齡期大于 1 000 d 混凝土抗壓強(qiáng)度檢測(cè)案例淺析

張穎異

（甘肅土木工程科學(xué)研究院有限公司，甘肅 蘭州 730020）

0 引言

在建筑工程混凝土構(gòu)件抽樣檢測(cè)中，往往需要對(duì)建筑物混凝土構(gòu)件檢驗(yàn)批進(jìn)行批量評(píng)定，從而確定混凝土抗壓強(qiáng)度是否滿足設(shè)計(jì)要求。混凝土抗壓強(qiáng)度檢測(cè)方法分為很多種，本文對(duì)齡期＞1 000 d 混凝土案例采用鉆芯法及鉆芯修正法進(jìn)行對(duì)比闡述，對(duì)于齡期超過(guò) 1 000 d 的混凝土構(gòu)件的檢測(cè)采用劃分檢驗(yàn)批并對(duì)檢驗(yàn)批進(jìn)行批量評(píng)定，鉆芯法取樣要求直徑 100 mm 芯樣檢驗(yàn)批抽檢數(shù)量不應(yīng)少于 15 個(gè)，或直徑 70 mm 芯樣檢驗(yàn)批抽檢數(shù)量不應(yīng)少于 20 個(gè)。對(duì)于鉆取混凝土芯樣數(shù)量較多的建筑而言對(duì)其結(jié)構(gòu)力學(xué)性能影響較大，如若鉆取芯樣數(shù)量較少又不具備代表性，而鉆芯修正法是利用與回彈測(cè)區(qū)對(duì)應(yīng)芯樣的抗壓強(qiáng)度對(duì)回彈測(cè)區(qū)換算強(qiáng)度進(jìn)行修正的方法，芯樣鉆取數(shù)量相對(duì)鉆芯法較少，且回彈檢測(cè)可對(duì)建筑進(jìn)行全部構(gòu)件檢測(cè)，具有全面、方便快捷、低成本等優(yōu)點(diǎn)。

1 檢測(cè)法概述

1.1 回彈法檢測(cè)混凝土抗壓強(qiáng)度

回彈法檢測(cè)混凝土抗壓強(qiáng)度是目前最為常用的一種無(wú)損檢測(cè)方法，是通過(guò)回彈儀對(duì)混凝土表面的硬度轉(zhuǎn)換成內(nèi)部混凝土強(qiáng)度的檢測(cè)。目前正在實(shí)施的行業(yè)規(guī)范有 JGJ/T 23－2011《回彈法檢測(cè)混凝土抗壓強(qiáng)度技術(shù)規(guī)程》，其適用范圍為普通混凝土抗壓強(qiáng)度，不適用于表層與內(nèi)部質(zhì)量有明顯差異或內(nèi)部存在缺陷的混凝土強(qiáng)度檢測(cè)，且僅能對(duì)自然養(yǎng)護(hù)條件下齡期 14～1 000 d 的混凝土進(jìn)行強(qiáng)度檢測(cè)。回彈法檢測(cè)混凝土抗壓強(qiáng)度優(yōu)點(diǎn)：無(wú)損檢測(cè)，對(duì)結(jié)構(gòu)力學(xué)性能不產(chǎn)生影響，可以快速推定出混凝土抗壓強(qiáng)度。回彈法檢測(cè)混凝土抗壓強(qiáng)度缺點(diǎn)：間接推定方法，影響因素較多，例如回彈時(shí)存在檢測(cè)碳化深度不準(zhǔn)確等因素，這些因素都會(huì)導(dǎo)致檢測(cè)結(jié)果出現(xiàn)偏差，影響檢測(cè)準(zhǔn)確性。

