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茂名市建设工程质量检测站 525000
【摘 要】钻芯法广泛应用于现场混凝土强度的检测，本文介绍了钻芯法检测混凝土强度标准与方法，并对钻芯法检测混凝土强度的影响因素进行了分析和讨论。
【关键词】钻芯法；混凝土强度；影响因素
混凝土质量关系到建筑物的安全及人民群众生命财产的安全，因而必须对其质量进行监控和检测。目前，结构混凝土质量检测方法主要包括回弹法、超声法、超声回弹综合法、钻芯法、拔出法等。回弹法、超声法、超声回弹综合法是无损检测法，具有检测速度快、操作方便、对混凝土结构不造成损伤等优点，但测试误差较大。钻芯法和拔出法为局部破损法。拔出法需要在现场预埋或后装螺栓，通过拔出强度计算混凝土抗压强度；而钻芯法通过钻芯取样，再在试验室检测混凝土强度，具有测试结果直观、可靠、误差小、真实反映混凝土强度等优势，还可作为无损检测法结果的验证手段，所以在各种工程中获得广泛应用[1]。但是钻芯法受到钻芯取样、芯样加工、强度试验条件等多种因素的影响，而获得准确的试验结果对于混凝土质量检测可说是至关重要，本文对钻芯法检测混凝土强度的影响因素进行了分析和探讨。
1 钻芯法检测标准与操作方法
1.1 检测标准
目前，建筑、公路等大部分行业都执行《钻芯法检测混凝土强度技术规程》（CECS：2007），交通、铁路等行业仍在执行本行业的标准，这些标准与CECS：2007规定的操作方法基本上是相同的，所不同的是芯样尺寸、修正方法、检验批、强度评定方法等方面有些差异，所以最终评定结果也会有差别，故需要在不同工程执行检测标准时加以明确，以免引起争议。
1.2 操作方法
1.2.1 钻芯取样
CECS：2007规定，钻取芯样要采用专用钻芯机和人造金刚石薄壁钻头；同时规定了钻取部位，包括结构或构件受力较小部位、混凝土强度代表部位、便于钻芯机安装与操作的部位，以及避开主筋、预埋件、管线等位置。选择结构或构件受力较小部位，需要根据构件的受力图合理分析选择。框架梁、柱一般选择中和轴弯矩为0或剪力最小的部位，也就是受拉区[2]。框架梁截面高度对取芯部位有较大影响，对于截面高度较低的梁不能在梁跨中和轴以下部位钻芯取样，因为此时受压区高度较小，容易误取受压区混凝土而影响构件安全，一般可在梁跨1/3处选择。柱的弯矩为0处大致在柱中位值，建筑其他部位的选取都可依据此原则进行。预应力混凝土构件取芯方法基本相同，但应注意不能在两端锚固部位选取，并且钻芯深度不宜超过110mm。避开主筋、预埋件、管线等位置，除了要分析配筋图，最可靠的方法是利用电磁感应儀进行探测。另外，钻取时也要非常小心，发现钻到主筋要停止钻入。芯样直径一般不小于70mm，芯样长度一般不小于芯样直径的1.5倍。
1.2.2 芯样加工
利用锯切机和磨平机把芯样加工成高径比为1：1的标准试件，CECS：2007第6.0.5规定了试件的尺寸偏差和外观质量，对于高径比大于1.05或小于0.95的试件均不能作为抗压试件。
1.2.3 芯样试验
混凝土芯样试件一般做抗压强度试验，也可以测试混凝土（轴心或劈裂）抗拉强度，还可以测试抗折强度[3]。利用芯样试件测试抗折强度时，可以采用两点加荷和一点加荷，两点加荷变异系数较小，但一点加荷的变异系数也在可接受范围内。一点加荷试验的抗折强度可按进行计算，其中为混凝土抗折强度（MPa），为试件破坏荷载（N），为支座间跨度（mm），为芯样直径（mm）。
2 钻芯法检测混凝土强度的影响因素
2.1钻芯取样因素
2.1.1设备因素
