钻芯法检测混凝土强度技术状况评价

钻芯法是利用钻机和人造金刚石空心薄壁钻头,从结构混凝土中钻取芯样以检测混凝土强度和混凝土内部缺陷的方法,是一种直观、可靠、准确的方法,但会对结构造成一定的损伤。

(一)取芯机

1.类型

混凝土取芯机分轻便型、轻型、重型和超重型四类,主要技术参数见表4.5-15。

表4.5-15　不同类型混凝土取芯机主要技术参数

2.取芯机组成

取芯机如图4.5-8所示。混凝土钻孔取芯机应满足《钻芯法检测混凝土强度技术规程》(CECS03—2007)的要求。钻机主要由底座、立柱、减速箱、输出轴、进给手柄、电动机(汽油机)和冷却系统组成。配套设备一般有冲击钻、钢筋定位仪和芯样端部处理设备等。工作时,须将人造金刚石空心薄壁钻头安装在钻机输出轴上。

3.取芯机的固定方式

钻芯取样时固定取芯机的方法有配重法、真空吸附法、顶杆支撑法和膨胀锚栓法,但是从经济适用的角度,隧道混凝土取芯一般采用膨胀锚栓法。

(二)检测

图4.5-8　取芯机

检测按《钻芯法检测混凝土强度技术规程》(CECS03—2007)执行。

1.钻机选取

钻芯法检测混凝土强度具有直观、准确的特性,因而成为其他检测方法的校验依据。但钻芯法对构件的损伤较大,检测成本高,因而难以大量使用。为了克服这些缺点,采用小直径芯样进行检测成为发展方向。目前,最小的芯样直径可以达到25mm。但小直径芯样的强度试验数据离散较大,需要通过增加检测数量才能达到标准芯样的检验效果。目前,常用的小直径芯样一般为50～75mm,同时,要求芯样直径为粗集料直径的3倍。

2.钻芯数量

取芯属半破损检测法,对结构的完整性有一定的影响,尤其对已经有一定破损的结构来说,取芯数量更应加以控制。《钻芯法检测混凝土强度技术规程》(CECS03—2007)规定,取芯数量同一批构件不得少于3个。根据以往的研究,最小样数n与推定的最大误差有密切关系,一般以n≥5为宜,取芯位置应在整个结构上均匀布置。

3.芯样加工及测量

钻孔取出的芯样试件尺寸一般不满足尺寸要求,必须进行切割加工和端面修补后,才能够进行抗压强度试验。

芯样试件尺寸要求为:用直径和高度均为100mm 的圆柱体标准试件。水泥砂浆找平层厚度不宜大于5mm。其他控制指标有端面平整度、垂直度、直径偏差等。(www.xing528.com)

4.影响因素

由于钻芯法的测定值就是圆柱状芯样的抗压强度,即参考强度或现场强度。所以,钻芯法的关键问题是如何用适当的机具钻取合格的芯样。

混凝土芯样的抗压强度除受到钻机、锯切机等设备的质量和操作工艺的影响外,还受到芯样本身各种条件的影响,如芯样直径的大小、高径比、端面平整度、端面与轴线之间的垂直度、芯样的湿度等。

另外,还有一个不可忽略的因素,即芯样中钢筋对抗压强度的影响。芯样在进行抗压试验时,其轴线方向承受压力,因此,不允许存在与轴线相互平行的钢筋,这一点在《钻芯法检测混凝土强度技术规程》(CECS03—2007)中作了明确规定。但对于与轴线垂直的钢筋,各国有各自的标准规定。有关试验表明,当难以避开钢筋时,芯样最多只允许有两根直径小于10mm的钢筋存在;否则,将会影响到抗压强度。

由于钢筋直径小且数量少,影响程度被强度本身的变异性所掩盖。含有钢筋的芯样强度比不含钢筋的芯样强度稍高一点,影响并不显著。但当芯样中部存在钢筋,影响就会大一些。另外,当芯样周边存在一小段钢筋时,因为钢筋与砂浆之间的黏结力不如砂浆和粗集料之间的黏结力强,所以会降低芯样强度。

5.抗压强度试验

芯样试件抗压强度试验可分为潮湿状态和干燥状态两种。压力机精度不低于±2%。试件的破坏荷载为压力机全程的20%～80%。加载速率一般控制为0.3～0.8MPa/s。

(三)强度计算及推定

1.试件抗压强度计算

芯样试件抗压强度为试件破坏时的最大压力除以截面面积。芯样试件的混凝土换算强度(MPa)按式(4.5-28)计算:

式中 α,F,d——不同高(h)径芯样试件混凝土换算强度的修正系数、芯样试件抗压试验压力(N)、芯样试件的平均直径(mm)。修正系数为, 其中, a=0.61749,b=0.37967。

2.混凝土抗压强度推定

(1)单个构件。单个构件取标准芯样试验抗压强度换算值的最小值为芯样抗压强度推定值。

(2)检验批混凝土抗压强度的推定。强度推定应给出抗压强度推定区间,一般应以抗压强度推定区间的上限作为推定值。推定区间的上、下限fcu,e1、fcu,e2分别按下式计算:

式中 fcor,m——芯样试件强度换算算术平均值(MPa);

K1,K2——检验混凝土强度上、下限推定系数(按规程附录取值);

S——芯样试件强度换算值的标准差(MPa)。

当推定区间的置信度为0.85时,上、下限之差不宜大于5.0 MPa和0.1fcor,m中的较大值。