胡在良，李晉平，張佰戰(zhàn)

(中國鐵道科學研究院鐵道建筑研究所，北京 100081)

混凝土抗壓強度是混凝土工程質(zhì)量控制的主要指標，其主要檢查手段為:標準養(yǎng)護、同條件養(yǎng)護預留試件的檢驗與評定及結(jié)構(gòu)混凝土實體強度的檢測檢驗。其中結(jié)構(gòu)混凝土實體強度檢測通常采用鉆芯法、回彈法及超聲回彈綜合法?；貜椃ㄅc超聲回彈綜合法為無損檢測方法，不對結(jié)構(gòu)造成破損，具有簡便快捷、操作方便等優(yōu)點，但測試誤差比較大;鉆芯法為局部破損檢測法，具有測試結(jié)果誤差小、直觀、能真實反映混凝土強度等優(yōu)點，也作為無損檢測結(jié)果的驗證手段，當對回彈法與超聲回彈綜合法檢測結(jié)果有疑問時，通常采用鉆芯法進行評定，同時也作為構(gòu)件質(zhì)量評定、驗收，以及有關部門對結(jié)構(gòu)構(gòu)件是否需要進行加固處理或拆除的主要依據(jù)。

本文通過對不同行業(yè)規(guī)范的比較，并結(jié)合近年來大量鉆芯檢測的工作經(jīng)驗，分析國際、鐵路、公路、港口規(guī)程在混凝土強度評定時的差異及優(yōu)缺點，提出完善鐵路規(guī)程需要研究的問題。

1 混凝土鉆芯法評定

由芯樣試件得到的混凝土抗壓強度值為結(jié)構(gòu)混凝土在檢測齡期相當于邊長為150 mm立方體試塊抗壓強度。CECS03:88條文說明第6.0.1指出，強度換算值不等于在施工現(xiàn)場取樣、成型、與構(gòu)件同條件養(yǎng)護試塊的抗壓強度值，也不等于標準養(yǎng)護28 d的試塊抗壓強度值，它只代表構(gòu)件混凝土的芯樣試件在測試齡期的抗壓結(jié)果轉(zhuǎn)換成邊長150 mm立方體試塊的實際強度值。

1.1 中國工程建設標準化協(xié)會標準《鉆芯法檢測混凝土強度技術(shù)規(guī)程》(CECS03:2007)

鉆芯法可用于確定檢測批或單個構(gòu)件的混凝土強度推定值，芯樣試件的數(shù)量應根據(jù)檢測批的容量確定，標準芯樣試件的最小樣本容量不少于15個。檢測批強度推定區(qū)間的上限值和下限值分別為

式中，fcu，e1，fcu，e2分別為強度推定上限值和下限值;k1，k2分別為推定區(qū)間上限值系數(shù)和下限值系數(shù)，由CECS03:2007附錄B確定;fcu，m為芯樣抗壓強度平均值;S為樣本標準差。

1)根據(jù)式(1)確定檢測批推定區(qū)間，且以上限值作為檢測批混凝土強度的推定值時，可剔除芯樣試件抗壓強度樣本中的異常值，當確有試驗依據(jù)時，可對芯樣試件抗壓強度樣本的標準差S進行符合實際情況的修正或調(diào)整。

2)按單個構(gòu)件評定時，不進行數(shù)據(jù)舍棄，按有效芯樣試件混凝土抗壓強度值中的最小值確定。

1.2 《港口工程混凝土非破損檢測技術(shù)規(guī)程》(JTJ 272—99)

混凝土芯樣試件強度值按JTJ 272—99第5.4.8折算，fcure=fcur/K0。fcure為相當于邊長150 mm立方體試件的抗壓強度推定值，fcur為芯樣試件抗壓強度代表值，K0為換算系數(shù)，見表1。

表1 K0取值

按驗收批判定，當測區(qū)(芯樣)數(shù)n≥5時，能同時滿足式(2)可判定為合格，反之，則初步判定為不合格。按單個構(gòu)件判定，當構(gòu)件內(nèi)的測區(qū)數(shù)n=3～4個時，同時滿足式(3)可判定為合格，反之判定為不合格。

