浅谈回弹法和钻芯法在结构混凝土检测中的应用

陈小力

(健研检测集团有限公司,福建 厦门 361004)

当前建筑结构向大跨度、超高层方向发展,混凝土构件的配筋越来越密集、钢筋直径选用越来越大,而混凝土强度等级也越来越高。回弹法检测混凝土抗压强度,因其能够快速准确得出检测结果,而同时对混凝土结构自身无破坏性,所以被广泛应用于工程检测中,同时被社会各界一致认可。在回弹法检测结构混凝土抗压强度的过程中,特别是一些特殊构件(柱头、节点),当构件的混凝土强度推定值低于其砼设计强度等级时,应在该构件最低强度换算值测区内进行取芯,宜钻取直径为75mm的芯样,依据相关标准对所取的芯样进行加工、试验,测区强度换算值与其芯样抗压值进行对比分析,对构件强度推定值偏低产生的原因进行了系统的阐述分析。

1 芯样制取、加工

1.1 芯样的制取

钻芯法是普遍认为这是一种较为直观、可靠、精度高的检测方法,是公认的验证非破损方法的依据。结构混凝土芯样的制取、加工和试验依据《钻芯法检测混凝土强度技术规程》CECS 03∶2007。首先在保障试验精度的前提下,选择合适直径的钻头及合理选择钻芯位置,可以减少测试误差,对结构构件钻取标准直径的芯样有时困难重重,或根本无法实施。公称直径70～75mm芯样试件抗压强度值的平均值与标准试件抗压强度值的平均值基本相当[1]。允许有条件地使用小直径芯样试件[2]。其中有条件的使用小直径芯样,可理解为根据现场实际情况：构件测区位置、主筋间距、箍筋间距、工作面状况等来确定将要钻取芯样试件的直径。这样既可以保证所钻取的芯样符合标准要求,也可以对构件的损伤最低。构件中的钢筋密集程度是制约制取芯样的主要因素,芯样直径太大就会截取到构件中的钢筋,影响结构安全,因此需要小直径芯样代替标准芯样。怎样准确定位钢筋的位置成为取芯的关键环节。钢筋位置定位不准确很容易在钻取芯样的过程中出现卡钻、钻取后无法取出芯样、钢筋被截断等。准确定位构件中的钢筋位置：先根据图纸了解构件的内部钢筋布置情况(如主筋根数、直径多少、箍筋等情况),使用混凝土钢筋检测仪测量钢筋具体的位置。混凝土钢筋检测仪是采用电磁感原理探测钢筋位置,其仅可以探测构件的表面钢筋(当钢筋埋置深度增加一定的深度,此时仪器无法定位钢筋的具体位置),在测试前应对仪器进行预热和调零,调零时探头应远离金属物体[3]。每次仪器调零和调整仪器内所测钢筋的直径可减少数据漂移,减少测试误差。其次现场实际的钢筋布置情况复杂多变,测试人员只能根据设计图纸的钢筋布置情况进行测试、定位,在构件测区范围内标出钢筋的具体位置,测量构件的主筋、箍筋间距来选择合适直径的钻头。使用取芯机进行取芯,在钻取到一定的深度时需要把芯样敲断、取出。芯样取样完成后,观察芯样是否满足规范要求,各方代表在芯样签字确认。芯样检查：外观有无裂缝或其他较大缺陷、芯样内有无钢筋,若有钢筋,记录钢筋直径和位置,判断对加工后的影响；

1.2 芯样加工及试验

先测量芯样直径,再根据测量的直径在芯样上标出所锯切位置,满足加工后高径比要求。芯样在切锯时应缓慢进行,缓慢转动芯样,可防止芯样缺棱掉角,切锯速度过快,当锯片切割至粗骨料时由于震动粗骨料与混凝土界面产生松动、微小裂缝、芯样缺棱掉角等。在切锯完成后,芯样端面宜采用磨平机磨平,当采用补平方式处理时,注意所用材料,不同材料所补平的厚度不同,在补平过程中及时测量补平层的厚度,保障补平厚度满足标准规范要求,对需要泡水的芯样,在端面补平处理后,等端面材料完全干燥后再泡水。在芯样抗压时,芯样轴心线与试验机的应力中心线重合,下端放置半球形支座,在芯样抗压时自动调节芯样水平,使其均匀受压,芯样抗压应符合《普通混凝土力学性能试验方法标准》GB/T 50081中对立方体试块抗压试验的规定,以提高芯样抗压强度的准确性和可靠性。

