关于钻芯法评定混凝土抗压强度有关标准的探讨

刘梦溪 刘亚楠

摘要：本文讨论了采用不同标准规范下的混凝土芯样合格判定的条件，以工程实例分析了钻芯检测结果，建议标准芯样、高径比修约系数、直径修约系数、合格判定条件等统一起来，以便工程技术人员更好地掌握使用。

Abstract： This paper discusses the conditions for judging the qualification of concrete core samples under different standards and codes， analyzes the test results of drilling core with engineering examples， and suggests that the standard core samples， the reduction coefficient of height diameter ratio， the reduction coefficient of diameter， and the qualification judging conditions should be unified， so that the engineering technicians can better master and use them.

关键词：芯样;强度;合格

Key words： core sample;strength;qualified

中图分类号：TU528.07                                   文献标识码：A                                  文章编号：1006-4311（2020）10-0128-04

1  概述

混凝土结构现场实体检测按照对结构的大小分局部破损法和非破损法。目前工程技术人员常采用回弹法、超声法、超声-回弹综合法等非破损法，由于非破损法使用数字式或指针直读式回弹仪，数字式非金属超声波仪对实体混凝土结构或构件进行重复测试，不破坏混凝土结构，便于大范围检测等优点，因而此方法在工程实体检测中得到了技术人员的广泛应用。局部破损法因对混凝土结构造成局部破坏，同时受粗骨料的大小和钢筋净距等限制，存在不宜大范围检测、费用较高等缺点。但是以钻芯法为代表的局部破损法具有直观性，能真实地反映混凝土的实际状况，在很多情况下是不可缺少的有效方法。钻芯法是利用人造金刚石薄壁钻头直接从混凝土结构或构件实体上钻取若干个（组）芯样，经过双刀切割机加工制作、自然养护或者饱和养护至规定齡期，使用压力机进行抗压强度检测，推定实体混凝土强度的一种局部破损的检测方法。国内不同行业根据自己行业特点，分别制订了相应的钻芯法标准，这些标准涉及到建筑、公路、水工、水利水电等行业，主要的标准有以下几个：《混凝土强度检验评定标准》（GB/T50107-2010）;混凝土结构工程施工质量验收规范（GB 50204-2015）;建筑地基检测技术规范（JGJ 340-2015）;建筑基桩检测技术规范（JGJ106-2014）;水工混凝土试验规程（DL/T 5150-2017）;公路工程水泥及水泥混凝土试验规程（JTG E30-2005）;水工混凝土施工规范（DL/T5144-2015）;水利水电工程施工质量检验与评定规程（SL176-2007）;钻芯法检测混凝土强度技术规程（CECS03：2007）; 钻芯法检测混凝土强度技术规程（JGJ/T384-2016）。

目前，在混凝土结构实体检测中，由于薄壁混凝土构件的存在及钢筋混凝土构件中钢筋间距的不断减小，钻取？准100mm的芯样容易伤到主筋及配筋，到达到高径比2：1或者1：1将会面临着困难。随着建筑业的发展，在混凝土实体检测中，必须减小混凝土芯样直径，由于行业的不同，钻取不同直径的芯样采用不同的标准来评定现场实体混凝土质量，判定结果将有所不同。不同直径的芯样评定现场实体混凝土质量在“不同直径的混凝土芯样强度探讨”中已有论述，本文就采用不同的标准来评定现场实体混凝土质量会产生不同的结果加以论述，并提出合理化的建议。

2  不同标准下的混凝土抗压强度推定

2.1 钻芯法检测混凝土强度技术规程[1]

中国建筑科学研究院主编《钻芯法检测混凝土强度技术规程》（CECS03：2007，中国工程建设标准化协会标准）中规定，混凝土抗压强度评定分单个构件和检测批的推定：

2.1.1 单个构件

钻芯确定单个构件的混凝土强度推定值时，有效芯样试件的数量不应少于3个;对于较小构件，有效芯样试件的数量不得少于2个。单个构件的混凝土强度推定值不再进行数据的舍弃，而应按有效芯样试件混凝土抗压强度值中的最小值确定。

2.1.2 批量构件

检测批的混凝土强度推定值应按下列方法计算推定区间：

①推定区间的上限值和下限值按下列公式计算：

上限值 fcu，e1= fcu，cor，m-k1scor

下限值 fcu，e2= fcu，cor，m- k2scor

k1，k2——推定区间上限值系数和下限值系数，可查表;

scor——芯样试件抗压强度样本的标准差（MPa），精确至0.01MPa。

②上限值fcu，e1和下限值fcu，e2所构成推定区间的置信度宜为0.85，上限值与下限值之间的差值不宜大于5.0MPa和0.10*fcu，cor，m（平均值）两者的较大值。