式中，fcu，k為混凝土立方體抗壓強度標準值;fcue，min為同一驗收批測區(qū)混凝土強度最小值;［σ0］為混凝土立方體強度的標準差平均水平;ηD，ηc為系數(shù)，分別見表2和表3;mf為芯樣抗壓強度平均值;sf為樣本標準差。

表2 ［σ0］或 ηD值

表3 ηc值

1.3 鐵路、公路行業(yè)規(guī)程

1)鐵路工程執(zhí)行《鐵路工程結(jié)構(gòu)混凝土強度檢測規(guī)程》(TB 10426—2004)，該規(guī)程無檢驗批評定的相關規(guī)定，對單個構(gòu)件或單個構(gòu)件局部區(qū)域的混凝土強度推定值的規(guī)定與CECS03:2007相同，取為芯樣試件混凝土強度換算值中的最小值。

2)公路工程執(zhí)行《鉆芯法檢測混凝土強度技術(shù)規(guī)程》(CECS03:2007)。

1.4 鐵路與其它行業(yè)規(guī)程比較

1.4.1 按單個構(gòu)件評定

1)除JTJ 272—99外，其余規(guī)程混凝土強度推定值取芯樣試件混凝土強度換算值中的最小值，未做合格性評價，當混凝土強度推定值小于設計混凝土立方體抗壓強度標準值時，則判定為不合格。

2)采用JTJ 272—99時，強度推定值為芯樣換算值除以0.82～0.90，以C25～C40混凝土為例，芯樣混凝土需滿足強度平均值mf≥fcu，k+4.5，且混凝土強度最小值 fcue，min≥fcu，k－2.25，否則判定為不合格。可見，JTJ 272—99對芯樣強度測試值除以0.82～0.90進行放大修正，且考慮了樣本偏差對評定的影響，當一個構(gòu)件取3個芯樣強度離散性(偏差)大時，易出現(xiàn)不合格。與其它規(guī)程相比，JTJ 272—99評定標準低10%～18%。

1.4.2 按檢測批評定

鐵路標準未給出按檢測批評定的措施與規(guī)定，而其它規(guī)程有具體方法和評定標準，鐵路標準有待補充完善。

1.4.3 其它方面

鐵路工程部分構(gòu)件鋼筋比較密集，以車站站房工程、橋梁墩臺、梁等結(jié)構(gòu)構(gòu)件為例，鋼筋間距一般為100 mm左右，當結(jié)構(gòu)強度存在疑問或無損檢測結(jié)果存在疑問時，需要采用鉆芯法確定強度，但受鋼筋間距和鋼筋直徑的限制，很難鉆取標準芯樣，故有必要鉆取小芯樣進行強度檢測。因此，有必要增加小芯樣檢測的有關內(nèi)容。

2 混凝土強度檢驗與評定

2.1 國家標準強度試驗、強度評定標準要點

1)《普通混凝土力學性能試驗方法標準》(GB/T 50081—2002)第2.0.2條規(guī)定，普通混凝土力學性能試驗應以3個試件為一組，每組試件所用的拌合物應從同一盤混凝土或同一車混凝土中取樣。第6.0.5條規(guī)定，取3個試件測值的算術(shù)平均值作為每組試件的強度代表值;當一組試件中的強度的最大值或最小值與中間值的差值超過15%時，則把最大及最小值一并舍除，取中間值作為每組試件的強度代表值;當一組試件中強度最大值和最小值與中間值的差值均超過15%時，則該組試件的試驗結(jié)果無效。

交通行業(yè)標準JTG E30—2005與GB/T 50081—2002寫法相同。

2)《混凝土強度檢驗與評定標準》(GB/T 50107—2010)中強度代表值計算與GB/T 50081第6.0.5條相同。根據(jù)強度代表值，采用統(tǒng)計方法及非統(tǒng)計方法進行混凝土強度評定。