首先，应选择质量合格的钻芯机、锯切机、磨平机等设备，这些设备检修后也必须对工作参数进行检测，合格后才能用。如果钻头振动过剧，或者锯切机切割速度和方向不对，会破坏芯样内部组织，造成强度试验结果偏低。钻芯机安装时底座要与被检测部位贴紧，否则会产生振动。固定机座用的膨胀螺栓，长度不少于60mm，但也不宜太长，以免削弱混凝土结构强度。芯样切割速度应根据试件硬度进行调节，比较硬的试样转速应小一些，如100～150r/min；中等硬度的试样转速可以适当提高，如150～200r/min。
2.1.2尺寸因素
随着高层建筑、超高层建筑的大量兴建以及高强混凝土的广泛应用，CECS：2007规定的芯样尺寸已经难以满足钻芯法检测要求。由于配筋率提高，钢筋间距减小，希望在钻芯取样过程中不破坏结构钢筋，操作难度越来越大，因此目前工程实践中芯样直径已用到75、70、50、45、30（mm）等规格，这些已经超出了CECS：2007的规定。根据国内外研究结果，=0.90～1.21，式中为直径100mm的芯样；为直径非100mm的芯样，芯样直径44～75mm。通过对以下情况的数据分析，发现了一些趋势，即，直径越小或高径比越小，数据相关性越差，而且高径比影响程度更甚：（1）直径相同、高径比不同；（2）高径比相同、直径不同；（3）直径和高径比皆不同[4]。可见，采用小直径芯样是可行的，但应与标准芯样做对比试验，找出它们之间的相关性，就可以为强度推定提供可靠的依据。
2.2芯样加工因素
芯样及尺寸偏差必须符合CECS：2007第6.0.5的规定，这是有道理的。因为芯样掉角、不平会使受压面积减小；端面垂直度差，会使芯样偏心受力，得出的强度也会偏小。芯样锯切后端面平整度是不符合要求的，所测出强度也会偏小，所以端面必须再用磨平机磨平，或者用环氧砂浆或聚合物水泥砂浆找平。未经端面处理的芯样是不能进行抗压强度试验。芯样内的钢筋也会影响强度试验结果，因此CECS：2007第6.0.2条进行了限定。对轴心抗拉强度试样，与抗压强度试样相近，两端面平行，再粘贴拉具，试验时拉力轴线与芯样轴线应重合。劈裂抗拉强度样品尺寸以100×100或200mm较好，尺寸效应系数可以达到0.95左右[5]。
2.3芯样试验因素
芯样加载速度对强度试验结果有影响，加载速度越快强度试验结果越大，所以应按《普通混凝土力学性能试验方法》（GB/T 50081-2002）第6.0.4规定的加荷速度均匀加载。另外，试样端面不得有油污、水迹，否则端面套箍作用削弱，强度试验结果将会偏小。芯样的含水率也对试验结果有一定影响，所以测试干燥状态的抗压强度，实验室应控制湿度；而测试潮湿状态的混凝土强度时必须按CECS：2007第7.0.2条规定浸泡40～48h，并且试样取出后要立即试验。
3 结语
钻芯法是混凝土结构工程质量检测的一种重要方法，因其应用广泛，也容易忽视一些问题和影响因素，在钻取芯样、芯样加工、芯样试验过程中都存在着可能影响最终试验结果的因素，因此对钻芯法检测的整个过程，都应对这些影响因素进行控制，这样才能将钻芯法检测混凝土强度的优势充分发挥出来。
参考文献：
[1] 胡在良，李晋平，张佰战. 混凝土强度钻芯法检测与评定的若干问题分析[J]. 铁道建筑，2012（11）：131-135.
[2] 曾国强，兰宇，吴现. 钻芯法检测混凝土强度应注意的若干问题[J]. 福建工程学院学报，2010，8（s1）：266-267.
[3] 兰可喜，崔士起，孔旭文，等. 钻芯法检测混凝土抗折强度试验研究[J]. 工程质量，2014，32（9）：31-33.
[4] 陈海彬，卢建勇，李凯. 钻芯法检测混凝土强度芯样尺寸效应的研究[J]. 混凝土，2014（3）：141-143.
[5] 徐骋，唐坤，周浪. 钻芯法检测混凝土劈裂抗拉强度的试验研究[J]. 工程质量，2014，32（12）：74-77.
