基于钻芯法在建筑工程中混凝土强度检测的技术研究

杨莉莉

（中铁十二局集团建筑安装工程有限公司，山西 太原 030000）

随着现代建筑对安全性、适用性、耐久性等方面的需求的提高，新的结构体系层出不穷，特别是高层建筑的出现，更是给工程技术人员、设计人员提供了更多的选择余地与发挥空间。但建筑结构受到外界环境影响，在长期综合因素的干扰下，结构的抗震性、稳定性等性能将逐步减退，从而影响到结构的可靠性，严重时甚至危及到结构安全。我国曾经发生过数次大规模的房屋施工质量安全事故，对其研究后发现，大部分发生安全事故的房屋建筑都属于危房、低质量建筑，因此，应该及时地进行建筑结构的质量检测和鉴定，做好工程项目的品质管理工作。

在建筑工程的使用过程中，对建筑进行维修、检测、监控和加固，可以确保建筑的安全可靠。为全面落实此项工作，实现对建筑工程质量的全面监控。本文将在此次研究中，以某高层结构建筑为例，引进钻芯法，展开如下文所示的研究。以此种方式，实现对工程结构强度检测作业的规范化、科学化与合理化，为提高建筑工程使用寿命提供全面的技术指导与支持。

1 基于钻芯法的建筑工程中混凝土强度检测

1.1 芯样强度影响因素分析

在利用钻芯法对建筑工程中的混凝土强度进行监测时，首先需要明确芯样强度可能会受哪些方面的影响。①端面平坦度对其强度的影响：如果端面不平，则会在一定程度上导致芯样的强度降低，具体而言，向上凸起的点要比向下凹陷的点应力更大，影响程度更大[1]。因此在钻芯时可利用下述方式进行找平，减小端面平整度对检测结果造成的影响，找平所需的材料包括：水泥净浆、水泥浆液、硫磺胶泥等。调整层应该与两个端面的接合良好。整理层的强度一般比核心的要大。对找平层的要求，水泥浆的厚度不得超过5 mm，若找平层为水泥砂浆，则其厚度不得超过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轴端与端面垂直度的差异对强度的影响：差异较大，则强度较小。测量时，应将垂直度的偏移控制在2°以内。③芯样中的钢筋含量对其强度的影响：从理论上讲，不能有与压力表面垂直的钢筋。针对这一问题的处理方法为：尽量去除包含钢筋的一端，如果不可避免，在锯割时，应将钢筋保持在不暴露端面[3]。在测试时，要求试件中最多只能包含两根直径不大于10 mm 的钢筋，且基本上与轴心垂直，不得露出。④芯样尺寸和高径比对强度的影响：芯样的直径不能小于粗集料最大粒径的3 倍，芯核的直径越小，芯核的强度就越分散。高100 mm、直径100 mm 的岩芯和边长150 mm 的矩形岩芯在受压时的应力分布规律是一致的，其强度也相近[4]。

1.2 强度推定

在利用钻芯法对混凝土的强度进行检测时，应当将试验强度转化为相应的测试龄期，在岩芯混凝土强度转换数值的选取上，选取了边长为150 mm 的正方形试块。通过下面的公式，可以得到芯样的强度转换值：

对于同一批构件或相同建筑工程施工条件下的混凝土，在对其总体评价时，可按照下述方式进行：首先，根据下式得出所有芯样的平均强度：

式中：Sfccu代表芯样总体标准差；m表示质量；当混凝土的强度等级未超过C20 时，此时的取值大于或等于4 MPa[7]。

在进行对芯样的抗拉强度测试时，采用液压测试机，用一根具有5 mm 曲率半径的压条，对置于两个表面之间的心形样品，施加一种径向集中的压力，从而获得心形样品的拉伸强度。

混凝土芯样的劈裂抗拉极限强度可通过下述公式计算得出：

式中：P代表试样失效时的最大载荷；D代表圆柱试件的直径。

1.3 修正系数与修正量计算

钻芯修正法既发挥了钻芯样法测试结果直观、可靠的优势，同时又发挥了无损伤测试方法的方便和数据量大的优势，两者优势互补。在修正时，可选用总体修正量的方式，其公式为：

1.4 混凝土强度检测实现

钻芯法是在建筑物上直接钻取一块混凝土岩芯，根据岩芯取样标准及相应的检测方法，对该岩芯进行测压，并根据测压结果来评价建筑物的强度。该方法简单、无需转换、结果直接、准确、可靠。确定钻芯位置时，应当遵循以下原则：在应力大、安全系数不够的部分，不得对其进行钻芯处理。由于混凝土受力较复杂，在构件的接合处及零件的边沿不适合钻芯，在构件的中间部位钻芯较为合适。在同等条件下，选择在基础、墙体和柱子上钻芯，尽量不要在梁上钻芯。利用磁感应装置，尽量避免截断钢筋，特别是主筋，尽量避免损坏预埋管道。选择有代表混凝土强度品质的位置。采用无损伤方法进行修正时，应当位于无损伤或邻近无损伤的测试区域。在测试一个构件的强度时，必须保证每一个构件的数目不低于3 个，如果构件很小，则至少要求2 个。应根据构件的特点，确定芯样的位置、数量和深度。按照上述操作和运算方式，完成对混凝土构件件强度的检测。

