钻芯法在混凝土强度检测中的应用研究

孙刚

（宁夏功达建筑工程检验检测有限公司，宁夏 银川 750001）

钻芯法在混凝土强度检测中的应用研究

孙刚

（宁夏功达建筑工程检验检测有限公司，宁夏 银川 750001）

钻芯法检测混凝土强度，我们一般在回弹法不适用时选用，或对其它非破损测得的数据有怀疑时采用。随着高强混凝土在工程结构中的广泛应用，钻芯法已成为评价混凝土强度的重要方法。相对来讲，在检测精度要求越来越高的今天，钻芯法显得更为可靠。

混凝土结构；强度检测；工程质量；钻芯法；强度；刚度；耐久性；检测精度

0 引言

钻芯法是利用专用钻芯机从被检测的结构或构件上直接钻取圆柱型的混凝土芯样，并根据芯样的抗压试验强度来推定混凝土的抗压强度，是较为直观可靠的检测混凝土强度或观察混凝土内部质量的局部半破损现场检测方法。

1 钻芯法的选用条件

当有下列情况时，选择钻芯法检测混凝土强度：

1）对试块抗压强度的测试结果或对其它非破损测强取得的数据有怀疑时；

2）因材料、施工或养护不良而发生质量问题时；3）混凝土遭冻伤、火灾、化学侵蚀或其他损害时；

4）检测经多年使用的建筑结构或构筑物中混凝土强度时。

钻芯法也有它的局限性，它对混凝土构件有一定的破坏，对钻芯位置的选取和数量等均受到一定限制，且成本较高，操作较复杂，故一般在工程检测中不宜大量钻芯。

2 现场钻芯位置的选择

2.1 实际工程中，同层次、同混凝土强度等级，同浇捣日期的相同类型的结构或构件有很多，在选钻芯样钻取部位时，首先应选择受力较小的构件钻取芯样，如高度或跨度较小的构件。

2.2 混凝土梁

1）梁的受力图形为余弦波状，梁中间部位截面的上部受压下部受拉，梁两端1/3～1/4跨度范围内剪力较大，上部受压且常有抗剪弯筋，故钻芯时宜选在距梁两端1/3～1/4跨度部位、梁身中下部。

框架梁，当梁截面高度h≥500mm时，钻芯部位可选在中和轴上弯矩最小值处或者粱跨中中和轴以下部分；梁截面高度h＜500mm时，也取在中和轴上弯矩最小值处，但不能在梁跨中中和轴以下部位钻芯。当梁截面高度较小时，跨中混凝土受压受拉区高度也较小，容易因误取跨中受压区混凝土而影响构件安全使用。理论上弯矩最小值处的混凝土不受力，钻芯样后，对构件影响甚微，梁跨中中和轴以下部分混凝土只受拉，按钢筋混凝土计算原理，该处抗拉由钢筋承担，混凝土只与钢筋粘结、起保护作用。在实际操作过程中，工程现场不可能提供构件弯矩图，必须熟练运用结构力学知识，迅速判断出构件弯矩最小值的大致位置。

2）住宅工程中检测阳台挑梁的混凝土强度时，钻芯样大部位宜选在阳台挑梁在室内锚固部分距外墙为1m左右的托梁上。

底层框架、二层以上砖混结构的商住楼，检测底层框架的混凝土强度时，宜应选在纵横轴的边轴框架梁上钻芯样。

混合结构中简支梁与圈粱相连时，需检测简支粱的混凝土强度，宜选在圈梁上钻取。

2.3 混凝土柱

1）无论是轴向受力往或偏心受力柱，钻芯部位都可选在柱的纵横轴线交点处即柱中，因为柱混凝土的施工是从下到上进行浇捣的，振捣后，由于重力作用柱的下半部石子偏多而上半部则偏少，一般说来下半部的混凝土强度要高于上半部，此处对受力偏心柱来说，弯矩最小值处也大致在柱中位置，因此，钻芯部位选在柱中，既最能代表该柱混凝土实际质量，又可减少柱的损伤。