【摘 要】钻芯法广泛应用于现场混凝土强度的检测，本文介绍了钻芯法检测混凝土强度标准与方法，并对钻芯法检测混凝土强度的影响因素进行了分析和讨论。
【关键词】钻芯法；混凝土强度；影响因素
混凝土质量关系到建筑物的安全及人民群众生命财产的安全，因而必须对其质量进行监控和检测。目前，结构混凝土质量检测方法主要包括回弹法、超声法、超声回弹综合法、钻芯法、拔出法等。回弹法、超声法、超声回弹综合法是无损检测法，具有检测速度快、操作方便、对混凝土结构不造成损伤等优点，但测试误差较大。钻芯法和拔出法为局部破损法。拔出法需要在现场预埋或后装螺栓，通过拔出强度计算混凝土抗压强度；而钻芯法通过钻芯取样，再在试验室检测混凝土强度，具有测试结果直观、可靠、误差小、真实反映混凝土强度等优势，还可作为无损检测法结果的验证手段，所以在各种工程中获得广泛应用[1]。但是钻芯法受到钻芯取样、芯样加工、强度试验条件等多种因素的影响，而获得准确的试验结果对于混凝土质量检测可说是至关重要，本文对钻芯法检测混凝土强度的影响因素进行了分析和探讨。
1 钻芯法检测标准与操作方法
1.1 检测标准
目前，建筑、公路等大部分行业都执行《钻芯法检测混凝土强度技术规程》（CECS：2007），交通、铁路等行业仍在执行本行业的标准，这些标准与CECS：2007规定的操作方法基本上是相同的，所不同的是芯样尺寸、修正方法、检验批、强度评定方法等方面有些差异，所以最终评定结果也会有差别，故需要在不同工程执行检测标准时加以明确，以免引起争议。
1.2 操作方法
1.2.1 钻芯取样
CECS：2007规定，钻取芯样要采用专用钻芯机和人造金刚石薄壁钻头；同时规定了钻取部位，包括结构或构件受力较小部位、混凝土强度代表部位、便于钻芯机安装与操作的部位，以及避开主筋、预埋件、管线等位置。选择结构或构件受力较小部位，需要根据构件的受力图合理分析选择。框架梁、柱一般选择中和轴弯矩为0或剪力最小的部位，也就是受拉区[2]。框架梁截面高度对取芯部位有较大影响，对于截面高度较低的梁不能在梁跨中和轴以下部位钻芯取样，因为此时受压区高度较小，容易误取受压区混凝土而影响构件安全，一般可在梁跨1/3处选择。柱的弯矩为0处大致在柱中位值，建筑其他部位的选取都可依据此原则进行。预应力混凝土构件取芯方法基本相同，但应注意不能在两端锚固部位选取，并且钻芯深度不宜超过110mm。避开主筋、预埋件、管线等位置，除了要分析配筋图，最可靠的方法是利用电磁感应儀进行探测。另外，钻取时也要非常小心，发现钻到主筋要停止钻入。芯样直径一般不小于70mm，芯样长度一般不小于芯样直径的1.5倍。
1.2.2 芯样加工
利用锯切机和磨平机把芯样加工成高径比为1：1的标准试件，CECS：2007第6.0.5规定了试件的尺寸偏差和外观质量，对于高径比大于1.05或小于0.95的试件均不能作为抗压试件。
1.2.3 芯样试验
混凝土芯样试件一般做抗压强度试验，也可以测试混凝土（轴心或劈裂）抗拉强度，还可以测试抗折强度[3]。利用芯样试件测试抗折强度时，可以采用两点加荷和一点加荷，两点加荷变异系数较小，但一点加荷的变异系数也在可接受范围内。一点加荷试验的抗折强度可按进行计算，其中为混凝土抗折强度（MPa），为试件破坏荷载（N），为支座间跨度（mm），为芯样直径（mm）。
2 钻芯法检测混凝土强度的影响因素
2.1钻芯取样因素
2.1.1设备因素