③宜以上限值fcu，e1作为检测批混凝强度的推定值。

2.2 钻芯法检测混凝土强度技术规程[2]

中国建筑科学研究院主编《钻芯法检测混凝土强度技术规程》（JGJ/T384-2016，中华人民共和国行业标准）中规定，混凝土强度评定分单个构件和检测批的推定：

2.2.1 单个构件

钻芯法确定构件混凝土抗压强度代表值时，芯样试件的数量宜为3个，应取芯样试件抗压强度值的算术平均值作为构件混凝土抗压强度代表值，构件混凝土杭压强度代表值可用于既有结构的构件承载力的评定，不用于混凝土强度的合格评定。

2.2.2 批量构件

对混凝土强度检验批的推定值，采用《钻芯法检测混凝土强度技术规程》行业标准和协会标准方法相同。

2.3 混凝土结构工程施工质量验收规范[3]

中国建筑科学研究院主编《混凝土结构工程施工质量验收规范》（GB 50204-2015）中“结构实体混凝土回弹-取芯法强度检验”（附录D）规定，对同一强度等级的实体混凝土构件，先按照每个构件区平均回弹值的大小进行排序，并选取测区平均回弹值最低的3个测区对应的部位各钻取1个芯样试件，其直径宜为100mm，当测区处于钢筋较密的部位时，可采用直径不小于70mm的小芯样，是为了能保证反映薄弱部位的混凝土抗压强度。对同一强度等级的构件，3个芯样应满足mfc≥0.88*fcu，k;fcu，min≥0.80*fcu，k（mfcu-平均值，fcu，min-最小值差，fcu，k-标准值），当符合上列规定时，结构实体混凝土强度可判为合格，该方法具有较好的可操作性，能够较好地反映混凝土的实际质量。

2.4 建筑基桩检测技术规范[4]

中国建筑科学研究院主编主编《建筑基桩检测技术规范》（JGJ106-2014）规定了钻芯法用于检测桩底沉渣厚度、灌注桩桩长和桩身混凝土强度，判定桩身完整性类别和鉴别桩端持力层岩土性状。单孔钻芯检测发现桩身混凝土存在质量问题时，宜在同一基桩增加钻孔验证，并根据前、后钻芯结果对受检桩重新评价。每根混凝土受检桩的钻孔的位置和钻芯的孔数，应按基桩检测规范规定钻取：当桩基直径小于1.2m时，钻孔数量可为1～2个孔，当桩基直径为1.2～1.6m时，钻孔数量宜为2个孔，当桩基直径大于1.6m时，钻孔数量宜为3个。应按下列规定进行截取混凝土抗压强度芯样试件：当桩长小于10m时，每孔应截取2组芯样;当桩长为10～30m时，每孔应截取3组芯样，当桩长大于30m时，每孔应截取不少于4组的混凝土芯样;截取上部和下部芯样位置应距桩顶设计标高1倍桩径之内或不超过2m，桩底设计标高1倍桩径之内或不超过2m，中间宜等间距截取芯样;发现有缺陷的位置，应尽可能的截取1组芯样进行混凝土抗压试验;同一桩基钻芯孔数在1个以上，发现某1孔在某一深度存在缺陷时，应在其他孔的同一深度处，截取1组混凝土芯样进行抗压强度试验。

每根检测桩混凝土芯样的抗壓强度确定方法：取1组3块芯样强度值的平均值为该组混凝土芯样的检测值，同一检测桩同一深度有2组或2组以上混凝土芯样时，取其平均值作为该桩基该深度处芯样的强度检测值。同一检测桩不同深度位置的混凝土芯样抗压强度检测值中的最小值，作为该桩基芯样的强度检测值。虽然桩身轴力上大下小，从设计角度考虑，最薄弱部位的混凝土强度控制桩身承载力。因此，规范规定以受检桩基中不同深度位置的混凝土芯样抗压强度检测值中的最小值作为该桩基混凝土芯样抗压强度检测值。

按单根检测桩进行成桩质量评价，当混凝土芯样试件抗压强度检测值小于混凝土设计强度等级时，应判定该检测桩不满足设计要求。

2.5 公路工程水泥及水泥混凝土试验规程[5]