2 钻芯法在工程质量检测中的具体应用

在深入建筑工程相关领域的研究中发现，钻芯法现阶段已经被广泛地应用在混凝土的强度现场检测工作中。为实现对钻芯法应用效果的测试，以某高层结构建筑为例，开展如下所示的研究。

2.1 项目实例

试点项目为12 层建筑，在2015年以浇筑施工法成型，此建筑在当年投入使用，并在近年来的建筑改造施工与老旧房区装饰施工中，发现建筑结构的主轴框架梁出现了数条正截面裂缝，为确定裂缝是否会对建筑主体结构稳定性造成影响，避免对建筑后续使用造成影响，委派第三方机构，对此建筑进行质量检测。检测前，对项目基本情况进行分析，见表1。

表1 项目基本情况

对结构中裂缝的分布进行分析，见图1。

图1 主轴框架梁上的裂缝形式

裂纹出现的位置为跨中1/3 部分，裂纹的发展向上延伸至混凝土楼面板底，向下延伸至混凝土梁底。根据现场测量可知，裂缝的最大宽度可以达到0.35 mm，最小宽度也达到了0.1 mm，且结构上的裂缝存在一定的延伸趋势。

在此基础上，对结构上的裂缝进行边缘检测，检测后发现，其边缘并未出现明显的剥落、盐析、渗水、碎裂等方面的质量问题。辅助无损检测技术，对结构上具有代表性的裂缝进行形成深度的测量，测量结果如图2 所示。

图2 结构上具有代表性的裂缝形成深度的测量

2.2 钻芯法检测结果

在使用钻芯技术进行裂缝位置混凝土强度的检测时，需要先进行结构的取芯，取芯之前，必须依据建筑构造图，借助于专业的仪器设备，对结构中的钢筋、预埋件及管道进行定位，以避免取芯工作对建筑造成破坏。

目前，普遍采用的是电磁探伤方法进行结构中预埋件的探测，该方法更适合于钢筋稀疏、混凝土保护层厚度较小的情况。当钢筋布置在相同的平面上，或者两个平面之间有很大的间距时，测量结果准确率大多是较高的。但是，如存在钢筋间距过小、防护层过厚、钢筋存在粘连等现象时，电磁感应法的应用会存在较大的电磁干扰，需要反复测量才能准确定位。如果经多次检测，发现检测结果与实际测量值相差很大，则可在检测对象表面进行切割，直接寻找钢筋来确定取芯的位置。

在上述内容的基础上，应根据工程项目的具体情况，进行现场检测的布置，布置后，明确对应位置的混凝土设计强度为C30，即检测后构件混凝土强度需要满足＞30 MPa 的要求，如检测后发现混凝土构件强度＜30 MPa，说明裂缝位置的混凝土强度未达到要求，应及时采取措施进行补强。以此为标准，进行裂缝对应表面的钻芯取样，对取样构件进行混凝土强度检测，检测结果如图3。

图3 主轴框架梁上裂缝位置钻芯取样检测得到的混凝土强度值

图3 中，“A-1”代表“在A 点取芯得到构件样本1”；“B-1”代表“在B 点取芯得到构件样本1”；“B-2”代表“在B 点取芯得到构件样本2”，以此类推。

完成钻芯法的应用后，采用专业的仪器设备进行芯样混凝土强度的二次检测，检测后发现，专业仪器设备的检测结果与钻芯法的检测结果几乎无偏差，说明钻芯法在混凝土结构强度检测中具有可行性。

3 结语

在深入建筑市场的研究中发现，随着现代化建筑数量的增加，传统、大量、老式建筑出现了功能上的滞后。而随着我国工业建筑技术水平的不断提升，许多老化的房屋已不能满足产业技术发展的需要。建筑物的使用功能落后，是社会发展和科学技术进步的必然产物，也是每个时代都要面临的一个普遍性问题。为实现对老旧建筑质量的验收，掌握结构的稳定性、安全性，本次研究引进钻芯法，进行建筑工程中混凝土结构强度的检测，检测结果表明，本次研究的技术可以用于建筑工程质量检测工作，检测结果与实测结果十分接近，说明钻芯法的检测结果具有可靠性。