1.2 鉆芯法

鉆芯法是采用鉆芯機(jī)在混凝土構(gòu)件上鉆取芯樣，加工后在實(shí)驗(yàn)室壓力機(jī)上進(jìn)行抗壓強(qiáng)度檢測(cè)的方法，屬于直接獲取混凝土抗壓強(qiáng)度的檢測(cè)方法，直徑為 100 mm 的芯樣抗壓強(qiáng)度等同于 150 mm 立方體混凝土試塊抗壓強(qiáng)度。現(xiàn)行行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)有 JGJ/T 384－2016《鉆芯法檢測(cè)混凝土抗壓強(qiáng)度技術(shù)規(guī)程》，用于確定混凝土抗壓強(qiáng)度推定值或者對(duì)間接強(qiáng)度檢測(cè)方法進(jìn)行修正。芯樣應(yīng)使用直徑為 100 mm 的芯樣，直徑不應(yīng)小于骨料最大粒徑的 3 倍，或者采用直徑≥ 70 mm，且直徑≥骨料最大粒徑 2 倍的小直徑芯樣。鉆芯法屬于破損法檢測(cè)混凝土抗壓強(qiáng)度，在混凝土構(gòu)件上鉆芯時(shí)數(shù)量不宜過(guò)多，需要避開(kāi)集中受力部位。為避免對(duì)結(jié)構(gòu)造成力學(xué)性能影響，鉆芯法宜避免將混凝土構(gòu)件內(nèi)部的鋼筋截?cái)唷Ｐ緲痈邚奖纫?0.95～1.05，芯樣端部需要進(jìn)行補(bǔ)平，否則會(huì)對(duì)檢測(cè)結(jié)果造成較大影響。

1.3 鉆芯修正法

鉆芯修正法是以鉆芯法對(duì)間接測(cè)強(qiáng)方法進(jìn)行鉆芯修正的方法，用于鉆芯修正法的芯樣直徑為 100 mm 且芯樣試件數(shù)量不應(yīng)少于 6 個(gè)，芯樣試件抗壓強(qiáng)度樣本的標(biāo)準(zhǔn)差一般大于立方體試件的標(biāo)準(zhǔn)差，小直徑芯樣試件抗壓強(qiáng)度樣本的標(biāo)準(zhǔn)差更大［1］。為保證數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性，本文案例中鉆取的芯樣直徑為 100 mm 芯樣，修正方法有總體修正量法、對(duì)應(yīng)樣本修正量法、對(duì)應(yīng)樣本修正系數(shù)法等［2］，本文案例采用對(duì)應(yīng)樣本修正量的方法對(duì)回彈法進(jìn)行修正。

2 工程案例

2.1 工程案例概況

2.1.1 案例 1

青海省某工程建筑物 A 樓、B 樓均為高層建筑，建筑物結(jié)構(gòu)形式為框架剪力墻結(jié)構(gòu)，A 樓、B 樓為同一施工單位施工，兩棟建筑物所使用的混凝土為同一家攪拌站提供的泵送混凝土，混凝土澆筑日期為 2013 年 6 月－ 2014 年 9 月，檢測(cè)日期為 2020 年 6 月－2020 年 9 月，截止檢測(cè)時(shí)混凝土齡期約為 2 256～2 651 d，A 樓、B 樓混凝土碳化深度在 8.0～18.0 mm。其中 A 樓為地上 24 層，混凝土強(qiáng)度等級(jí) C 45 共 6 層、C 40 共 3 層、C 35 共 3 層、C 30 共 3 層、C 25 共 9 層；B 樓為地上 25 層，混凝土強(qiáng)度等級(jí) C 45 共 7 層、C 40 共 6 層、C 35 共 6 層、C 30 共 7 層。采用鉆芯修正法對(duì)兩棟樓具備檢測(cè)條件的部分構(gòu)件進(jìn)行檢測(cè)，芯樣試件鉆取原則為每層隨機(jī)取樣，為減小對(duì)結(jié)構(gòu)影響芯樣鉆取部位為剪力墻及框架梁，具體數(shù)量如表 1 所示。

表1 案例 1 抽檢構(gòu)件數(shù)量統(tǒng)計(jì) 個(gè)

