衬砌混凝土强度检测钻芯法

隧道养护与维修第十一讲之主讲人：欧阳艳

——衬砌混凝土强度检测

钻芯法衬砌强度检测——钻芯法

钻芯法是利用钻机从结构混凝土中钻取芯样,以检测混凝土强度或观察混凝土内部质歉的方法。由于它对结构混凝土造成局部损伤，因此是一种半破损的现场检测手段。这种方法在国外的应用已有几十年的历史，前苏联从1956年开始就利用钻取的芯样,评定道路和水工工程混凝土的质量,并且于1967年颁布了钻取芯样方法的国家标准。钻芯法简介衬砌强度检测——钻芯法

英国、美国、德国、比利时和澳大利亚等国分别制定了有钻取混凝土芯样进行强度试验的标准。国际标准化组织也提出了“硬化混凝土芯样的钻取检查和抗压试验”国际化标准草案。国外应用衬砌强度检测——钻芯法

解放前，在我国就已经开始使用钻芯法检测混凝土路面的厚度，1948年制定有“钻取混凝土试体长度之检验法”。解放后我国曾有一些单位利用地质钻探机，对水工工程,大型基桩或基础等结构钻取混凝土芯样进行抗压强度、抗折强度及内部缺陷的检验。但是作为一种现场检测混凝土抗压强度的专门技术的研究并使其标准化的工作,还是从1980年开始的，另一方面，在钻芯机、人造金刚石薄壁钻头、切割机及其配套使用的机具研制和生产方面也已取得了很大的进展，现在国内已可生产几十种型号的钻机，几十种规格的钻头可供选择和使用。国内应用衬砌强度检测——钻芯法

利用钻芯法检测混凝土抗压强度，无需进行某种物理量与强度之间的换算，是一种直观、可靠和准确的方法，但由于在检测时总是对结构混凝土造成局部损伤，而且成本较高，因此大量取芯样往往受到一定限制。近年来国内外都主张把钻芯法与其他非破损检测方法综合使用，一方面利用非破损法可以大量测试而不损伤结构的特点，另一方面有可利用钻芯法提髙非破损测强精度，使二者相辅相成。评价衬砌强度检测——钻芯法

目前，由中国工程建设标准化委员会已批准发行了《钻芯法检测混凝土强度技术规程这一方法已在结构混凝土的质量检测中得到了普遍的应用，取得了明显的经济效益，达到了一个新的水平。评价衬砌强度检测——钻芯法

用钻芯法检测混凝土的强度、裂缝、接缝、分层、孔洞或离析等缺陷，具有直观、精度高等特点，因而广泛应用于工业和民用建筑、水工大琐、桥梁、公路、机场跑道等混凝土结构或构筑物的质量检测。在正常生产情况下,应按《混凝土结构工程施工及验收规范》的要求，制作立方体标准养护试块进行混凝土强度的评定和验收。只有在下列情况下才可以进行钻取芯样检测其强度，并作为处理混凝土质量事故的主要技术依据。应用及特点衬砌强度检测——钻芯法

1)对立方体试块的抗压强度产生怀疑。其一是试块强度很高，而“构混凝土的外观质量很差，其二是试块强度较低而结构外观质量较好或者是因为试块的形状、尺寸、养护等不符合要求，而影响了试验结果的准确性。2)混凝土结构因水泥、砂石质量较差或因施工、养护不良发生了质量事故。应用及特点衬砌强度检测——钻芯法

3)采用超声、回弹等非破损法检测混凝土强度时，其测试前提是混凝土的内外质量基本一致,否则会产生较大误差，因此在检测部位的表层与内部的质量有明显的差异、火灾、硬化期间遭受冻害的混凝土均可采用杀芯法检测其强度。应用及特点衬砌强度检测——钻芯法

4)使用多年的老混凝土结构，如需加固改造或因工艺流程的改变荷载发生了变化需要了解某些部位的混凝土强度。5)对施工有特殊要求的结构和构件，如机场跑道测厚度等。用钻取的芯样除可进行抗压强度试验外，也可进行抗劈强度、抗冻性、抗渗性、吸水性及重度的测定。此外，并可检测混凝土的内部缺陷，如裂缝深度，孔洞和疏松大小及混凝土中粗集料的级配情况等。应用及特点衬砌强度检测——钻芯法

