浅析混凝土芯样抗压强度检测影响因素.pdf

中国科技期刊数据库 工业 A 收稿日期：2023 年 12 月 28 日 作者简介：薛静（1973），女，汉族，山西运城人，大学本科学历，副高，研究方向为碳排放。-182-浅析混凝土芯样抗压强度检测影响因素 薛 静 山西建工建筑工程检测有限公司，山西 太原 030006 摘要：摘要：混凝土芯样抗压强度检测是评估混凝土结构性能的重要检验检测方法。在日常混凝土实体检测中，对于受冻混个凝土、遭受自然灾害及火灾等特殊环境混凝土强度检测通常选用此方法。适用范围混凝土强度为 10MPa100MPa 且根据需要选用相应的技术规程，同时，当采用拔出法、超声回弹法等检测时，可用钻芯抗压强度值对其间接检验结果进行修正，据了解间接同直接结合采用目前较为普遍。其应用范围广，准确性高，通常被认为混凝土强度实体评定的首选。但是在日常检测案例中，往往由于设备、环境、混凝土芯样受压表面的平整度、检测人员、加荷速度等因素的影响，出现了对检测结果存有争议。文章旨在分析这些影响因素，为提高混凝土芯样抗压强度检测的准确性及可靠性提供些参考。关键词：关键词：芯样；抗压强度；端面处理；加荷速率；因素探讨 中图分类号：中图分类号：TU528 0 引言 随着社会和我国经济的快速发展，我国建筑工程成为了促进经济和社会发展的重要项目，混凝土作为目前重要的结构工程材料之一，其质量直接关系到结构的安全性。钻芯法是进行实体混凝土抗压强度检测最直观和准确可靠的方法，广泛应用于现场混凝土质量检测中，相较于回弹法检测混凝土强度通过混凝土表面硬度和强度之间的关系，推定混凝土的抗压强度而言，钻芯法能够反映混凝土的内部质量，为了能够保证混凝土芯样检测结果的可靠性、准确性，研究混凝土芯样在加工、试验过程的中的影响因素具有十分重要的作用和意义。考虑冬施、对混凝土强度提出质疑、第三方检测等情况，目前，大部分检测机构采用局部破损的检测方法，相比较非破损检测虽费用高些，操作过程难度大点，但实践表明，钻芯法的检测精度明显优于其他检测法，是检测结果复核评定的最基本方法，其准确性较高，同时又受到多种因素的影响。1 技术要求 1.1 混凝土芯样要求 混凝土芯样的钻取需要精确地钻取混凝土结构实体的孔洞，并对经过加工、养护的芯样选用双方达成共识的技术规范进行抗压强度试验，以确保结果的准确性、有效性。在钻取芯样前，应采用钢筋探测仪（最大探测深度应大于或等于 60mm,位置偏差应小于或等于 3mm5mm）探测钢筋的具体位置并用记号笔进行标注，以避免在钻取芯样的过程中，切断钢筋，影响结构的安全、可靠性，同时在所钻取的芯样中若包含钢筋，尤其是平行于芯样轴线的钢筋，会影响到芯样的抗压强度，从而不能真实地反映结构本身的性能，故钻取抗压芯样时不宜含有钢筋，如实在避免不了，依据混凝土钻芯法检测强度的相关规范规定，可以有 1根直径等于或小于 10mm 的钢筋存在，且平行于混凝凝土芯样的轴线，条件要求离混凝土芯样受压面至少保持 10mm 以上的距离，此规定的意义考虑了混凝凝土芯样在受压的过程中不仅体现的是混凝土的强度，也增加了钢筋的抗压强度，是混凝土和钢筋共同作用的结果，这就违背了只检测混凝土的抗压强度的原则，从而提高了混凝土芯样的抗压强度，不能真实地反映结构本身的性能，而垂直于芯样轴线的钢筋且远离端面，对强度值无明显影响。1.2 混凝土芯样尺寸要求 混凝土芯样的尺寸通常由国家和地区的标准规定，混凝土芯样试件的直径通常为 100mm，长度为 200300mm，这些尺寸的要求是基于混凝土的实际情况和检测要求的，一般情况下，直径为 100mm 的芯样适用于墙体，如果混凝土采用大粒径骨料时，则要求芯样直径大于或等于最大骨料粒径的 3 倍，否则检验结果受骨料的影响，结果与真实情况偏离较多。