2.1.2 案例 2

甘肅省某工程建筑物 1 # 樓、2 # 樓、3 # 樓均為低層建筑，建筑物結(jié)構(gòu)形式為框架結(jié)構(gòu)，1 #、2 #、3 # 樓為同一施工單位施工，使用的混凝土為同一家攪拌站提供的泵送混凝土，混凝土澆筑日期為 2015 年 8 月－2016 年 7 月，檢測(cè)日期為 2021 年 8 月，截止檢測(cè)時(shí)混凝土齡期約為 1 842～2 188 d，1 # 樓、2 # 樓、3 # 樓混凝土碳化深度在 10.0～22.0 mm。其中 1 # 樓、3 # 樓均為地上 4 層，2 # 樓為地上 3 層，混凝土強(qiáng)度等級(jí)均為C 30。采用鉆芯修正法對(duì)兩棟樓具備檢測(cè)條件的所有構(gòu)件進(jìn)行檢測(cè)，芯樣試件鉆取原則為每層隨機(jī)取樣，為減小對(duì)結(jié)構(gòu)影響芯樣鉆取部位為框架梁，具體如表 2 所示。

表2 案例 2 抽檢構(gòu)件數(shù)量統(tǒng)計(jì) 個(gè)

案例 1、案例 2 中鉆取芯樣與對(duì)應(yīng)回彈測(cè)區(qū)換算值數(shù)據(jù)共 381 組，以回彈測(cè)區(qū)換算強(qiáng)度值為橫坐標(biāo)，芯樣抗壓強(qiáng)度為縱坐標(biāo)制作布點(diǎn)圖（見(jiàn)圖 1），根據(jù)布點(diǎn)圖趨勢(shì)線所得結(jié)果為回彈測(cè)區(qū)換算值與芯樣抗壓強(qiáng)度基本成正比，但在同一芯樣抗壓強(qiáng)度上回彈測(cè)區(qū)換算值有高有低，這是因?yàn)榘咐谢炷笼g期超過(guò) 1 000 d，其內(nèi)部強(qiáng)度與表面硬度隨齡期的增長(zhǎng)關(guān)聯(lián)性變差，因此用芯樣抗壓強(qiáng)度對(duì)回彈法檢測(cè)混凝土抗壓強(qiáng)度進(jìn)行修正是必要的。

圖1 回彈測(cè)區(qū)換算強(qiáng)度與對(duì)應(yīng)芯樣抗壓強(qiáng)度點(diǎn)分布及趨勢(shì)圖

2.2 案例數(shù)據(jù)處理過(guò)程及結(jié)果分析

2.2.1 檢測(cè)方式及檢測(cè)設(shè)備

以上案例選取混凝土構(gòu)件表面光滑去除表面雜物且混凝土構(gòu)件外觀質(zhì)量完好處進(jìn)行回彈法檢測(cè)混凝土抗壓強(qiáng)度，選取的鉆芯區(qū)域?yàn)閷?duì)應(yīng)回彈測(cè)區(qū)相近位置且避開(kāi)內(nèi)部鋼筋，芯樣鉆取后進(jìn)行切割加工并補(bǔ)平，采用對(duì)應(yīng)樣本修正量的方法，用芯樣混凝土抗壓強(qiáng)度與對(duì)應(yīng)回彈測(cè)區(qū)換算強(qiáng)度的差值求出修正量，并對(duì)回彈法檢測(cè)混凝土強(qiáng)度進(jìn)行修正，為保證案例中各數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性，回彈法檢測(cè)混凝土抗壓強(qiáng)度所用儀器為電子數(shù)顯回彈儀，且均滿足回彈次數(shù) 2 000 次內(nèi)回彈率定值保持在78～82 并及時(shí)進(jìn)行保養(yǎng)，鉆芯機(jī)為喜利得 DD200，所鉆取芯樣直徑均為 99 mm，高度在 100～102 mm，高徑比均在 1.01～1.03，所取芯樣中均不含鋼筋，芯樣抗壓設(shè)備為 WHY-3 000 微機(jī)控制全自動(dòng)壓力試驗(yàn)機(jī)。

