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浅谈采用钻芯法检测混凝土强度应注意的问题

随着我国交通业的快速发展,无损检测技术在公路工程建设中的应用也越来越广泛。无损检测的现场性、实用性、快速性等特点,为公路工程质量的监控提供了先进的科学手段,发挥着越来越重要的作用。无损检测技术采用的方法有回弹法、拔出法、钻芯法、超声法、超声回弹综合法等,因其设备简单,操作方便,且不会损伤混凝土结构的使用性能和形态,广泛应用于公路工程检测中。特别是一些桥梁重要的结构或构件,在以标准试块测定值为代表来评判工程质量的基础上,运用无损检测结果比较既可验证试块的真实性,也可反映出建筑物的真实质量和差异,是工程评定和质量评估的重要依据。目前采用的几种混凝土测强方法,可见,钻芯法误差范围最小。钻芯法是利用混凝土钻芯机,直接从所需检测的结构或构件上钻取混凝土芯样,按有关规范加工处理后,进行抗压试验,根据芯样的抗压强度推定结构混凝土立方体抗压强度的一种局部破损的检测方法,因直观、可靠、准确度高而广泛运用于混凝土结构现场质量检测中。但钻芯法在实际应用中也遇到了许多问题,如取样部位不当时轻则削弱构件承载力,重则损伤主筋或钻断主筋。为避免取芯对结构安全造成影响,结合多年从事工程检测的实践谈谈钻芯法在钢筋混凝土结构检测中应注意的若干问题。

1、钻芯取样部位的选择

在混凝土结构中,同一结构层次混凝土强度等级相同,结构或构件浇筑日期相同类型的有很多,在选取芯样部位时,(1)应选择受力较小的构件钻取芯样,一般工程,挑梁的混凝土受力比较小,可选在挑梁的拖梁上钻取芯样。(2)如果是框架梁,当梁截面高度h≥500mm时,钻芯部位可选在中和轴上弯矩M=0处或者梁跨中部和中轴以下部分,梁截面高度h<500mm时,则取在中和轴上弯矩M=0处,而不能在梁跨中部和中轴以下部位取。当梁截面高度较小时,跨中混凝土受压受托区高度也较小,容易误取受压区混凝土而影响构件安全使用。理论上弯矩M=0处的混凝土不受力,钻取芯样后,对构件影响甚微,梁跨中部和中轴以下部分混凝土只受拉,接钢筋混凝土计算原理,该处抗拉由钢筋承担,混凝土只与钢筋粘结、起保护作用。当然,在实际操作过程中,工程现场不可能提供构件弯矩图,必须根据结构力学知识,迅速判断出构件弯矩M=0处的大致位置,对一般的框架梁,在梁跨1/3处受力比较小。同时,利用钢筋定位仪测出钢筋的具体位置,避免伤及受力钢筋。(3)如果是柱,无论是轴向受力或偏心受力柱,钻芯部位都可选在柱的纵横轴线交点处即柱中,因为柱混凝土是从下到上进行浇捣的,振捣后,柱的下半部石子偏多而上半部则偏少,一般说来下半部的混凝土强度要高于上半部,此处对受力偏心柱来说,弯矩M=0处也大致在柱中位置,因此,钻芯部位选在柱中,既最能代表该柱混凝土实际质量,又可减少柱的损伤。(4)如果是预应力混凝土构件,按预加应力的方法不同分先张法和后张法,二类后张法的受弯构件(构件宽b≤250mm),在没有张拉前可在构件中和轴弯矩M=0处钻取芯样,钻芯深度不宜过长,尽量控制在120mm,绝对不能在两端的锚固区钻取。(5)如果切实要钻穿钢筋一定要和设计人员商量,找出受力最小的地方,减小对结构的破坏。

2、对芯样尺寸的规定

通常我们所采用的芯样直径100mm或150mm,《钻芯法检测混凝土强度技术规程》(CECS03:1988)第3.0.4条规定“钻取的芯样直径一般不宜小于骨料最大粒径的3倍,在任何情况下不得小于骨料最大粒径的2倍”。但在实际工程检测中,还需灵活运用。一定要根据粗骨料粒径和结构配筋率选取芯样尺寸,如果盲目选取大直径的芯样,即使采用钢筋定位仪,伤到主筋、钻断主筋的现象也会时有发生,特别是桥梁立柱,结构配筋率比较高,混凝土中钢筋的间距多在100~150mm之间。加上钢筋直径以及位置偏差带来的影响,钻取芯样时很难避开主筋,不仅损伤钻头,也给修复带来困难。虽然我国目前对小芯样检测混凝土强度还有较多的争议,如离散性高;芯样切割难度较大、容易损伤;混凝土内部的缺陷影响程度较高等,但如果结合粗骨料使用情况,增加小芯样的取芯数量、采用合适的高径比等,用75mm内径钻取芯样的方法检测混凝土是可以做到较高的测试精度。在采用钻芯法检测混凝土强度时,对芯样尺寸,一定要根据构件的实际情况,灵活机动,尽可能采用的芯样直径100mm或150mm,但在特殊的情况下经过协商可以采用小直径钻孔。

3、钻芯机位置的固定

钻芯机位置的固定最容易被人们忽视。在实际检测过程中,我们一般采用膨胀螺丝固定法,钻筒高速的运转使混凝土产生的强烈磨擦抖动,如果混凝土强度比较低的话,使得取芯机往往较难固定,所取的芯样往往容易出现芯样缩径、缺边、少角、倾斜及喇叭口变形、端面与轴线的不垂直度超过2°等缺陷,造成混凝土检测强度与实际强度偏差较大,影响对结构作出真实评价,导致出现误判。因此,在固定钻芯机的时侯,要经常检查钻芯机是否松动,及时调整。要确保在钻芯机主轴的旋转轴线与被钻取芯样的混凝土表面相垂直的情况下,才能进行钻取芯样工作。不宜在强度低于10MPa的混凝土上钻芯,否则钻芯机较难固定。

4、应注意的几点问题

4.1混凝土面板一类的构件,钻取芯样后应切去明显的浇筑面,浇筑面强度不同于混凝土构件强度;绝对避免在混凝土施工缝处即二次混凝土浇捣结合处钻取芯样,此处混凝土不具有代表性;钻芯时钻筒壁离钢筋的距离应大于钢筋直径,以免影响钢筋和混凝土的粘结力或切断钢筋;要避开主筋、预埋件和管线的位置,并尽量避开其它钢筋。

4.2芯样在试验前一定要对其几何尺寸作下列测量:平均直径、芯样高度、垂直度、平整度等,这点在实际检测过程中最容易被忽视。

4.3结构或构件钻芯后所留下的孔洞要及时修补,很多人认为这不影响结构安全和美观,不必修补。如果没有修补回造成孔洞周围的钢筋保护层不够,容易锈蚀。采用钻芯检测混凝土强度,一定要十分注意所选择混凝土结构或构件的检测部位,并根据粗骨料粒径和结构配筋率,选取适当的芯样尺寸。只有做好了这些基础工作,才能真正发挥钻芯法的检测作用。

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