2）柱在主框架方向钢筋分布较密，非框架方向钢筋较少；柱的上下两端为箍筋加密区，柱身由楼面往上1～1.5m范围内往往是纵向钢筋接头的部位、箍筋加密区，钢筋分布较密；柱身的受力一般两端大，中间小；故芯样的钻取部位宜选在非主框架方向，在距楼面1.5m以上结构受力较小的位置。

2.4 预应力混凝土构件，按施加预应力的方法不同分先张和后张二类，后张法的受弯构件(构件宽b≤250mm)，在没有张拉前可在构件中和轴弯矩最小值处钻芯样，钻芯深度不宜过长，尽量控制在120mm，绝对不能在两端的锚固区钻取。至于其他类型的预应力混凝土构件，根据《规范》要求，不宜钻取。

2.5 混凝土墙、板宜在浇筑段距端部300mm处取样；对易损伤结构功能的构件，如薄壁构件应在不重要的部位取样。

2.6 独立基础或条形基础一般仅底部有一层钢筋，上部属于构造配筋，可在上部直接用钻芯机垂直钻芯样或者在大放脚的基杯上钻芯样；片筏基础或箱型基础，上表面钢筋密，必须从侧面选取钻芯位置。

2.7 在混凝土结构构件中，由于受到施工、养护或位置的影响，其各部分的强度并不是均匀一致的。因此，在选择钻芯位置时应考虑这些因素，以使钻芯位置的混凝土强度具有代表性。在条件许可时，一般应先进行非破损测试，然后根据检测结果有目的确定钻芯位置。

2.8 对于楼板一类的构件，钻芯样后可切去浇捣面约板厚20%的不具代表性的混凝土；绝对避免在混凝土施工缝处即二次混凝土浇捣结合处钻芯样，因为此处混凝土不具有代表性。

3 使用钻芯法在工程检测中遇到的问题及解决

3.1 外界影响

在钻芯前，应根据结构图并借助仪器查明钢筋、预埋件和管线的位置，以确定钻芯位置。现在常用的是电磁感应法检测，比较适用于配筋稀疏和混凝土保护层不太厚的钢筋检测。钢筋位置在同一平面或在不同平面内距离较大时，测得的结果比较满意；但在上下双层钢筋间距较小、钢筋之间间距较密、保护层过厚或因施工质量不良导致钢筋粘结在一起时，电磁感应法检测时电磁场干扰严重，必须多次进行往返探测确定位置。多次往返探测结果仍有较大偏差时，应在构件表面开槽，直接找到钢筋确定钻芯位置。

3.2 钻芯对混凝土结构内钢筋的伤害

现代工程的设计越来越多的采用小截面、高强度混凝土、高承载力的钢筋密集型结构，需要钻取小直径芯样才能完成检测。但按规定，钻芯样直径不宜小于骨料最大粒径的3倍，在任何条件下，不得小于骨料最大粒径的2倍。在对某教学楼进行检测时，柱身混凝土使用石子为20～40mm，也就是说，钻芯样的直径不得小于80mm，但柱内主筋间距只有70mm左右，无法在不损伤主筋的情况下取出符合规范的芯样。只好在征得甲方同意的情况下，用100mm内径的钻头在柱身中间钻芯样，将中间的主筋钻断，并钻入近200mm才取出合格的芯样。然后把钻芯孔凿开，用钢筋焊接机按规范要求把被切断的钢筋焊回去。这种做法除伤害主筋之外，为了重新焊接钢筋又保证焊接长度而必须打开周边的混凝土，后期修复工作带来的损伤其实更严重。