①一個檢驗批的樣本容量為連續(xù)的3組試件，采用統(tǒng)計方法評定，其強度應同時符合以下規(guī)定

②當樣本容量不少于10組時，采用統(tǒng)計方法評定，其強度應同時符合以下規(guī)定

③當樣本容量少于10組時，采用非統(tǒng)計方法評定，其強度應同時符合以下規(guī)定

式中，fcu，k為混凝土立方體抗壓強度標準值;S，fcue，min分別為同一驗收批測區(qū)混凝土強度標準差和最小值;σ0為檢驗批混凝土立方體強度的標準差，mf為同一檢驗批混凝土立方體抗壓強度平均值。λ1，λ2，λ3，λ4為合格性評定系數(shù)，見表4和表5。當檢驗結(jié)果滿足式(4)～式(6)的規(guī)定時，則該批混凝土強度應評定為合格;當不能滿足上述規(guī)定時，則評定為不合格。

表4 λ1，λ2取值

表5 λ3，λ4取值

2.2 鐵路混凝土工程施工質(zhì)量驗收標準(TB 10424—2010)

1)對普通混凝土的規(guī)定與國標《混凝土結(jié)構(gòu)工程施工質(zhì)量驗收規(guī)范》(GB 50204—2002)相同。

①控制內(nèi)容:混凝土的強度等級、混凝土同條件養(yǎng)護試件的抗壓強度必須符合設計要求;

②試驗方法與執(zhí)行標準:《普通混凝土力學性能試驗方法標準》(GB/T 50081—2002)、《鐵路混凝土強度檢驗評定標準》(TB 10425—94)。目前TB 10425—94的多處術(shù)語已過時，這些術(shù)語與GBJ 107—87基本一致，而GBJ 107—87已廢止，現(xiàn)執(zhí)行《混凝土強度檢驗與評定標準》(GB/T 50107—2010)。

③強度評定:同條件養(yǎng)護試件檢驗時，可將同組試件的強度代表值乘以折算系數(shù)1.1后取用。

2)對噴射混凝土規(guī)定如下

①控制內(nèi)容:早期強度應符合設計要求、噴射混凝土強度必須符合設計要求;

②試驗方法與執(zhí)行標準:TB 10424附錄K噴大板切割法制作立方體試塊，當對強度有懷疑時，也可鉆孔取芯制作φ100 mm試件;執(zhí)行《普通混凝土力學性能試驗方法標準》(GB/T 50081—2002)、《鐵路混凝土強度檢驗評定標準》(TB 10425—94)、《鐵路工程結(jié)構(gòu)混凝土強度檢測規(guī)程》(TB 10426—2004)。鉆芯法執(zhí)行TB 10426。

2.3 公路混凝土強度驗收執(zhí)行《公路工程質(zhì)量檢驗評定標準》(JTG F80/1—2004)

1)水泥混凝土抗壓強度的合格標準

①試件≥10組時，應以數(shù)理統(tǒng)計方法按下述條件評定

式中，Rn，Sn，Rmin分別為同批n組試件強度平均值、標準差、強度最低一組的值;R為混凝土設計強度等級;K1，K2為合格性判定系數(shù)，見表6。

表 6 K1，K2取值

②試件＜10組時，非統(tǒng)計方法按下述條件評定

2)噴射混凝土抗壓強度評定(采用噴大板切割法制作立方體試塊)

①試件組數(shù)≥10組時，試件抗壓強度平均值不低于設計值，且任一組試件抗壓強度不低于0.85倍的設計值;

②試件組數(shù)＜10組時，試件抗壓強度平均值不低于1.05倍的設計值，且任一組試件抗壓強度不低于0.9倍的設計值。

2.4 不同行業(yè)驗收規(guī)程對比分析

1)各行業(yè)混凝土立方體試件制作與試驗方法均執(zhí)行國標《普通混凝土力學性能試驗方法標準》(GB/T 50081—2002)。

2)鐵路工程混凝土強度評定與舊國標《混凝土強度檢驗與評定標準》(GB/T 50107—88)相同。

3)鐵路標準(或國家標準)與公路標準的差異:對于工程常用普通混凝土，強度等級一般小于C60，鐵路行業(yè)與公路行業(yè)混凝土強度評定對比見表7。

表7 鐵標、公路標準混凝土強度評定對比

表7表明:對于普通結(jié)構(gòu)混凝土，國家標準、鐵路標準、公路標準雖有局部差異，但是差別不大;對于噴射混凝土，鐵路標準比公路標準嚴格，公路標準比鐵路強度評定標準低約10%。

