得芯樣直徑采用描述，使用小數(shù)點(diǎn)后一位精準(zhǔn)表示，單位是mm。

獲得水利水電工程混凝土強(qiáng)度檢測(cè)的推定值，就是要獲得最大值與最小值兩個(gè)變量，構(gòu)成推定區(qū)間，使用公式（2）公式（3）求取強(qiáng)度推定區(qū)間的最大值與最小值。

公式中需要設(shè)定最大值與最小值系數(shù)，分別為g1、g2;芯樣換算抗壓強(qiáng)度樣本標(biāo)準(zhǔn)差采用r表示;f4為混凝土芯樣抗壓強(qiáng)度均值。

根據(jù)水利水電工程以及建筑工程對(duì)混凝土推定值的相關(guān)規(guī)定，將0.85作為較為合理的推定區(qū)間置信度。此時(shí)需引入兩個(gè)對(duì)比值，一是5MPa，二是十分之一混凝土強(qiáng)度值，規(guī)定區(qū)間最大值與最小值的差不應(yīng)超過(guò)以上兩個(gè)變量最大值，為此水利水電工程混凝土抗壓強(qiáng)度推定值采用區(qū)間最大值表示。計(jì)算推定值有利于判斷鉆芯法檢測(cè)結(jié)果的正確性，使水利水電工程強(qiáng)度檢測(cè)工作更加接近實(shí)際。

1.3? 鉆芯法檢測(cè)的相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)不確定度合成

水利水電工混凝土強(qiáng)度檢測(cè)試驗(yàn)過(guò)程中受加載設(shè)備、加載環(huán)境、芯樣自身平整度垂直度等特征影響，可能導(dǎo)致檢測(cè)精度下降，所以求取水利水電工程混凝土檢測(cè)不確定度需要考慮到以上主要因素對(duì)檢測(cè)結(jié)果的負(fù)面干擾，為此設(shè)定以下四種不確定因素變量。

①在鉆取芯樣以及測(cè)量芯樣期間導(dǎo)致的誤差成為直徑誤差，土芯樣直徑對(duì)強(qiáng)度的影響采用表示;

②萬(wàn)能試驗(yàn)機(jī)、試件加載速度導(dǎo)致試驗(yàn)荷載差異，對(duì)檢測(cè)精度產(chǎn)生的干擾采用表示;

相對(duì)不確定度以百分號(hào)形式表示，與檢測(cè)精度成反比，不確定度越大說(shuō)明水利水電工程混凝土檢測(cè)精度越低。水利水電工程項(xiàng)目強(qiáng)度檢測(cè)現(xiàn)場(chǎng)，有必要考慮鉆芯法檢測(cè)的不確定度大小，以衡量本次檢測(cè)工作的可靠性。

2? 實(shí)驗(yàn)分析

為驗(yàn)證鉆芯法檢測(cè)水利水電工程混凝土強(qiáng)度的可行性，以某水利水電項(xiàng)目工程為場(chǎng)所展開鉆芯法現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)試驗(yàn)。在施工現(xiàn)場(chǎng)搭建臨時(shí)試驗(yàn)環(huán)境，選取芯樣時(shí)遵照“鉆芯法檢測(cè)混凝土強(qiáng)度的相關(guān)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)”，避免牽涉到結(jié)構(gòu)鋼筋。本次實(shí)驗(yàn)前獲得了構(gòu)件混凝土的推定值為35.4MPa。試驗(yàn)構(gòu)件的混凝土強(qiáng)度等級(jí)為C40，表1描述了C40試驗(yàn)構(gòu)件混凝土配比情況。

本次混凝土粗骨料中最大粒徑可達(dá)27mm，所以將芯樣直徑設(shè)置為81mm，取樣數(shù)量為5個(gè)，鉆芯法樣品在萬(wàn)能試驗(yàn)機(jī)上檢測(cè)得到的結(jié)果如表2所示。

由表可知，試驗(yàn)采集的5個(gè)芯樣的直徑保持一致，對(duì)應(yīng)的破壞荷載分別呈下降趨勢(shì)，A15編號(hào)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(qiáng)度成正比，所以A15編號(hào)芯樣的最小抗壓強(qiáng)度也是樣品中最小的。鉆芯法判定混凝土強(qiáng)度需要將最小抗壓強(qiáng)度值作為最終結(jié)果，所以本次實(shí)驗(yàn)測(cè)得芯樣的抗壓強(qiáng)度值為35.5MPa，高于預(yù)先推定值，符合混凝土抗壓強(qiáng)度設(shè)計(jì)等級(jí)。

另外測(cè)得基于鉆芯法的混凝土強(qiáng)度檢測(cè)結(jié)果的相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)不確定度為4.23%，數(shù)值較小，證明該方法檢測(cè)的混凝土強(qiáng)度比較貼近實(shí)際值，再次驗(yàn)證了鉆芯法檢測(cè)混凝土強(qiáng)度的效果。

3? 結(jié)論

本文闡述了鉆芯法在水利水電工程混凝土強(qiáng)度檢測(cè)中的應(yīng)用技巧。首先，要通過(guò)萬(wàn)能機(jī)試驗(yàn)獲得強(qiáng)度推定值，作為檢測(cè)結(jié)果的對(duì)比標(biāo)準(zhǔn)。其次，要求取此方法的不確定度，評(píng)估鉆芯法檢測(cè)混凝土檢測(cè)效果，以獲得最接近實(shí)際的檢測(cè)結(jié)果。

充分發(fā)揮鉆芯法檢測(cè)混凝土強(qiáng)度功能，不僅要規(guī)范其流程，更要明確鉆芯法可以應(yīng)用的客觀條件。對(duì)于遭受化學(xué)侵蝕、火災(zāi)破壞、低溫凍害的混凝土結(jié)構(gòu)更適宜事宜鉆芯法，因?yàn)槠浣Y(jié)構(gòu)在一定程度遭受損害，鉆芯法測(cè)量結(jié)果更為精準(zhǔn)直觀。使用無(wú)損檢測(cè)技術(shù)且對(duì)檢測(cè)結(jié)果有所懷疑的情況也可以采用鉆芯法進(jìn)行二次驗(yàn)證。因此，鉆芯法即使對(duì)混凝土結(jié)構(gòu)有所損壞，但仍在各種水利水電工程混凝土結(jié)構(gòu)強(qiáng)度檢驗(yàn)中應(yīng)用廣泛。鉆芯法在今后的使用過(guò)程中需要注意技術(shù)局限性，積極解決對(duì)結(jié)構(gòu)的破壞問題，可嘗試結(jié)合回彈法形成嶄新的解決方案快速測(cè)得準(zhǔn)確的混凝土強(qiáng)度值。

參考文獻(xiàn)：

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