周建文，趙日煦，劉士清，楊文，宋正林

（1. 湖北省建筑工程質(zhì)量監(jiān)督檢驗測試中心，武漢　430070；2. 中建商品混凝土有限公司，武漢　430070）

國內(nèi)外現(xiàn)場結(jié)構(gòu)實體混凝土強度鉆芯檢測評定方法對比分析

周建文1，趙日煦2，劉士清1，楊文2，宋正林2

（1. 湖北省建筑工程質(zhì)量監(jiān)督檢驗測試中心，武漢430070；2. 中建商品混凝土有限公司，武漢430070）

結(jié)合國內(nèi)外現(xiàn)行的相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)，對混凝土結(jié)構(gòu)實體強度鉆芯檢測評定方法進行了對比分析，并提出了對檢測結(jié)果進行評定時應(yīng)注意的幾個問題。

鉆芯評定；結(jié)構(gòu)強度；評定方法

0　引言

混凝土強度是混凝土的力學(xué)性能，表征其抵抗外力的能力，是影響混凝土結(jié)構(gòu)可靠性的重要因素，為保證結(jié)構(gòu)的可靠性，必須進行混凝土的生產(chǎn)控制和合格性評定。混凝土強度等級的檢驗評定是建立在標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護條件下混凝土試塊立方體抗壓強度的基礎(chǔ)上，通過生產(chǎn)、施工、養(yǎng)護等過程控制，來保證結(jié)構(gòu)實體中的混凝土的強度滿足設(shè)計要求。當(dāng)需要確定結(jié)構(gòu)實體中的混凝土強度時，基于試塊強度的檢驗方法已無能為力，必須采用混凝土強度現(xiàn)場檢測方法來準(zhǔn)確地推定結(jié)構(gòu)實體中的混凝土在受檢齡期相當(dāng)于立方體試塊且具有95% 的保證率的抗壓強度值。

目前對于結(jié)構(gòu)實體中混凝土抗壓強度常規(guī)的檢測方法是回彈檢測法、超聲回彈綜合法、鉆芯檢測法等。特殊情況下超聲回彈綜合法和鉆芯法結(jié)合修正法。其中采用鉆芯法對結(jié)構(gòu)實體混凝土抗壓強度進行檢測評定是國內(nèi)外通用的方法，但是其對鉆芯強度數(shù)值的評定分析也不一樣。本文研究對比了我國、歐盟和美國的鉆芯標(biāo)準(zhǔn)，為鉆芯法檢測評定結(jié)構(gòu)實體混凝土抗壓強度提出思考建議。

1　檢測評定方法對比

1.1我國鉆芯檢測評定方法

我國目前對現(xiàn)場混凝土結(jié)果進行鉆芯檢測評定的主要依據(jù)是協(xié)會標(biāo)準(zhǔn) CECS 03∶2007《鉆芯法檢測混凝土強度技術(shù)規(guī)程》[1]，該規(guī)定對混凝土芯樣的抽取、制備、抗壓和結(jié)果評定進行了規(guī)定，混凝土芯樣直徑宜為 100mm，特殊情況下應(yīng)不小于 50mm，芯樣的數(shù)量不少于 3 個。并設(shè)定推定區(qū)間來保證檢測的準(zhǔn)確性，使得漏判率和錯判率均控制在一定的水平，使計算出的混凝土強度推定值能夠達到在強度總體分布中的保證率不低于 95%。其推定區(qū)間的上限值和下限值按照下列公式進行計算：

其中：

fcu,cor,m——芯樣試件的混凝土抗壓強度平均值，MPa；

Scor——芯樣試件混凝土抗壓強度的標(biāo)準(zhǔn)，MPa；

k1,k2——推定區(qū)間上下限值系數(shù)。

規(guī)定推定上、下限值所構(gòu)成的推定區(qū)間的置信度為 0.85即漏判概率為 0.10，錯判概率為 0.05，推定上、下限值之間的差值不宜大于 5.0MPa 和 0.10 倍的平均值兩者的較大值，宜推定上限值作為檢測批混凝土強度的推定值。

同時也規(guī)定，當(dāng)用鉆芯確定單個構(gòu)件混凝土強度推定值時應(yīng)按照有效芯樣試件混凝土抗壓強度值中的最小值確定。

1.2歐盟標(biāo)準(zhǔn)

歐洲標(biāo)準(zhǔn) PrEN1371—2003 《Assessment of concrete compressive structures or in structural elements》[2]則認(rèn)定混凝土芯樣試塊抗壓強度和立方體試塊標(biāo)準(zhǔn)抗壓強度的的系數(shù)為0.85，即認(rèn)為，當(dāng)芯樣試塊抗壓強度達到標(biāo)準(zhǔn)試塊抗壓強度的85%，即可認(rèn)為結(jié)構(gòu)實體的抗壓強度可以接受，以標(biāo)準(zhǔn)給定的合格范圍進行合格性判定，具體如表 1 所示。