對于結(jié)構(gòu)實體混凝土檢驗，鐵標TB 10424—2010與國標GB 50204—2002，方法基本相同，且均提出同條件養(yǎng)護試件檢驗時，可將同組試件的強度代表值乘以折算系數(shù)1.1后取用。

3 分析與探討

3.1 鉆芯法單個構(gòu)件評定

1)TB 10426—2004與CECS03:2007是按芯樣試件混凝土強度的最小值進行混凝土強度推定的，而JTJ 272—99進行了芯樣強度放大修正，給出了芯樣試件的平均值及最小值限制，且JTJ 272—99考慮了樣本偏差對評定的影響。采用《港口工程混凝土非破損檢測技術(shù)規(guī)程》(JTJ 272—99)評定寬松一些。

2)確定檢測批混凝土強度推定值時，可剔除芯樣試件抗壓強度樣本中的異常值，當確有試驗依據(jù)時，可對芯樣試件抗壓強度樣本的標準差S進行符合實際情況的修正或調(diào)整，但按單個構(gòu)件評定時，不進行數(shù)據(jù)舍棄。因此，鐵路行業(yè)按單個構(gòu)件評定混凝土強度時偏于嚴格，如果數(shù)據(jù)離散，容易出現(xiàn)不合格，不能準確反映實體強度真值，以此評定為不合格是否合理，值得商榷。

以某隧道襯砌混凝土強度檢測數(shù)據(jù)為例，設計強度C35，采用不同標準時的評定差異見表8。

表8 某隧道襯砌混凝土強度檢測典型數(shù)據(jù)分析

當采用JTJ 272—99時，編號 S1推定值平均值43.1/0.88=49.0 MPa，最小值 34.5/0.88=39.2 MPa，強度合格;編號S2推定值平均值48.0/0.88=54.5 MPa、最小值 29.4/0.88=33.4 MPa ＞(35－2.25)MPa，強度合格。顯然，表8中的強度平均值分別為43.1 MPa和48.0 MPa，遠大于C35混凝土強度標準值，但最低值又小于標準值，單純以最低值評定為不合格或合格是否合理，有待商榷。

3)舊版規(guī)程CECS03:88條文說明第6.0.1指出，根據(jù)國外的一些試驗結(jié)果，由于受到施工、養(yǎng)護等條件的影響，結(jié)構(gòu)混凝土強度一般僅為標準強度的75% ～80%左右，國際標準草案為75% ～85%。據(jù)中國建筑科學研究院對試驗用墻板的取芯試驗證明，齡期28 d的芯樣試件強度換算值僅為標準強度的86%，為同條件養(yǎng)護試塊的88%。可見，JTJ 272—99的評定辦法，考慮了此因素，將芯樣強度除以0.82～0.90修正為標養(yǎng)立方體試塊后進行強度評定。

新版規(guī)程《鉆芯法檢測混凝土強度技術(shù)規(guī)程》CECS03:2007條文說明第7.0.5指出，同品種混凝土的標準養(yǎng)護立方體試塊抗壓強度與自然養(yǎng)護構(gòu)件中鉆取的標準芯樣試件的抗壓強度之間沒有固定的換算關系，有時前者略高，有時后者略高。

3.2 鉆芯法與預留同條件養(yǎng)護試件強度評定的差異

1)以單個構(gòu)件進行鉆芯法評定時，采用單個芯樣強度值作為樣本，不進行誤差處理(剔出異常值或按組評定)，因此強度推定值偏低，其評定方法有必要進一步研究。

2)預留同條件養(yǎng)護試件強度評定，執(zhí)行《普通混凝土力學性能試驗方法標準》(GB/T 50081—2002)，根據(jù)《混凝土強度檢驗與評定標準》(GB/T 50107)進行評定，且同條件養(yǎng)護試件檢驗時，可將同組試件的強度代表值乘以折算系數(shù)1.1后取用。