交通部公路科学研究所主编《公路工程水泥及水泥混凝土试验规程》（JTG E30-2005）中《水泥混凝土试件制作与硬化水泥混凝土现场取样方法》（T 0551-2005）和《水泥混凝土圆柱体轴心抗压强度试验方法》（T 0554-2005）规定：本方法适用于各类水泥混凝土的圆柱体试件及现场芯样的极限抗压强度试验。芯样直径不宜小于混凝土所用骨料最大粒径的4倍，一般为？准150mm±10mm或？准100mm±10mm。对于路面，由于在公路工程中，混凝土芯样常为圆柱体，高径比宜为1.9～2.1，最大高径比不能超过2.1，芯样最小直径为100mm，直径至少是公称最大粒径的2倍。对于高径比超过2.1的试件，可减少钻芯深度;也可先取芯样长度与路面厚度相等，再在室内加工成为高径比为2的试件;对于高径比不足1.8的试件，可按不同试验项目分别对高径比进行修正。直径150mm，高度为300mm为标准试件，非标准试件的抗压强度应乘以尺寸换算系数。混凝土抗压强度试件要求同龄期者为一组，每组为三个同条件制作和养护的混凝土试块。以3个试件测值的算术平均值为测定值。三个测值中最大值或最小值有一个与中间值之差超过中间值的15%，则取中间值为测定值;如最大值和最小值与中间值之差均超过中间值的15%，则该组试验结果无效。标准立方体试件150mm×150mm×150mm的抗压强度一般比标准圆柱体试件？准150mm×300mm的抗压压强度要高，约为1.25倍，存在标准立方体试件和标准圆柱体试件强度之间的换算关系，但这个换算关系不能用于水泥混凝土强度等级评定时的转换依据。

2.6 水工混凝土试验规程[6]

南京水利科学研究院编制《水工混凝土试验规程》（DL/T 5150-2017）目的及适用范围是测定混凝土芯样圆柱体试件的抗压强度与劈裂抗压强度，用以核查和验证建筑物混凝土强度。对大体积混凝土，以3个试件测值的平均值作为试验结果，对单个普通构件混凝土，以3个试件测值的最小值作为试验结果。高径比统一为1.0的芯样试件抗压强度，换算成150mm×150mm×150mm立方体的抗压强度，应乘以换算系数（见表1）。

2.7 水利水电工程施工质量检验与评定规程[7]

四川省水利科学研究院主编《水利水电工程施工质量检验与评定规程》（SL176-2007）中规定：普通混凝土试块抗压强度的检验评定，试验数据统计应按混凝土试块的组数的多少（见表2），分别进行评定。还规定试块组数较少或对结论有怀疑时，也可采取其他措施进行检验，但未说明采用什么措施进行检验。

2.8 混凝土强度检验评定标准[8]

中国建筑科学研究院主编《混凝土强度检验评定标准》（GB/T50107-2010）中明确了标准的使用范围和意义，统一了混凝土强度的检验评定方法，它对保证混凝土工程质量，提高混凝土生产的质量管理水平，以及提高企业经济效益等都具有重大作用。普通混凝土试块试验数据统计按照混凝土试块的组数的多少（见表3），分别进行合格评定。

3  案例分析

3.1 案例背景

某大型基础工程，设计强度等级C30，由于制作的混凝土试块抗压强度小于设计强度，经协商，检测机构进行现场钻取？准100mm的芯样10组共30个，试验结果如表4。

3.2 案例分析

由于检测单位只给出此批混凝土的检测数据，没有具体说明单个构件或者此批混凝土是否合格，各参建方认为每组试件都大于设计强度，因此判定混凝土实体构件合格，我们根据不同的标准分析如下。

①《钻芯法检测混凝土强度技术规程》（CECS03：2007）中规定在标准芯样时，假如此工程按单个构件推定，每个构件按最小值作为推定结果（见表4）。从表中可以看出第2、4、5、8组不能满足C30设计要求。

若按照批量推定，结果上限值 fcu，e1= fcu，cor，m-k1scor=36.5-1.332*6.3=28.0MPa，下限值 fcu，e2=fcu，cor，m-k2scor=36.5-2.220*6.3=22.4MPa，fcu，e1-fcu，e2=28.0-22.4=5.6（已经超过了5.0MPa和0.10*fcu，cor，m两者的较大值），以上限值fcu，e1=28.0作为检测批混凝强度的推定值，不能满足C30设计要求。因此用此规程评定某大型基础工程没有满足C30设计要求。

②《钻芯法检测混凝土强度技术规程》（JGJ/T384-2016）中规定，假如此工程按单个构件推定，每个构件按平均值作为推定结果（见表4）。从表中可以看出10组都能满足C30设计要求。若按照批量推定（同上述），某大型基础工程没有满足C30设计要求。

③《混凝土结构工程施工质量验收规范》（GB 50204-2015）中附录D.0.3规定，是按照单个构件平均值和最小值同时满足合格条件推定的（见表4），10组全部满足要求。