表1　現(xiàn)場結(jié)構(gòu)強度最小值要求

表 1 給出了現(xiàn)場芯樣對應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)圓柱體試件抗壓強度和標(biāo)準(zhǔn)立方體試件抗壓強度時所需要滿足最小值的強度要求，即認(rèn)為當(dāng)現(xiàn)場芯樣強度的推定值滿足大于表中對應(yīng)的最小值，芯樣所代表的混凝土結(jié)構(gòu)和預(yù)制構(gòu)件的抗壓強度合格。

該標(biāo)準(zhǔn)也要求混凝土骨料的最大粒徑和芯樣的公稱直徑之比不宜超過 1/3，認(rèn)為混凝土骨料最大粒徑和芯樣直徑對強度結(jié)果具有很大的影響。該標(biāo)準(zhǔn)條文表明，對于 20mm 的骨料，直徑 100mm 的芯樣的抗壓強度要比直徑 50mm 的芯樣高7%，直徑 50mm 的芯樣的抗壓強度要比直徑 25mm 的芯樣高20%；對于 40mm 的骨料，直徑 100mm 芯樣的抗壓強度要比直徑 50mm 的芯樣高 17%，而直徑 50mm 的芯樣抗壓強度要比直徑 25mm 的芯樣高 19%。

對混凝土芯樣的尺寸大小根據(jù)不同的強度試件參考標(biāo)準(zhǔn)有不同，芯樣的高度與直徑之比（H/d）要根據(jù)情況而定，當(dāng)現(xiàn)場芯樣強度相比于標(biāo)準(zhǔn)圓柱體試件強度，則 H/d 宜為2.0，如相比于標(biāo)準(zhǔn)立方體試件抗壓強度，則 H/d 宜為 1.0，沒有對混凝土芯樣直徑進行具體的規(guī)定。這個和我國目前現(xiàn)行的行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)略有區(qū)別，我國目前均采用標(biāo)準(zhǔn)立方體試件強度對混凝土的強度進行定義，用于評定現(xiàn)場混凝土結(jié)構(gòu)或預(yù)制混凝土結(jié)果的芯樣直徑宜為 100mm，特殊情況下應(yīng)不小于50mm，芯樣的數(shù)量不少于 3 個。

EN13791[3]根據(jù)有效芯樣數(shù)量的多少，對于現(xiàn)場混凝土結(jié)構(gòu)強度其采用兩種方式進行推定，計算方式如下：

當(dāng)芯樣數(shù)量不少于 15 個時：

或者

其中：

k2——國家規(guī)定的系數(shù)，一般情況下取值 1.48；

S——芯樣強度的標(biāo)準(zhǔn)差，當(dāng)計算低于 2.0MPa 時取值2.0MPa。

當(dāng)芯樣數(shù)量少于 15 個時，按照下式進行計算：

或者

其中，參數(shù) k 的取值取決于芯樣的數(shù)量，按照表 2 進行取值。

表2　參數(shù) k 的取值標(biāo)準(zhǔn)

一般情況下采用芯樣抗壓強度的平均值進行現(xiàn)場強度的推定計算，當(dāng)采用最小值時，必須有證據(jù)表明芯樣的最小值能夠代替結(jié)構(gòu)的最小值。

1.3美國標(biāo)準(zhǔn)

ACI318M-05《混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范》[4]中對混凝土的配制強度的計算和我國現(xiàn)行的配合比計算公式有很大的區(qū)別，計算公式如下：

當(dāng)生產(chǎn)條件穩(wěn)定，數(shù)據(jù)較多，能夠建立樣品標(biāo)準(zhǔn)差時，混凝土的配制強度根據(jù)下式（7）、式（8）進行計算：

當(dāng)混凝土設(shè)計強度低于 C35 級以上時：

當(dāng)混凝土設(shè)計強度超過 C35 級以上時：

當(dāng)現(xiàn)有數(shù)據(jù)不具有標(biāo)準(zhǔn)差時，混凝土的配制強度則根據(jù)表 3 進行計算。

表3　混凝土的配制強度查詢表

其中式 7、式 9 是根據(jù)三次連續(xù)試驗的平均值從 100 個試件中抽取一個試件的值可能低于設(shè)計強度，式 8 是依據(jù)每個試件超過設(shè)計強度 3.5MPa 的近似可能性，式 10 則是依據(jù)從 100 個試件中抽取 1 個試件，每個試件的強度低于 0.9 倍設(shè)計強度的可能性。

