小直径钻芯对芯样采取率影响的试验研究

臧振涛，陈振华，毛小魏

（1·杭州水利水电勘测设计院有限公司，浙江 杭州 310006；2·温岭市农业农村和水利局，浙江 台州 317500）

1 引 言

钻芯法是通过钻取芯样，检测混凝土构件或砌体等的强度、厚度、胶结材料饱满度与密实度、胶结材料胶结质量的方法[1-2]，钻芯直径一般取100 mm，属于半破损现场检测方法。

常规直径的钻芯法不可避免会对构件造成一定损伤，甚至可能减小受力截面、截断受力钢筋，且钻机设备大、对作业环境要求高，为此人们开始研究小直径钻芯的检测技术。TUNCAN M等[3]通过大量的小直径芯样抗压强度试验发现，随着直径减小，芯样抗压强度的离散性逐渐增大；张海飞等[4]基于“集零为整”的思路，将小直径芯样3个为1组粘结后进行抗压试验，使其离散性大大降低；陈振华[5]提出采用小于450 mm直径的深细孔径钻机探查砌体隐蔽部分结构与轮廓尺寸的方法，目前已在部分小型水利工程中应用；但尚未见小直径钻芯对芯样采取率等指标影响方面的论述。

由于混凝土是多相、非均匀的混合材料，受工艺、外界条件等影响，在搅拌、浇筑的过程中由于粗、细骨料不能完全混合均匀，导致材料的密实度较差[6-7]，使得芯样界面发生较大差异，对芯样采取率也产生一定影响。本文开展小直径钻芯与常规直径钻芯的芯样采取率、芯样表观质量、孔壁表观质量的室内试验比较研究，试验成果可为工程质量检测提供借鉴。

2 试验方案

本次室内试验在浙江水利水电学院土工试验室进行。试块尺寸500 mm×500 mm×500 mm（长×宽×高），采用人工浇筑，插入式振捣器振捣密实，洒水养护。根据强度不同，混凝土试块分为C10、C15、C20试块，并考虑水灰比（W/C）、骨料最大粒径（

表1 混凝土试块相关参数及养护条件表

水泥采用P.O32.5普通硅酸盐水泥（杭州产），钻机型号SG-300F，小直径钻头分别为Φ32、Φ36、Φ44，常规直径取Φ100。

钻芯施工遵守CECS 03：2007《钻芯法检测混凝土强度技术规程》。芯样钻取后，按序摆放并做好标识。利用卷尺测量芯样（每个芯样测量3次，取平均值，精确至mm）；利用微孔摄像仪进行孔内摄像，用以查看孔壁的光滑程度、空洞缺陷。

3 试验结果及分析

采用岩芯采取率指标计算方法计算芯样采取率，并结合DL/T 5112—2009《水工碾压混凝土施工规范》[8]对芯样的采取率以及缺陷情况进行计算分析，结果见表2。

表2 不同直径芯样采取率计算结果表

式（1）中：δ为芯样采取率，%；l为芯样长度，mm；l0为取芯进尺长度，mm。

结合钻芯难易程度、芯样外观和微孔内部情况（见图1~2）可知：试验所用试块内部不存在裂缝、空洞等隐患，但低标号混凝土因胶结材料无法完全搅拌均匀、浇筑工艺、水冷却系统及钻头扰动等影响，部分钻孔内部存在麻面等现象。

图1 不同直径的芯样图

续表2

图2 微孔内部探查结果图

根据芯样采取率试验结果，绘制不同直径芯样采取率曲线图（见图3，由于C15、C20不同直径芯样采取率皆为100%，不再画图），分析钻芯法对不同直径、同种强度块体芯样采取率的影响。

由图3可知，同强度、同级配的混凝土试块，随着钻芯直径增大，芯样采取率也不断增加。这是由于随着取芯直径增加，芯样强度的变异系数逐渐降低，骨料的不均匀性以及取芯钻头对芯样的影响程度逐渐减小。

图3 不同直径芯样采取率的关系曲线图

对比图3中不同级配的芯样采取率可知：同一强度、不同粗骨料的试块，芯样采取率相差较大。如与C10-4（骨料粒径为5~80 mm）相比，C10-3（骨料粒径为5~40 mm）同直径（特别是小直径）的芯样采取率较大。经分析，出现这种现象主要是由于受骨料颗粒大小影响，试块材料中各种材料强度差异不同。当试块强度不高时，粗骨料的最大粒径越大，钻芯时受取芯设备的扰动越大，进而芯样的磨损范围越大，影响芯样采取率。

由图3可知：对于C10-1、C10-2、C10-3而言，不同直径的小孔径芯样损伤较小，芯样采取率都超过95.0%；C10-4除了Φ32的芯样采取率为78.6%，其余皆超过95.0%。SL734—2016《水利工程质量检测技术规程》[2]规定，帷幕灌浆的芯样采取率需满足设计要求或不小于90.0%，对于其他形式的灌浆及相关结构的芯样采取率未做出明确规定。考虑到钻芯法为局部损伤的方法，对芯样采取率有一定影响，以及粗骨料粒径大小对取芯的影响等[9]，结合试验相关数据发现：Φ32型小直径钻芯技术适用于除三级配C10混凝土以外绝大多数混凝土块体结构的相关质量检测；Φ36、Φ44型小直径钻芯技术适用于绝大多数混凝土块体结构的相关质量检测，且芯样采取率可达到95.0%以上。

4 结 论

本文采用小直径Φ32、Φ36、Φ44与常规直径Φ100钻头，结合孔内摄像技术开展室内钻芯试验。试验结果表明：小直径钻芯的芯样采取率受骨粒粒径、级配、结构体强度的影响，骨粒粒径越粗，结构体强度越低，芯样采取率越小，但结构体强度达到一定程度后，芯样采取率均较大。只有当采用三级配的C10混凝土，钻头直径用最小的Φ32时，芯样采取率小于90.0%（78.6%）；采用C10以上一级配或二级配混凝土、C15以上二级配混凝土，不同直径钻头的芯样采取率均大于95.0%。由此表明，与常规100 mm直径比较，采用44 mm以下小直径钻芯后，常用标号的混凝土构件钻芯的芯样采取率等指标基本无影响。