④假如此大型基础工程是混凝土桩基，单桩取样10组，《建筑基桩检测技术规范》（JGJ106-2014）规定，10组中最小值是24.8MPa，不满足C30设计要求。

⑤假如此大型基础工程是混凝土路面，根据《公路工程水泥及水泥混凝土试验规程》（JTG E30-2005）中规定在芯样高径比为2：1时，其中第1、4、5、8、9组，取3个单块值的中间值为代表值，分别是37.8MPa、32.3MPa、32.5MPa、38.2MPa、39.8MPa，第7组结果无效，其余取平均值为代表值。

⑥假如此大型基础工程是港口混凝土，《水工混凝土试验规程》（DL/T 5150-2017）规定，在高径比为1时，以3个试件测值的最小值作为试验结果（见表4），从表中可以看出第2、4、5、8组不能满足C30设计要求。

⑦假如此大型基础工程是大坝混凝土，《水利水电工程施工质量检验与评定规程》（SL176-2007），把芯样认定为试块，可用Rn-0.7*sn=36.5-0.7*6.3=32.1>30，Rn-1.60*sn =36.5-1.60*6.3=26.4≥0.83*30=24.9，能够满足C30设计要求。

⑧《混凝土强度检验评定标准》（GB/T50107-2010）是统一了混凝土强度的检验评定方法，所以芯样可以采用此标准进行评定，由于第7组无效，不能参与评定，所以用非统计方法，mfc=37.0≥r3*fcu，k=1.15*30=34.5，fcu，min=32.2≥r4* fcu，k=0.95*30=28.5，能够满足C30设计要求。

4  结论与建议

①上述案例中，每组数据按照平均值进行统计，10组数据代表的10个单独构件强度全部大于设计等级C30;每组数据按照最小值进行统计，10个构件中有4个构件强度小于设计等级;每组数据按照最大值或者最小值与中间值之差超过中间值的15%进行统计，9个构件强度大于设计等级，1组数据无效。采用不同标准中规定的方法对同一工程进行分析评价，结论不同。若按照成批进行推定，不同标准结论也不同。由于结构在最薄弱处破坏，建议采用最小值法判定。

②《钻芯法检测混凝土强度技术规程》（CECS 03： 2007）、《钻芯法检测混凝土强度技术规程》（JGJ/T384-2016）、《混凝土结构工程施工质量验收规范》3个建筑业有关取芯标准，对同一工程进行分析评价，结论不同。

③在《水利水电工程施工质量检验与评定规程》中混凝土试块强度实测值大于等于1.15倍的标准值，是否可以认定为1组3块实测值，每块强度都是此要求。

④用混凝土取芯法评定混凝土实体强度，不同标准把高径比2：1或者1：1作为标准芯样，在加工时，把高径比在0.95～1.05或者0.98～1.02之间作为有效芯样，对芯样中是否含有钢筋，直径的大小或者个数的多少，规定各不相同。

⑤《混凝土强度检验评定标准》在总则中有：为了统一混凝土强度的检验评定方法，保证混凝土强度符合混凝土工程质量的要求，制定本标准[8]。既然统一了混凝土强度的检验评定方法，混凝土芯样强度的评定可以按照此标准进行合格判定，避免了多个标准及规程对同一工程评定结果不一致的问题，对工程技术人员带来不必要的麻烦。

⑥钻芯取样法进行混凝土实体工程质量的判定，是众多检测方法之一，但是是比较常用实用的方法，考虑到各种实际因素，建议在修订国家标准时，对标准芯样、高径比修约系数、直径修约系数、合格判定条件等统一起来，以便工程技术人员更好地掌握。

参考文献：

[1]中国建筑科学研究院主编（中国工程建设标准化协会标准）.CECS 03：2007，钻芯法检测混凝土强度技术规程[S].北京：中国建筑工业出版社，2007.

[2]中国建筑科学研究院主编（中华人民共和国行业标准）.JGJ/T384-2016，钻芯法检测混凝土强度技术规程[S].北京：中国建筑工業出版社，2016.

[3]中国建筑科学研究院主编.GB 50204-2015，混凝土结构工程施工质量验收规范[S].北京：中国建筑工业出版社，2014.

[4]中国建筑科学研究院主编.JGJ106-2014，建筑基桩检测技术规范[S].北京：中国建筑工业出版社，2014.

[5]交通部公路科学研究所主编.JTG E30-2005，公路工程水泥及水泥混凝土试验规程[S].北京：人民交通出版社，2005.

[6]南京水利科学研究院主编.DL/T 5150-2017，水工混凝土试验规程[S].北京：中国电力出版社，2018.

[7]四川省水利科学研究院主编.SL176-2007，水利水电工程施工质量检验与评定规程[S].北京：中国水利水电出版社，2007.

[8]中国建筑科学研究院主编.GB/T50107-2010，混凝土强度检验评定标准[S].北京：中国建筑工业出版社，2010.