基于鉆芯法在建筑工程中混凝土強度檢測的技術研究

楊莉莉

（中鐵十二局集團建筑安裝工程有限公司，山西 太原 030000）

隨著現代建筑對安全性、適用性、耐久性等方面的需求的提高，新的結構體系層出不窮，特別是高層建筑的出現，更是給工程技術人員、設計人員提供了更多的選擇余地與發揮空間。但建筑結構受到外界環境影響，在長期綜合因素的干擾下，結構的抗震性、穩定性等性能將逐步減退，從而影響到結構的可靠性，嚴重時甚至危及到結構安全。我國曾經發生過數次大規模的房屋施工質量安全事故，對其研究后發現，大部分發生安全事故的房屋建筑都屬于危房、低質量建筑，因此，應該及時地進行建筑結構的質量檢測和鑒定，做好工程項目的品質管理工作。

在建筑工程的使用過程中，對建筑進行維修、檢測、監控和加固，可以確保建筑的安全可靠。為全面落實此項工作，實現對建筑工程質量的全面監控。本文將在此次研究中，以某高層結構建筑為例，引進鉆芯法，展開如下文所示的研究。以此種方式，實現對工程結構強度檢測作業的規范化、科學化與合理化，為提高建筑工程使用壽命提供全面的技術指導與支持。

1 基于鉆芯法的建筑工程中混凝土強度檢測

1.1 芯樣強度影響因素分析

在利用鉆芯法對建筑工程中的混凝土強度進行監測時，首先需要明確芯樣強度可能會受哪些方面的影響。①端面平坦度對其強度的影響：如果端面不平，則會在一定程度上導致芯樣的強度降低，具體而言，向上凸起的點要比向下凹陷的點應力更大，影響程度更大[1]。因此在鉆芯時可利用下述方式進行找平，減小端面平整度對檢測結果造成的影響，找平所需的材料包括：水泥凈漿、水泥漿液、硫磺膠泥等。調整層應該與兩個端面的接合良好。整理層的強度一般比核心的要大。對找平層的要求，水泥漿的厚度不得超過5 mm，若找平層為水泥砂漿，則其厚度不得超過2.5 mm，如果找平的是硫磺水泥，那么找平的厚度不能大于1.0 mm[2]。②軸端與端面垂直度的差異對強度的影響：差異較大，則強度較小。測量時，應將垂直度的偏移控制在2°以內。③芯樣中的鋼筋含量對其強度的影響：從理論上講，不能有與壓力表面垂直的鋼筋。針對這一問題的處理方法為：盡量去除包含鋼筋的一端，如果不可避免，在鋸割時，應將鋼筋保持在不暴露端面[3]。在測試時，要求試件中最多只能包含兩根直徑不大于10 mm 的鋼筋，且基本上與軸心垂直，不得露出。④芯樣尺寸和高徑比對強度的影響：芯樣的直徑不能小于粗集料最大粒徑的3 倍，芯核的直徑越小，芯核的強度就越分散。高100 mm、直徑100 mm 的巖芯和邊長150 mm 的矩形巖芯在受壓時的應力分布規律是一致的，其強度也相近[4]。

1.2 強度推定

在利用鉆芯法對混凝土的強度進行檢測時，應當將試驗強度轉化為相應的測試齡期，在巖芯混凝土強度轉換數值的選取上，選取了邊長為150 mm 的正方形試塊。通過下面的公式，可以得到芯樣的強度轉換值：

對于同一批構件或相同建筑工程施工條件下的混凝土，在對其總體評價時，可按照下述方式進行：首先，根據下式得出所有芯樣的平均強度：

式中：Sfccu代表芯樣總體標準差；m表示質量；當混凝土的強度等級未超過C20 時，此時的取值大于或等于4 MPa[7]。

在進行對芯樣的抗拉強度測試時，采用液壓測試機，用一根具有5 mm 曲率半徑的壓條，對置于兩個表面之間的心形樣品，施加一種徑向集中的壓力，從而獲得心形樣品的拉伸強度。

混凝土芯樣的劈裂抗拉極限強度可通過下述公式計算得出：

式中：P代表試樣失效時的最大載荷；D代表圓柱試件的直徑。

1.3 修正系數與修正量計算

鉆芯修正法既發揮了鉆芯樣法測試結果直觀、可靠的優勢，同時又發揮了無損傷測試方法的方便和數據量大的優勢，兩者優勢互補。在修正時，可選用總體修正量的方式，其公式為：

1.4 混凝土強度檢測實現

鉆芯法是在建筑物上直接鉆取一塊混凝土巖芯，根據巖芯取樣標準及相應的檢測方法，對該巖芯進行測壓，并根據測壓結果來評價建筑物的強度。該方法簡單、無需轉換、結果直接、準確、可靠。確定鉆芯位置時，應當遵循以下原則：在應力大、安全系數不夠的部分，不得對其進行鉆芯處理。由于混凝土受力較復雜，在構件的接合處及零件的邊沿不適合鉆芯，在構件的中間部位鉆芯較為合適。在同等條件下，選擇在基礎、墻體和柱子上鉆芯，盡量不要在梁上鉆芯。利用磁感應裝置，盡量避免截斷鋼筋，特別是主筋，盡量避免損壞預埋管道。選擇有代表混凝土強度品質的位置。采用無損傷方法進行修正時，應當位于無損傷或鄰近無損傷的測試區域。在測試一個構件的強度時，必須保證每一個構件的數目不低于3 個，如果構件很小，則至少要求2 個。應根據構件的特點，確定芯樣的位置、數量和深度。按照上述操作和運算方式，完成對混凝土構件件強度的檢測。