2.2.2 數(shù)據(jù)處理過(guò)程

1）鉆芯法批量評(píng)定。對(duì)同等級(jí)混凝土構(gòu)件鉆芯所得芯樣抗壓強(qiáng)度值進(jìn)行批量評(píng)定，各芯樣抗壓數(shù)值按照 GB/T 4883－2008《數(shù)據(jù)的統(tǒng)計(jì)處理和解釋正態(tài)樣本離群值的判斷和處理》規(guī)定進(jìn)行離群值剔除，剔除后的數(shù)據(jù)進(jìn)行批量評(píng)定并應(yīng)滿足上限值與下限值的差值≥5.0 MPa 或 0.10 倍芯樣試件抗壓強(qiáng)度平均值的較大值，如不滿足該條件時(shí)不能進(jìn)行批量評(píng)定，需適當(dāng)增加樣本容量或重新劃分檢測(cè)批。

2）鉆芯修正法批量評(píng)定。按檢驗(yàn)批劃分將回彈法檢測(cè)強(qiáng)度輸入軟件進(jìn)行計(jì)算，對(duì)應(yīng)回彈測(cè)區(qū)的芯樣抗壓強(qiáng)度與該回彈測(cè)區(qū)換算強(qiáng)度的差值得出修正量，因修正量方法對(duì)測(cè)區(qū)強(qiáng)度進(jìn)行修正后，只修正混凝土測(cè)區(qū)強(qiáng)度值，不會(huì)改變同一構(gòu)件或同批構(gòu)件的標(biāo)準(zhǔn)差［3］，修正量對(duì)相應(yīng)等級(jí)的混凝土構(gòu)件回彈檢測(cè)混凝土抗壓強(qiáng)度進(jìn)行修正后，得到鉆芯修正法批量評(píng)定結(jié)果。

2.2.3 結(jié)果及分析

為研究齡期＞1 000 d 混凝土抗壓強(qiáng)度鉆芯修正法與鉆芯法的區(qū)別，檢驗(yàn)批劃分按照同一棟樓同一混凝土強(qiáng)度等級(jí)進(jìn)行分類，芯樣抗壓強(qiáng)度離群值按照格拉布斯檢驗(yàn)法和狄克遜檢驗(yàn)法分別進(jìn)行剔除，結(jié)果按照鉆芯法與鉆芯修正法批量評(píng)定最終結(jié)果進(jìn)行對(duì)比，現(xiàn)將數(shù)據(jù)整理所得結(jié)果及分析如表 3 所示。

表3 按混凝土強(qiáng)度等級(jí)劃分檢測(cè)批剔除離群值數(shù)量結(jié)果 個(gè)

按強(qiáng)度等級(jí)劃分檢測(cè)批，用格拉布斯檢驗(yàn)法和狄克遜檢驗(yàn)法對(duì)樣本數(shù)≤30 個(gè)和＞30 個(gè)分別進(jìn)行上側(cè)情形、下側(cè)情形和雙側(cè)情形計(jì)算［4］，以下案例 1# 樓中數(shù)據(jù)處理采用剔除 1 個(gè)離群值，3 # 樓采用格拉布斯檢驗(yàn)法和狄克遜檢驗(yàn)法確定的離群值為同一芯樣抗壓強(qiáng)度值，表 3 中檢出的離群值均不是歧離值，可以看出檢出離群值的情形與芯樣數(shù)量無(wú)關(guān)，并非芯樣數(shù)量越多離群值數(shù)量越大，僅于檢出離群值的檢驗(yàn)方法有關(guān)，且齡期＞1 000 d 混凝土鉆取的芯樣剔除離群值完全滿足 GB/T 50784－2013《混凝土結(jié)構(gòu)現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)》中芯樣混凝土抗壓強(qiáng)度異常數(shù)據(jù)判別和處理對(duì)異常值不應(yīng)超過(guò) 2 個(gè)的要求。