对于板 柱配筋较密中国科技期刊数据库 工业 A-183-的部位，芯样试件直径可取 70mm 的小直径，应注意不得小于骨料最大粒径的 2 倍。100mm 的芯样试件在抗压过程中比 70mm 的芯样试件受套箍作用的影响小，更接近于混凝土的抗压强度，而 70mm 的芯样试件的检测结果会略高。芯样试件的高径比一般宜为 1，且不宜小于要求高径比的 0.95 或大于 1.05，否则检测数据无效。1.3 混凝土芯样外观质量要求 为减小检测样本偏差、标准差，芯样中的小缺陷如缺棱掉角允许进行修补，对于有较大缺陷或裂缝，造成混凝土强度损失难以估算时，不可作为检验检测试件。由于混凝土品种较多，芯样试件加工水平不同，混凝土加工后的平整度、垂直度以及端面处理情况等均会对芯样的抗压强度产生影响，在影响芯样强度的几个关键因素中，芯样的平整度和垂直度对抗压强度结果尤为重要，平整度和垂直度好的芯样，抗压强度试验中端面各部分受力均匀。混凝土芯样若不平整，在芯样试件抗压过程中，会导致受压面积变小，从而影响芯样的抗压强度，使得受压强度变小，对构件的强度形成了误判；芯样的垂直度不能满足要求，试验的过程中，会导致传力路径有变化，受力不均匀，使得芯样抗压强度变小；芯样端面处理会根据混凝土本身的强度来采取不同的处理方式。JGJ/T 384-2016 标准中对试件端面与轴线的不垂直度、平整度以及试样高度范围内的任一直径与平均直径都进行了规定。2 钻取混凝土检测芯样过程管控 2.1 人员的要求 检测人员是检测试验的主体，应具备相应的检测知识和能力，且应持证上岗，熟悉现行的各种标准规范，熟悉试验流程并能熟练操做仪器，遵守钻芯现场安全的规定。2.2 设备的要求 钻芯检测时使用的仪器应经过计量单位的检定且在有效期内，钻芯机应具有冷却水系统，芯样补平装置不仅要保证芯样端面的平整，还要确保端面与芯样轴线垂直，钢筋探测仪也需满足检测的量程和精度的要求，所采用的压力试验机应满足检测精度和量程的要求。2.3 芯样部位的选取 芯样部位的选取在检测中显得尤为重要，必须保证检测芯样能够反映整个结构的性能。因此应在有代表性的部位选取，还要注意部位要均匀选取；在钻芯的过程中，为了便于安放和操作，应避开主筋和预埋件位置；考虑到混凝土结构的安全性，在钻取芯样时，选取较小受力的部位。如采用回弹+取芯修正及回弹-取芯综合检测时，不同强度等级的混凝土应分别按同一强度等及进行排序，取其回弹值最小的测区进行取芯，如此时取芯难度较大时，则应考虑在相应测区附近钻取芯样。3 影响钻芯法检测混凝土强度的主要因素 3.1 结构混凝土端面加工对强度的影响因素 JGJ/T384-2016钻芯法检测混凝土强度技术规程中明确要求混凝土芯样抗压试件的平整度每 100mm 长度范围内不允许大于 0.1mm,抗压试件端面与轴线的不垂直度小于 1 度。因取回的芯样需要后期进行人为切割加工，补平等措施达到检测要求，如果端面凹凸不平，垂直度超范围，会产生局部受力、某一点受力或表 1 芯样采用不同端面处理方法混凝土强度对比结果 强度 等级 试件/处理方式 150mm 立方体 100 钻芯试件 试件 fcu 硫磺胶泥补平 f1 机械磨平 f2 切割后不补平 f3 C30 个别值（MPa）30.2，31.0,29.8 31.5,32.0,32.2 32.3,31.6,31.8 29.2,30.9,31.8 31.0,30.5,30.2 32.8,26.2,26.5 31.2,26.8.27.5 平均值（MPa）30.3 31.9 30.6 28.5 C45 个别值（MPa）46.8,46.2,44.6 48.0,46.9,44.6 47.5,46.8,45.2 41.9,42.7,46.8 42.1,42.5,46.8 31.8,30.7,31.2 32.0,31.9,29.6 