該標(biāo)準(zhǔn)認(rèn)為現(xiàn)場同條件養(yǎng)護的混凝土試件的強度應(yīng)該不低于標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護條件下試件強度的 85%，如果低于 85%，則需要改進現(xiàn)場的養(yǎng)護條件，但是如果現(xiàn)場養(yǎng)護的試件抗壓強度超過設(shè)計強度 3.5MPa 時，可以取消達到標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護條件強度85% 的限值。

因此，該標(biāo)準(zhǔn)以這個 85% 的比例作為判斷現(xiàn)場養(yǎng)護的可靠性的合理的基礎(chǔ)，現(xiàn)場結(jié)構(gòu)鉆芯試件的平均強度為設(shè)計強度的 85% 的巖芯試驗應(yīng)該是切乎實際的。因為試件的尺寸、獲取試件的條件和養(yǎng)護環(huán)境、程序和試驗室條件下不同，所以期待現(xiàn)場鉆芯試件的強度等同于設(shè)計強度是不怎么切合實際的。因此，該標(biāo)準(zhǔn)認(rèn)為，如果混凝土現(xiàn)三個鉆芯試件的平均值至少與設(shè)計強度的 85% 相等，且沒有任何一個鉆芯試件強度低于設(shè)計強度的 75% 時，混凝土鉆芯強度可以被評定為合格。

2　實例對比

某試驗墻冬季各齡期的鉆芯強度值選取 15 組進行數(shù)據(jù)分析，分析結(jié)果見表 4。采用上述不同的檢測評定方法對其進行強度評定，見表 5。

表4　某試驗墻的相應(yīng)齡期鉆芯強度值　MPa

表 5　不同檢測評定方法的檢測結(jié)果對比

根據(jù)表 5 我國和美國、歐盟的結(jié)構(gòu)實體鉆芯檢測方法的對比結(jié)果可以看出：（1）在低強度等級混凝土（C30/C40）的現(xiàn)場結(jié)構(gòu)鉆芯檢測評定中，三個標(biāo)準(zhǔn)的評價結(jié)果基本一致，從數(shù)據(jù)上來看美國標(biāo)準(zhǔn) ACI 318M-05 相對寬松，這可能是和美國 ACI 318M-05 對混凝土的配制強度計算方式不同所引起的。

（2）采用不同的檢測評定方法，對同一批樣本數(shù)據(jù)，會產(chǎn)生不同的評定結(jié)果，甚至是相反的結(jié)論。同時，相比較而言，當(dāng)檢測批樣本分布較為均勻，即樣本標(biāo)準(zhǔn)差較小時，不同檢測評定方法得出的結(jié)果是一致的。因此，在進行混凝土抗壓強度檢測評定時，要明確采用的標(biāo)準(zhǔn)和適用條件，當(dāng)標(biāo)準(zhǔn)差過大時，應(yīng)加強注意分析。

（3）對于數(shù)據(jù)分布不均勻，標(biāo)準(zhǔn)差較大的高強度混凝土，在日常進行強度檢測評定時可以借鑒其評定方法，或者采用檢驗批的均值作為混凝土的強度推定值，減小混凝土強度的誤判概率。

（4）同時根據(jù)上表的檢測評定結(jié)果，早期混凝土強度檢測評定不符合設(shè)計要求，但是經(jīng)過后期強度的發(fā)展會滿足設(shè)計要求，結(jié)合現(xiàn)在混凝土采用大摻合料技術(shù)的實際情況，可以適當(dāng)延長現(xiàn)場結(jié)構(gòu)實體強度檢測的齡期，發(fā)揮礦物摻合料的火山灰活性效應(yīng)，真實反映混凝土的后期實際強度。

3　結(jié)論

（1）根據(jù)上述分析，混凝土抗壓強度不同的檢測評定方法會產(chǎn)生不同的檢測評定結(jié)果，極端情況會出現(xiàn)截然相反的結(jié)果。

（2）在進行混凝土抗壓強度檢測評定時，應(yīng)注意明確檢測評定標(biāo)準(zhǔn)和適用條件，采用適宜的方法進行混凝土抗壓強度檢測評定。

（3）對于高強度、高標(biāo)準(zhǔn)差的檢驗批的強度評定，可以借鑒國際標(biāo)準(zhǔn)進行，或者在有依據(jù)的條件下采用平均值進行評定，減少誤判概率。

[1] CECS 03：2007．鉆芯法檢測混凝土強度技術(shù)規(guī)程[S]．

[2] PrEN1371-2003. Assessment of in-situ compressive strength in structure and precast concrete componts．

[3] EN12504-1．Testing concrete in structures –Part 1:Cored speciments-Taking．examining and testing in compression．

[4] ACI 318M-05. Building code requirements for structural concrete and commentary[S]．

［通訊地址］湖北省武漢市湖北省建筑工程質(zhì)量監(jiān)督檢驗測試中心（430070）

周建文，男，工程師。