如表 4、表 5 所示，案例中 C30 強(qiáng)度等級(jí)檢驗(yàn)批的修正結(jié)果有高有低，但從 A、B 樓不同等級(jí)劃分檢驗(yàn)批的修正結(jié)果看，除 A 樓 C40 強(qiáng)度等級(jí)的檢驗(yàn)批修正結(jié)果 13.2 MPa 外，其余數(shù)據(jù)遵循修正量隨強(qiáng)度等級(jí)增大而修正量增加的現(xiàn)象，這也說(shuō)明混凝土抗壓強(qiáng)度隨齡期增長(zhǎng)內(nèi)部強(qiáng)度與表面硬度的差異性變大，所以對(duì)混凝土強(qiáng)度等級(jí)較高的混凝土構(gòu)件進(jìn)行混凝土抗壓強(qiáng)度檢測(cè)時(shí)尤其要注重鉆芯修正法的應(yīng)用。

表4 按混凝土強(qiáng)度等級(jí) C30 劃分檢測(cè)批的修正量結(jié)果 MPa

表5 案例 A、B 樓按混凝土強(qiáng)度等級(jí)劃分檢測(cè)批的修正量結(jié)果 MPa

案例中按照強(qiáng)度等級(jí)劃分的檢驗(yàn)批，采用鉆芯法可進(jìn)行批量評(píng)定的共有 4 組（見(jiàn)表 6），其余 8 組均不符合鉆芯法批量評(píng)定要求。因齡期較長(zhǎng)混凝土構(gòu)件強(qiáng)度受環(huán)境因素影響，混凝土抗壓強(qiáng)度差異性變大，在對(duì)相同混凝土強(qiáng)度等級(jí)芯樣的抗壓強(qiáng)度對(duì)比時(shí)發(fā)現(xiàn)，靠近建筑物南面一側(cè)的混凝土芯樣抗壓強(qiáng)度普遍大于靠近北面一側(cè)的芯樣抗壓強(qiáng)度，原因?yàn)槟厦媸艿疥?yáng)光照射環(huán)境溫度比北側(cè)偏高，從而芯樣抗壓強(qiáng)度值較高，隨著齡期時(shí)間的增長(zhǎng)，也就造成芯樣抗壓強(qiáng)度差異性變大，且案例中最大上限值與下限值之差為 10.5 MPa，可見(jiàn)齡期＞1 000 d 混凝土芯樣抗壓強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)差變大，芯樣抗壓強(qiáng)度值較離散，使能夠滿足批量評(píng)定的檢驗(yàn)批變少。案例 A 樓強(qiáng)度等級(jí) C 45 鉆取芯樣所得數(shù)據(jù)中最大混凝土芯樣抗壓強(qiáng)度為 70.1 MPa，案例 1 # 樓、2 # 樓、3 # 樓強(qiáng)度等級(jí) C30 鉆取芯樣所得數(shù)據(jù)中最大混凝土芯樣抗壓強(qiáng)度分別為 61.8、57.2、65.4 MPa，與以上芯樣抗壓強(qiáng)度最大值對(duì)應(yīng)的回彈測(cè)區(qū)混凝土抗壓強(qiáng)度換算值分別為 44.7、42.3、50.6、48.8 MPa，可見(jiàn)回彈法檢測(cè)混凝土測(cè)區(qū)換算強(qiáng)度皆小于與其對(duì)應(yīng)測(cè)區(qū)鉆取芯樣的混凝土抗壓強(qiáng)度，也同時(shí)驗(yàn)證了齡期＞1 000 d 的混凝土其芯樣抗壓強(qiáng)度與表面硬度存在差異，回彈法檢測(cè)齡期＞1 000 d 混凝土抗壓強(qiáng)度其值小于混凝土鉆取芯樣的抗壓強(qiáng)度，采用回彈法檢測(cè)齡期＞1 000 d 混凝土的檢測(cè)方法并不適用。