平均值（MPa）45.9 46.5 43.8 31.2 C50 个别值（MPa）48.1,51.5,54.0 45.3,45.0,44.3 42.8,41.7,52.1 52.6,45.6,40.7 45.8,46.0,47.1 27.6,33.5,31.6 29.0,28.3,35.4 平均值（MPa）51.2 45.2 46.3 30.9 中国科技期刊数据库 工业 A-184-偏心受力引起的应力集中，而非面受力，此时芯样的抗压强度比端面处理后的抗压强度偏低，因此需要对芯样端面进行处理。例如：本建筑位于 XX 市 XX 区，东西至规划路，南至龙城大街，北至 XX 地产开发有限公司用地。该建筑物高度为 92.1m，地上 30 层，地下 1 层，总面积为25628，该建筑物的结构类型为钢筋混凝土剪力墙结构，抗震设防烈度为八度，设计使用年限为 50 年。该结构的混凝土强度等级：0.000 以下墙柱 C50；一三层 17-40 轴/A-W 轴墙柱 C45；一三层 17-40 轴/A-W轴梁板楼梯 C30。依据 钻芯法检测混凝土强度技术规程、回弹法检测混凝土强度技术规程相关规定，芯样试件自然干燥后进行了抗压检测。我们通过几种常用的芯样表面处理方法对混凝土抗压强度的影响进行了分析比较（详见表 1）：注：混凝土立方体试样由该项目提供。通过表一检测数据分析：对于强度为 30MPa 的试件，最好采用胶泥补平两端面，不适用直接机械磨平，对于强度较高的混凝土，如采用胶泥补平，在检测过程中，补强部位最先破坏，进而影响到芯样试件，无法满足检测，不难发现，强度较高需采用磨平机磨平端面。3.2 干湿程度对混凝土芯样的影响 芯样抗压试件的检测环境应与被检测构件的干湿程度一致，一般应在自然干燥条件下进行试验。因为芯样试件的含水率会对检测结果造成影响，当芯样含水率较高时，芯样的抗压强度结果会偏低，反之，检测的结果会偏高。在芯样检测时，应擦拭表面的水渍，以免影响芯样抗压强度的检测结果。混凝土在潮湿环境下，其强度会显著降低，当混凝土的强度等级偏低时，影响更为明显。因此，我们在钻取芯样检测混凝土的抗压强度时，一定要保证检测时的状态与现场的实际使用状态一致，以免不能真实反映结构的状况。3.3 芯样试件强度换算系数 目前混凝土芯样强度检测时多数采用的是直径为100mm 的试样，。在施压过程中，有时芯样的强度偏高，有时立方体试件的强度偏高。但通过多次试验数据显示，该尺寸的试样与边长为 150mm 的同条件混凝土试块的抗压强度基本相当。对于小直径芯样的强度则与边长为 100mm 的混凝土试件基本相当。3.4 钻芯机安装、芯样钻取的影响 首先，钻芯的设备要有产品合格证，并在检定有效期内。钻芯机应具有冷却水系统。在钻芯的过程中，获得完整的试样对试验结果显得尤为重要，为了钻取的芯样既能真实反映构件的强度，也不至于对结构造成破坏，因此在钻取的过程中，应避开主筋，钻取的速度应均匀，同时要采用满足精度的设备，在钻芯的时候，要牢固的固定钻芯机。3.5 试件试压时所选用万能机量程的影响 所选仪器设备的量程应满足芯样试件预估最大破坏荷载值宜落在小于试验机全量程的 80%，大于其量程的 20%，示值相对误差为1%。案例：一次在检测某项目设备层墙柱 C55 混凝土强度时，起初的检验室提供的检测结果达不到 55MPa,随后在相同部位附近再次采样检测，其结果满足要求，后经综合分析研究对比，与所选设备精度、量程有关。3.6 加荷速度对芯样强度的影响 芯样在施压过程中的加荷速度对芯样的检测结果有很大的影响。当加荷速度高于标准规定的要求时，会造成检测结果高于实际的强度，反之，加荷速度小于标准要求时，会造成检测结果的偏低。因此在普通混凝土力学性能试验方法标准GB/T 50081-2019中对立方体试件抗压试件的规定。