国内外现场结构实体混凝土强度钻芯检测评定方法对比分析

2015-12-20周建文赵日煦刘士清杨文宋正林

商品混凝土 2015年4期

关键词：芯样直径试件

周建文，赵日煦，刘士清，杨文，宋正林

（1. 湖北省建筑工程质量监督检验测试中心，武汉　430070；2. 中建商品混凝土有限公司，武汉　430070）

国内外现场结构实体混凝土强度钻芯检测评定方法对比分析

周建文1，赵日煦2，刘士清1，杨文2，宋正林2

（1. 湖北省建筑工程质量监督检验测试中心，武汉430070；2. 中建商品混凝土有限公司，武汉430070）

结合国内外现行的相关标准，对混凝土结构实体强度钻芯检测评定方法进行了对比分析，并提出了对检测结果进行评定时应注意的几个问题。

钻芯评定；结构强度；评定方法

0　引言

混凝土强度是混凝土的力学性能，表征其抵抗外力的能力，是影响混凝土结构可靠性的重要因素，为保证结构的可靠性，必须进行混凝土的生产控制和合格性评定。混凝土强度等级的检验评定是建立在标准养护条件下混凝土试块立方体抗压强度的基础上，通过生产、施工、养护等过程控制，来保证结构实体中的混凝土的强度满足设计要求。当需要确定结构实体中的混凝土强度时，基于试块强度的检验方法已无能为力，必须采用混凝土强度现场检测方法来准确地推定结构实体中的混凝土在受检龄期相当于立方体试块且具有95% 的保证率的抗压强度值。

目前对于结构实体中混凝土抗压强度常规的检测方法是回弹检测法、超声回弹综合法、钻芯检测法等。特殊情况下超声回弹综合法和钻芯法结合修正法。其中采用钻芯法对结构实体混凝土抗压强度进行检测评定是国内外通用的方法，但是其对钻芯强度数值的评定分析也不一样。本文研究对比了我国、欧盟和美国的钻芯标准，为钻芯法检测评定结构实体混凝土抗压强度提出思考建议。

1　检测评定方法对比

1.1我国钻芯检测评定方法

我国目前对现场混凝土结果进行钻芯检测评定的主要依据是协会标准 CECS 03∶2007《钻芯法检测混凝土强度技术规程》[1]，该规定对混凝土芯样的抽取、制备、抗压和结果评定进行了规定，混凝土芯样直径宜为 100mm，特殊情况下应不小于 50mm，芯样的数量不少于 3 个。并设定推定区间来保证检测的准确性，使得漏判率和错判率均控制在一定的水平，使计算出的混凝土强度推定值能够达到在强度总体分布中的保证率不低于 95%。其推定区间的上限值和下限值按照下列公式进行计算：

其中：

fcu,cor,m——芯样试件的混凝土抗压强度平均值，MPa；

Scor——芯样试件混凝土抗压强度的标准，MPa；

k1,k2——推定区间上下限值系数。

规定推定上、下限值所构成的推定区间的置信度为 0.85即漏判概率为 0.10，错判概率为 0.05，推定上、下限值之间的差值不宜大于 5.0MPa 和 0.10 倍的平均值两者的较大值，宜推定上限值作为检测批混凝土强度的推定值。

同时也规定，当用钻芯确定单个构件混凝土强度推定值时应按照有效芯样试件混凝土抗压强度值中的最小值确定。

1.2欧盟标准

欧洲标准 PrEN1371—2003 《Assessment of concrete compressive structures or in structural elements》[2]则认定混凝土芯样试块抗压强度和立方体试块标准抗压强度的的系数为0.85，即认为，当芯样试块抗压强度达到标准试块抗压强度的85%，即可认为结构实体的抗压强度可以接受，以标准给定的合格范围进行合格性判定，具体如表 1 所示。

表1　现场结构强度最小值要求

表 1 给出了现场芯样对应标准圆柱体试件抗压强度和标准立方体试件抗压强度时所需要满足最小值的强度要求，即认为当现场芯样强度的推定值满足大于表中对应的最小值，芯样所代表的混凝土结构和预制构件的抗压强度合格。

该标准也要求混凝土骨料的最大粒径和芯样的公称直径之比不宜超过 1/3，认为混凝土骨料最大粒径和芯样直径对强度结果具有很大的影响。该标准条文表明，对于 20mm 的骨料，直径 100mm 的芯样的抗压强度要比直径 50mm 的芯样高7%，直径 50mm 的芯样的抗压强度要比直径 25mm 的芯样高20%；对于 40mm 的骨料，直径 100mm 芯样的抗压强度要比直径 50mm 的芯样高 17%，而直径 50mm 的芯样抗压强度要比直径 25mm 的芯样高 19%。