首先，应选择质量合格的钻芯机、锯切机、磨平机等设备，这些设备检修后也必须对工作参数进行检测，合格后才能用。如果钻头振动过剧，或者锯切机切割速度和方向不对，会破坏芯样内部组织，造成强度试验结果偏低。钻芯机安装时底座要与被检测部位贴紧，否则会产生振动。固定机座用的膨胀螺栓，长度不少于60mm，但也不宜太长，以免削弱混凝土结构强度。芯样切割速度应根据试件硬度进行调节，比较硬的试样转速应小一些，如100～150r/min；中等硬度的试样转速可以适当提高，如150～200r/min。
2.1.2尺寸因素
随着高层建筑、超高层建筑的大量兴建以及高强混凝土的广泛应用，CECS：2007规定的芯样尺寸已经难以满足钻芯法检测要求。由于配筋率提高，钢筋间距减小，希望在钻芯取样过程中不破坏结构钢筋，操作难度越来越大，因此目前工程实践中芯样直径已用到75、70、50、45、30（mm）等规格，这些已经超出了CECS：2007的规定。根据国内外研究结果，=0.90～1.21，式中为直径100mm的芯样；为直径非100mm的芯样，芯样直径44～75mm。通过对以下情况的数据分析，发现了一些趋势，即，直径越小或高径比越小，数据相关性越差，而且高径比影响程度更甚：（1）直径相同、高径比不同；（2）高径比相同、直径不同；（3）直径和高径比皆不同[4]。可见，采用小直径芯样是可行的，但应与标准芯样做对比试验，找出它们之间的相关性，就可以为强度推定提供可靠的依据。
2.2芯样加工因素
芯样及尺寸偏差必须符合CECS：2007第6.0.5的规定，这是有道理的。因为芯样掉角、不平会使受压面积减小；端面垂直度差，会使芯样偏心受力，得出的强度也会偏小。芯样锯切后端面平整度是不符合要求的，所测出强度也会偏小，所以端面必须再用磨平机磨平，或者用环氧砂浆或聚合物水泥砂浆找平。未经端面处理的芯样是不能进行抗压强度试验。芯样内的钢筋也会影响强度试验结果，因此CECS：2007第6.0.2条进行了限定。对轴心抗拉强度试样，与抗压强度试样相近，两端面平行，再粘贴拉具，试验时拉力轴线与芯样轴线应重合。劈裂抗拉强度样品尺寸以100×100或200mm较好，尺寸效应系数可以达到0.95左右[5]。
2.3芯样试验因素
芯样加载速度对强度试验结果有影响，加载速度越快强度试验结果越大，所以应按《普通混凝土力学性能试验方法》（GB/T 50081-2002）第6.0.4规定的加荷速度均匀加载。另外，试样端面不得有油污、水迹，否则端面套箍作用削弱，强度试验结果将会偏小。芯样的含水率也对试验结果有一定影响，所以测试干燥状态的抗压强度，实验室应控制湿度；而测试潮湿状态的混凝土强度时必须按CECS：2007第7.0.2条规定浸泡40～48h，并且试样取出后要立即试验。
3 结语
钻芯法是混凝土结构工程质量检测的一种重要方法，因其应用广泛，也容易忽视一些问题和影响因素，在钻取芯样、芯样加工、芯样试验过程中都存在着可能影响最终试验结果的因素，因此对钻芯法检测的整个过程，都应对这些影响因素进行控制，这样才能将钻芯法检测混凝土强度的优势充分发挥出来。
参考文献：
[1] 胡在良，李晋平，张佰战. 混凝土强度钻芯法检测与评定的若干问题分析[J]. 铁道建筑，2012（11）：131-135.
[2] 曾国强，兰宇，吴现. 钻芯法检测混凝土强度应注意的若干问题[J]. 福建工程学院学报，2010，8（s1）：266-267.
[3] 兰可喜，崔士起，孔旭文，等. 钻芯法检测混凝土抗折强度试验研究[J]. 工程质量，2014，32（9）：31-33.
[4] 陈海彬，卢建勇，李凯. 钻芯法检测混凝土强度芯样尺寸效应的研究[J]. 混凝土，2014（3）：141-143.
[5] 徐骋，唐坤，周浪. 钻芯法检测混凝土劈裂抗拉强度的试验研究[J]. 工程质量，2014，32（12）：74-77.