2 鉆芯法在工程質量檢測中的具體應用

在深入建筑工程相關領域的研究中發現，鉆芯法現階段已經被廣泛地應用在混凝土的強度現場檢測工作中。為實現對鉆芯法應用效果的測試，以某高層結構建筑為例，開展如下所示的研究。

2.1 項目實例

試點項目為12 層建筑，在2015年以澆筑施工法成型，此建筑在當年投入使用，并在近年來的建筑改造施工與老舊房區裝飾施工中，發現建筑結構的主軸框架梁出現了數條正截面裂縫，為確定裂縫是否會對建筑主體結構穩定性造成影響，避免對建筑后續使用造成影響，委派第三方機構，對此建筑進行質量檢測。檢測前，對項目基本情況進行分析，見表1。

表1 項目基本情況

對結構中裂縫的分布進行分析，見圖1。

圖1 主軸框架梁上的裂縫形式

裂紋出現的位置為跨中1/3 部分，裂紋的發展向上延伸至混凝土樓面板底，向下延伸至混凝土梁底。根據現場測量可知，裂縫的最大寬度可以達到0.35 mm，最小寬度也達到了0.1 mm，且結構上的裂縫存在一定的延伸趨勢。

在此基礎上，對結構上的裂縫進行邊緣檢測，檢測后發現，其邊緣并未出現明顯的剝落、鹽析、滲水、碎裂等方面的質量問題。輔助無損檢測技術，對結構上具有代表性的裂縫進行形成深度的測量，測量結果如圖2 所示。

圖2 結構上具有代表性的裂縫形成深度的測量

2.2 鉆芯法檢測結果

在使用鉆芯技術進行裂縫位置混凝土強度的檢測時，需要先進行結構的取芯，取芯之前，必須依據建筑構造圖，借助于專業的儀器設備，對結構中的鋼筋、預埋件及管道進行定位，以避免取芯工作對建筑造成破壞。

目前，普遍采用的是電磁探傷方法進行結構中預埋件的探測，該方法更適合于鋼筋稀疏、混凝土保護層厚度較小的情況。當鋼筋布置在相同的平面上，或者兩個平面之間有很大的間距時，測量結果準確率大多是較高的。但是，如存在鋼筋間距過小、防護層過厚、鋼筋存在粘連等現象時，電磁感應法的應用會存在較大的電磁干擾，需要反復測量才能準確定位。如果經多次檢測，發現檢測結果與實際測量值相差很大，則可在檢測對象表面進行切割，直接尋找鋼筋來確定取芯的位置。

在上述內容的基礎上，應根據工程項目的具體情況，進行現場檢測的布置，布置后，明確對應位置的混凝土設計強度為C30，即檢測后構件混凝土強度需要滿足＞30 MPa 的要求，如檢測后發現混凝土構件強度＜30 MPa，說明裂縫位置的混凝土強度未達到要求，應及時采取措施進行補強。以此為標準，進行裂縫對應表面的鉆芯取樣，對取樣構件進行混凝土強度檢測，檢測結果如圖3。

圖3 主軸框架梁上裂縫位置鉆芯取樣檢測得到的混凝土強度值

圖3 中，“A-1”代表“在A 點取芯得到構件樣本1”；“B-1”代表“在B 點取芯得到構件樣本1”；“B-2”代表“在B 點取芯得到構件樣本2”，以此類推。

完成鉆芯法的應用后，采用專業的儀器設備進行芯樣混凝土強度的二次檢測，檢測后發現，專業儀器設備的檢測結果與鉆芯法的檢測結果幾乎無偏差，說明鉆芯法在混凝土結構強度檢測中具有可行性。

3 結語

在深入建筑市場的研究中發現，隨著現代化建筑數量的增加，傳統、大量、老式建筑出現了功能上的滯后。而隨著我國工業建筑技術水平的不斷提升，許多老化的房屋已不能滿足產業技術發展的需要。建筑物的使用功能落后，是社會發展和科學技術進步的必然產物，也是每個時代都要面臨的一個普遍性問題。為實現對老舊建筑質量的驗收，掌握結構的穩定性、安全性，本次研究引進鉆芯法，進行建筑工程中混凝土結構強度的檢測，檢測結果表明，本次研究的技術可以用于建筑工程質量檢測工作，檢測結果與實測結果十分接近，說明鉆芯法的檢測結果具有可靠性。