表6 按混凝土強(qiáng)度等級(jí)劃分檢測(cè)批鉆芯法可進(jìn)行批量評(píng)定結(jié)果 MPa

案例中按照強(qiáng)度等級(jí)劃分的檢驗(yàn)批，采用鉆芯修正法可進(jìn)行批量評(píng)定的共有 9 組，其余 3 組均不符合回彈檢測(cè)法批量評(píng)定要求。由表 7 可見(jiàn) A 樓、B 樓按強(qiáng)度等級(jí)劃分檢驗(yàn)批，各檢驗(yàn)批鉆芯修正法批量評(píng)定結(jié)果均不符合設(shè)計(jì)要求，1 # 樓、2 # 樓、3 # 樓按強(qiáng)度等級(jí)劃分檢驗(yàn)批，各檢驗(yàn)批鉆芯修正法批量評(píng)定結(jié)果均符合設(shè)計(jì)要求，這種結(jié)果也驗(yàn)證了案例 A 樓、B 樓混凝土攪拌站距施工現(xiàn)場(chǎng)距離較遠(yuǎn)及混凝土前期養(yǎng)護(hù)不到位等不利因素導(dǎo)致部分混凝土強(qiáng)度無(wú)法滿足設(shè)計(jì)等級(jí)要求。表 6 和表 7 批量評(píng)定結(jié)果顯示采用鉆芯法可批量評(píng)定組數(shù)遠(yuǎn)少于鉆芯修正法可批量評(píng)定組數(shù)，從而證明了采用鉆芯修正法更易于批量評(píng)定的優(yōu)點(diǎn)。

表7 按混凝土強(qiáng)度等級(jí)劃分檢測(cè)批鉆芯修正法可進(jìn)行批量評(píng)定結(jié)果 MPa

從表 8 中可看出，用鉆芯法和鉆芯修正法進(jìn)行計(jì)算時(shí)得到的混凝土強(qiáng)度推定值相近。其中 A 樓 C25 鉆芯修正法批量評(píng)定結(jié)果高于鉆芯法批量評(píng)定結(jié)果，其回彈構(gòu)件數(shù)量較多，因此鉆芯修正法的優(yōu)勢(shì)在于回彈批量評(píng)定構(gòu)件數(shù)足夠多時(shí)能更全面地體現(xiàn)混凝土抗壓強(qiáng)度，有大于鉆芯法批量評(píng)定的可能性，且如不能進(jìn)行批量評(píng)定時(shí)重新劃分檢驗(yàn)批較鉆芯法更容易，且可給出較全面的單個(gè)構(gòu)件混凝土抗壓強(qiáng)度值，重新劃分檢驗(yàn)批時(shí)僅增加回彈構(gòu)件數(shù)量，不必增加鉆芯芯樣數(shù)量，而鉆芯法如不能進(jìn)行批量評(píng)定時(shí)需增加芯樣樣本容量來(lái)實(shí)現(xiàn)批量評(píng)定，鉆芯數(shù)量增多對(duì)建筑物結(jié)構(gòu)力學(xué)性能影響較大。

表8 按混凝土強(qiáng)度等級(jí)劃分檢測(cè)批鉆芯法與鉆芯修正法可批量評(píng)定對(duì)比數(shù)據(jù) MPa

3 結(jié)語(yǔ)

本文通過(guò)對(duì)齡期＞1 000 d 混凝土抗壓強(qiáng)度檢測(cè)數(shù)據(jù)結(jié)果分析發(fā)現(xiàn)，芯樣抗壓強(qiáng)度與回彈測(cè)區(qū)換算強(qiáng)度依然遵循正比例關(guān)系；鉆芯法使用格拉布斯檢驗(yàn)法和狄克遜檢驗(yàn)法剔除數(shù)據(jù)時(shí)，剔除離群值均未超過(guò) 2 個(gè)，但當(dāng)采用的方法不同時(shí)離群值剔除數(shù)量存在差異，由于齡期較長(zhǎng)，芯樣抗壓強(qiáng)度值較離散，芯樣抗壓強(qiáng)度值不易滿足芯樣批量評(píng)定要求；鉆芯修正法可進(jìn)行批量評(píng)定的數(shù)量均大于鉆芯法可批量評(píng)定的數(shù)量，修正量隨強(qiáng)度等級(jí)增大而修正量增加，從修正量的值可以看出混凝土齡期超過(guò) 1 000 d 時(shí)混凝土表面硬度與內(nèi)部強(qiáng)度存在較大差異，終上所述采用鉆芯修正法優(yōu)于鉆芯法。Q