对混凝土芯样的尺寸大小根据不同的强度试件参考标准有不同，芯样的高度与直径之比（H/d）要根据情况而定，当现场芯样强度相比于标准圆柱体试件强度，则 H/d 宜为2.0，如相比于标准立方体试件抗压强度，则 H/d 宜为 1.0，没有对混凝土芯样直径进行具体的规定。这个和我国目前现行的行业标准略有区别，我国目前均采用标准立方体试件强度对混凝土的强度进行定义，用于评定现场混凝土结构或预制混凝土结果的芯样直径宜为 100mm，特殊情况下应不小于50mm，芯样的数量不少于 3 个。

EN13791[3]根据有效芯样数量的多少，对于现场混凝土结构强度其采用两种方式进行推定，计算方式如下：

当芯样数量不少于 15 个时：

或者

其中：

k2——国家规定的系数，一般情况下取值 1.48；

S——芯样强度的标准差，当计算低于 2.0MPa 时取值2.0MPa。

当芯样数量少于 15 个时，按照下式进行计算：

或者

其中，参数 k 的取值取决于芯样的数量，按照表 2 进行取值。

表2　参数 k 的取值标准

一般情况下采用芯样抗压强度的平均值进行现场强度的推定计算，当采用最小值时，必须有证据表明芯样的最小值能够代替结构的最小值。

1.3美国标准

ACI318M-05《混凝土结构设计规范》[4]中对混凝土的配制强度的计算和我国现行的配合比计算公式有很大的区别，计算公式如下：

当生产条件稳定，数据较多，能够建立样品标准差时，混凝土的配制强度根据下式（7）、式（8）进行计算：

当混凝土设计强度低于 C35 级以上时：

当混凝土设计强度超过 C35 级以上时：

当现有数据不具有标准差时，混凝土的配制强度则根据表 3 进行计算。

表3　混凝土的配制强度查询表

其中式 7、式 9 是根据三次连续试验的平均值从 100 个试件中抽取一个试件的值可能低于设计强度，式 8 是依据每个试件超过设计强度 3.5MPa 的近似可能性，式 10 则是依据从 100 个试件中抽取 1 个试件，每个试件的强度低于 0.9 倍设计强度的可能性。

该标准认为现场同条件养护的混凝土试件的强度应该不低于标准养护条件下试件强度的 85%，如果低于 85%，则需要改进现场的养护条件，但是如果现场养护的试件抗压强度超过设计强度 3.5MPa 时，可以取消达到标准养护条件强度85% 的限值。

因此，该标准以这个 85% 的比例作为判断现场养护的可靠性的合理的基础，现场结构钻芯试件的平均强度为设计强度的 85% 的岩芯试验应该是切乎实际的。因为试件的尺寸、获取试件的条件和养护环境、程序和试验室条件下不同，所以期待现场钻芯试件的强度等同于设计强度是不怎么切合实际的。因此，该标准认为，如果混凝土现三个钻芯试件的平均值至少与设计强度的 85% 相等，且没有任何一个钻芯试件强度低于设计强度的 75% 时，混凝土钻芯强度可以被评定为合格。

2　实例对比

某试验墙冬季各龄期的钻芯强度值选取 15 组进行数据分析，分析结果见表 4。采用上述不同的检测评定方法对其进行强度评定，见表 5。

表4　某试验墙的相应龄期钻芯强度值　MPa

表 5　不同检测评定方法的检测结果对比

根据表 5 我国和美国、欧盟的结构实体钻芯检测方法的对比结果可以看出：（1）在低强度等级混凝土（C30/C40）的现场结构钻芯检测评定中，三个标准的评价结果基本一致，从数据上来看美国标准 ACI 318M-05 相对宽松，这可能是和美国 ACI 318M-05 对混凝土的配制强度计算方式不同所引起的。

（2）采用不同的检测评定方法，对同一批样本数据，会产生不同的评定结果，甚至是相反的结论。同时，相比较而言，当检测批样本分布较为均匀，即样本标准差较小时，不同检测评定方法得出的结果是一致的。因此，在进行混凝土抗压强度检测评定时，要明确采用的标准和适用条件，当标准差过大时，应加强注意分析。

（3）对于数据分布不均匀，标准差较大的高强度混凝土，在日常进行强度检测评定时可以借鉴其评定方法，或者采用检验批的均值作为混凝土的强度推定值，减小混凝土强度的误判概率。

（4）同时根据上表的检测评定结果，早期混凝土强度检测评定不符合设计要求，但是经过后期强度的发展会满足设计要求，结合现在混凝土采用大掺合料技术的实际情况，可以适当延长现场结构实体强度检测的龄期，发挥矿物掺合料的火山灰活性效应，真实反映混凝土的后期实际强度。