现场检测时一定要根据粗骨料粒径和结构配筋率选钻芯样尺寸，盲目选取大直径的芯样，即使采用钢筋定位仪，伤到主筋、钻断主筋的现象也会时有发生，特别是高层建筑，结构配筋率比较高，混凝土中钢筋的间距多在100mm～150mm之间、间距小于100mm的情况也较为常见。加上钢筋直径以及位置偏差带来的影响，钻芯样时很难避开主筋，不仅损伤钻头，也给修复带来困难。为了避免钻芯给结构带来影响，采用75mm内径钻头钻芯样来作抗压试验。虽然我国目前对小芯样检测混凝土强度还有较多的争议，如离散性高；钻芯、切割时损伤程度相对较大、混凝土内部的缺陷影响程度较高等。现在南方地区大量使用小直径芯样，结合当地的粗骨料使用情况，增加小芯样的钻芯数量、采用合适的高径比等措施，用75mm内径钻芯样的方法检测混凝土还是能做到较高的测试精度。

3.3 掺有粉煤灰的商品混凝土强度检测

我国目前使用的商品混凝土普遍掺用了粉煤灰，由于粉煤灰质量的差异、掺量的不同都会对混凝土强度造成很大影响。掺有粉煤灰的混凝土强度增长较慢，存在早期强度低，后期强度高的特点。新建工程在工期要求范围内的混凝土强度检测结果通常偏低，往往引起质量判断上的失误。

3.4 钻芯机的固定

在实际检测过程中，钻筒高速的运转使混凝土产生的强烈磨擦抖动，使得钻芯机渐渐变松后钻筒与结构面不垂直，造成所取的芯样容易出现芯样裂缝、缺边、少角、错位、倾斜及喇叭口变形、端面与轴线的不垂直度超过2度等缺陷，甚至打断钻头的钢齿。带有缺陷的芯样会造成混凝土检测强度与实际强度偏差较大，影响对结构作出真实评价，甚至出现误判。所以，在固定钻芯机时，一定要注意施工现场周围的具体环境、所钻取的混凝土强度的范围（不宜在强度低于10MPa的混凝土上钻芯，因为钻芯机较难固定），在钻芯机主轴的旋转轴线与被钻芯样的混凝土表面相垂直的情况下，才能进行钻芯样工作。

3.5 排水问题

钻芯样需要采用水冷却机器钻头，产生较多含有泥浆的废水，会直接从钻头部位流出污染环境，造成事后的卫生很难清理，引起客户或使用人的不满。甚至有因钻芯时钻到预埋的电线管道，污水顺着预埋的电线管道从四周灯具流出，造成电线短路。

3.6 其它容易被忽视的问题

1）钻芯时钻头的筒壁离钢筋的距离应大于钢筋直径，可避免影响钢筋和混凝土的粘结力或切断钢筋。

2）芯样钻取之后及时进行冲洗，在现场很快就会晾干，宜立即喷酚酞进行混凝土碳化试验。这样测试出来的混凝土碳化非常直观明显、准确、容易量取，同时可以看到混凝土内部的碳化反应。

3）芯样在送进试验室试压之前一定要对其几何尺寸进行测量，测量内容包括：平均直径、芯样高度、垂直度、平整度等。楼板的芯样容易钻到钢筋，可利用作为楼板钢筋直径、钢筋位置、保护层厚度校核使用。同时应仔细检查芯样，芯样表面状况可以反映出混凝土级配情况、密实程度、骨料大小，甚至可从颜色推断含泥量、水泥用量等。

4 结束语

总之，采用钻芯法检测混凝土强度，不应盲目选取大直径的芯样，应根据粗骨料粒径和结构配筋率，灵活选取适当的芯样尺寸，尽量避免对构件造成伤害。同时在已建结构的混凝土检测中限制条件非常多，要求检测面和影响范围尽量小，钻芯法是较好的选择。现在的钻芯设备有各种型号和大小尺寸，可以满足不同操作部位的要求，价格也降低了很多。

［1］吴慧敏.结构混凝土现场检测技术[M].长沙：湖南大学出版社，1988.

［2］周详，刘益虹.工程结构检测[M].北京：北京大学出版社，2007.

孙刚（1979—），男，汉族，宁夏银川人，2008年毕业于宁夏大学土木工程专业，工程师，现主要从事建筑工程质量检测工作。

陈双芹］