对于强度等级高的混凝土的施压速率要高，例如强度大于或等60MPa时，加载速度宜控制在 0.81.0MPa/s。对于强度低的混凝土的施压速率会有所降低。强度大于或等于 30MP 时，表 2 不同加载速率试验结果对比表 试样编号 C30 C60 0.5MPa/s 0.8MPa/s 0.8MPa/s 1.0MPa/s 1 31.5 33.2 56.2 63.0 2 32.0 34.5 60.3 62.5 3 29.5 32.6 58.9 61.7 4 32.6 33.1 61.5 62.0 5 31.2 32.5 57.0 65.2 6 30.9 31.7 57.2 61.8 7 32.0 33.5 59.3 64.2 8 31.3 32.9 62.8 60.5 9 29.5 34.2 60.9 66.0 10 30.2 32.5 59.5 61.2 11 31.4 33.6 60.9 63.2 12 30.1 32.0 60.0 60.9 13 29.3 31.0 61.4 61.5 14 30.5 33.5 59.0 63.0 15 33.8 34.2 58.2 64.2 平均值 31.1 33.0 59.5 62.7 中国科技期刊数据库 工业 A-185-加荷速度宜控制在 0.50.8MPa/s。为了分析试验速率对芯样试件抗压强度的影响，我们分别采用了相同材料、相同制作工艺，不同等级的混凝土 C30 和 C60 芯样，测量试样的平整度和垂直度，使之满足检测的要求。不同加载速率下的试验结果如表 2：从表 2 可以看出：对于强度等级为 C30 的混凝土，分别采用最高加载速率和最低加载速率时，芯样的抗压强度有明显的区别，当速率为最低 0.5 MPa/s 时，15 个混凝土芯样的抗压强度平均值为 31.1MPa；当采用速率为最高 0.8MPa/s 时，15 个混凝土芯样的抗压强度平均值为 33.0MPa，较之前高出 1.9MPa；对于强度等级为60的混凝土芯样，当速率为最低0.8 MPa/s时，15 个混凝土芯样的抗压强度平均值为 59.5MPa；当采用速率为最高 1.0MPa/s 时，15 个混凝土芯样的抗压强度平均值为 62.7MPa，较之前高出 3.2MPa。由上述结果分析可知，加载速率的高低对混凝土芯样的检测结果有不同程度的影响，因此在检测芯样的过程中要按照标准中的要求规范操作。当我们在芯样施压的过程中，没有按照规范上的要求进行试验时，尤其是采用了高速率施压的情况下，会导致试验结果偏高，从而对结果造成严重的误判，所以为了保证芯样检测结果的真实有效，在试验过程中一定要按照标准规定的速率进行检测。4 结论 钻芯法检测混凝土强度不仅适用于新建和既有建筑结构性能的检测，尤其在混凝凝土灌注桩检测中越来越受到重视。该方法能够准确反映所取混凝土强度，直观混凝土内部原材、裂缝、孔洞、离析桩长、桩底沉渣厚度、判定或鉴别桩端持力层岩土性状及桩身完整性等特点。钻芯法是目前检测行业运用最为普遍的一种较为直观检测方法但是，这就要求在检测过程中，处理好现场部位的选取及钻芯机的安装，后期芯样加工、尺寸的量测、芯样完整性、加载速度等，在这些方面大家需要引起足够的重视，以保证检测结果的科学性、真实性及准确性，为建筑工程的质量安全保驾护航！参考文献 1张志霞.水泥混凝土路面芯样劈裂强度试验影响因素分析J.交通世界,2023(1):185-187.2郑靓,王元光,王新祥.混凝土芯样抗压强度影响因素分析J.广东土木与建筑,2018,25(12):3.3柏江涛.混凝土芯样制件对抗压强度影响因素的探讨J.河南建材,2019(1).4王洋.基于水工混凝土抗压强度影响因素研究J.黑龙江水利科技,2020,48(5):4.5王元光.端面处理方式对混凝土芯样抗压强度影响分析J.混凝土,2013(8):5.