构件取芯后,为了不影响构件的工作性能,将钻取的孔洞需要用比构件混凝土强度高一强度等级的微膨胀细石混凝土修补。某工程柱梁节点部位取芯：芯样钻取到一定深度,芯样已敲断但无法取出,因为钢筋一段在芯样中,一段在构件中,此时继续在原位钻取困难重重,目前没有合适的办法取出该芯样,故只能在该芯样附近区域重新选取位置取样。

某芯样,在加工芯样时,发现芯样中含有与芯样纵向一致的钢筋。钢筋一部分留在芯样中,经过端面处理后,芯样抗压值明显低于在相邻位置芯样的抗压值,因为该芯样在加工切割时,钢筋与其接触的混凝土松动所致。因此特别是重要部位,如柱头、节点等,准确定位钢筋的具体位置尤为重要。

2 芯样试件抗压值与回弹法强度值对比

小直径芯样试压强度的变异性较大[4]。下面是小直径75mm芯样试件抗压值与回弹法检测测区强度进行对比。表1为芯样试件抗压值与回弹法强度值对比结果,其中：

强度等级C25的芯样抗压强度值与回弹法检测测区强度换算值极差为5.5MPa；

强度等级C30的芯样抗压强度值与回弹法检测测区强度换算值极差为12.7MPa；

强度等级C35的芯样抗压强度值与回弹法检测测区强度换算值极差为13.5MPa；

强度等级C40的芯样抗压强度值与回弹法检测测区强度换算值极差为10.8MPa；

强度等级C45的芯样抗压强度值与回弹法检测测区强度换算值极差为14.7MPa；

强度等级C50的芯样抗压强度值与回弹法检测测区强度换算值极差为11.4MPa；

强度等级C60的芯样抗压强度值与回弹法检测测区强度换算值极差为16.1MPa。

表1 芯样试件抗压值与回弹法强度值对比结果表

以上数据表明：直径75mm的芯样试件抗压强度值基本上随试件强度等级的增加而离散性增大；芯样在抗压时,当强度等级C25～C40时,芯样脆性破坏不是很明显,随着强度等级的增加,芯样脆性破坏明显,当强度等级C60时,尤为明显,极差增大是脆性破坏的表面现象；根据芯样检测结果,芯样的抗压强度值基本上大于其砼设计强度等级值,对于回弹检测混凝土强度推定值偏低：原因1大部分是在混凝土浇筑完成后,较快拆除了模板,加上养护不及时。原因2芯样端部大约有10mm～20mm厚无粗集料的水泥砂浆层,导致混凝土表面强度偏低。当构件达到等效养护龄期累计温度达到600℃·d时,其混凝土内部强度基本上都达到设计要求,鉴于此情况,在排除混凝土强度浇筑错误外,可根据标准养护试块抗压值、同条件养护试块抗压值、回弹法检测混凝土抗压值和芯样抗压值结合,建立专用测强关系曲线,对混凝土回弹推定值进行修正,以减少对构件的损伤。直径为75mm的芯样能真实的反映混凝土内部强度值。

3 结论

(1)当回弹法检测的构件砼抗压强度推定值低于其砼设计强度等级的标准值时,为验证构件的实际强度,应在其相应的最低强度换算值测区内进行取芯,怎样确定构件中钢筋分布情况、确定钢筋的具体位置是取芯的先决条件,而芯样的加工、试验过程能否依据相关标准进行,是检测过程的关键条件。直径为75mm的芯样抗压值能够体现混凝土构件的内部实际强度。

(2)在根据标准要求钻取相应直径的芯样,将构件的损伤降到最低。也可根据回弹法、钻芯法结合标准养护试块抗压值和同条件养护试块抗压值来建立专用测强关系曲线或修正系数,解决回弹法检测混凝土抗压强度的不足。