试验表明，当混凝土的龄期过短或强度没有达到10Mpa时，在钻芯过程中容易破坏砂浆与集料之间的黏结力，钻出的芯样表面变得比较粗糙,甚至很难取出完整芯样，因此在钻芯前，应根据混凝土的配合比，龄期等情况对混凝土强度予以预测,以保证钻芯工作是顺利进行和检测结果的准确性。应用及特点衬砌强度检测——钻芯法

钻芯法检测混凝土质量除具有直观、可靠、精度高和应用广外，它也有一定的局限性：钻芯时对结构造成局部损伤，因而对于钻芯位置的选择及钻芯数量等均受到一定限制，而且它所代表的区域也是有限的；钴芯机及芯样加工配套机具比较笨重移动不够方便,测试成本也较高；钻芯后的孔洞需要修补,尤其当钻断钢筋时更增加了修补工作的困难。应用及特点衬砌强度检测——钻芯法

①钻芯机组成：混凝土钻孔芯机应满足《混凝土钻孔取芯机技术条件》(钻机主要由底座、立柱、减速箱、输出轴、进给箱、进给手柄、电动机(汽油机)和冷却系统等组成。②类型：混凝土钻芯机分轻便型、轻型、重型和超重型4类。工作时将人造金刚石空心薄壁钻头安装在钻机输出轴上。配套设备一般有冲击钻、钢筋定位仪和芯样端部处理设备等。③钻芯机的固定方式钻取芯样时固定钻芯机的方法有配重法、真空吸附法、顶杆支撑法和膨胀锚栓法。但是从经济适用的角度，隧道混凝土取芯一般采用膨胀锚栓法。钻芯机衬砌强度检测——钻芯法

钻芯机衬砌强度检测——钻芯法

钻芯机衬砌强度检测——钻芯法

检测按《钻芯法检测混凝土强度技术规程》执行。① 钻机选取：钻芯法检测混凝土强度,以其直观准确而成为其他检测方法的校验依据。但钻芯法对构件的损伤较大检测成本高，因而难以大量使用。为了克服这些缺点，采用小直径芯样进行检测成为发展方向。目前最小的芯样直径可以达到25mm。但小直径芯样的强度试验数据离散较大，需要通过增加检测数量才能达到标准芯样检验效果。啻用的小直径芯样一般为50~75mm。要求芯样直径为粗集料直径三倍。检验方法衬砌强度检测——钻芯法

②钻芯数量:取芯属半破损检测法，对结构的完整性有一定的影响,尤其对已经有一定破损的在役结构来说，取芯数量更应加以控制。《钻芯法检测混凝土强度技术规程》中规定，取芯数量同一批构件不得少于3个。根据以往的研究，最小于样数n与推定的最大误差有密切关系，一般以n≥5为宜,取芯位置应在整个结构上均匀布置。检验方法衬砌强度检测——钻芯法

③芯样加工及测量:从钻孔中取出的芯样试件的尺寸一般不满足尺寸要求，必须进行切割加工和端面修补后，才能够进行抗压强度试验。芯样试件尺寸要求为：用直径和高度均为100mm的圆柱体标准试件。水泥砂浆补平层厚度不宜大于5mm。其他控制指标有端面平整度、垂直度、直径偏差等检验方法衬砌强度检测——钻芯法

④影响因素：由于钻芯法的测定值就是圆柱状芯样的抗压强度，即参考强度或现场强度。所以，钻芯法的关键问题是如何用适当的机具钻取合格的芯样。混凝土芯样的抗压强度除了受到钻机、锯切机等设备的质量和操作工艺的影响外,还受到芯样本身各种条件的影响。如芯样直径的大小、高径比、端面平整度、端面与轴线间的垂直度、芯样的湿度等。检验方法衬砌强度检测——钻芯法

另外,还有一个不可忽略的因素，即芯样中钢筋对抗压强度的影响。芯样在进行抗压试验时，其轴线方向承受压力,因此,不允许存在与轴线相互平行的钢筋，这一点在《钻芯法检测混凝土强度技术规程》中非常明确但对于与轴线垂直的钢筋，各国有各自的标准规定。有关试验表明，当难于避开钢筋时，芯样最多只允许有两根直径大于10mm的钢筋存在，否则影响到抗压强度。检验方法衬砌强度检测——钻芯法

由于钢筋直径小且数量少,影