假定結(jié)構(gòu)構(gòu)件中鉆取的標準芯樣試件的抗壓強度與預留自然養(yǎng)護標準立方體試件強度相當，由于同條件養(yǎng)護試件檢驗時其強度代表值乘以折算系數(shù)1.1進行放大修正，且芯樣取最低值，則采用鉆芯法評定比預留立方體試件強度評定要嚴格得多。

3.3 鉆芯檢測的影響因素分析

鉆芯法檢測結(jié)果主要受芯樣的鉆取、加工、試驗等因素的影響。在鉆芯取樣過程中，由于設備精度、鉆機固定、鉆頭缺損等因素，或操作不當導致鉆取過程中鉆機顫抖及卡鉆，造成芯樣圓柱面出現(xiàn)波紋狀或混凝土微損傷，使芯樣強度有所降低。另外芯樣試件的濕度條件、強度試驗控制不合理，均會導致結(jié)果偏差。

一般情況下，結(jié)構(gòu)實體混凝土芯樣強度的離散性比實驗室成型標養(yǎng)或同條件養(yǎng)護成型的要大，GB/T 50081—2002實驗室成型立方體試件允許最大值或最小值與中間值的偏差不大于15%，結(jié)構(gòu)實體混凝土芯樣試件的允許偏差就更大。

4 結(jié)論與建議

鉆芯法是結(jié)構(gòu)實體混凝土強度評定或無損檢測爭議處理最直接、最可靠的檢測方法，如何準確測得混凝土真實強度，做出合理評價，是鉆芯法檢測的工作重點。本文通過對不同行業(yè)規(guī)范的分析比較，并結(jié)合近年來大量鉆芯檢測的工作經(jīng)驗，主要分析了國標、公路、交通、港口規(guī)程在混凝土強度評定時的差異及優(yōu)缺點。

目前我國大規(guī)模建設高速鐵路及重載鐵路，工程結(jié)構(gòu)混凝土設計強度等級有所提高且大量采用高性能混凝土，基于工程檢測與驗收需要，有必要開展以下研究，為相關檢測規(guī)程的修訂提供參考數(shù)據(jù)。

1)開展混凝土立方體試件與芯樣試件強度的關系研究，準確評價結(jié)構(gòu)混凝土實體強度。

2)開展小芯樣試驗研究，研究其強度規(guī)律，以進行特殊混凝土構(gòu)件(受力大、構(gòu)件小、鋼筋密集)鉆芯法檢測，為標準制定提供科研數(shù)據(jù)。

3)開展評定方法的相關研究，使鉆芯評定與預留試件評定具有一致性或相同的評定理論，減少檢測爭議，科學評價混凝土質(zhì)量。

［1］ 中華人民共和國鐵道部．TB 10426—2004 鐵路工程結(jié)構(gòu)混凝土強度檢測規(guī)程［S］．北京:中國鐵道出版社，2004．

［2］ 中華人民共和國鐵道部．TB 10425—94 鐵路混凝土強度檢驗評定標準［S］．北京:中國鐵道出版社，1994．

［3］ 中華人民共和國鐵道部．TB 10424—2010 鐵路混凝土工程施工質(zhì)量驗收標準［S］．北京:中國鐵道出版社，2010．

［4］ 中華人民共和國建設部．GB/T 50107—2010 混凝土強度檢驗與評定標準［S］．北京:中國建筑工業(yè)出版社，2010．

［5］ 中華人民共和國建設部．GB 50204—2002 混凝土結(jié)構(gòu)工程施工質(zhì)量驗收規(guī)范［S］．北京:中國建筑工業(yè)出版社，2002．

［6］中國工程建設標準化委員會．CECS03:2007鉆芯法檢測混凝土強度技術(shù)規(guī)程［S］．北京:中國建筑工業(yè)出版社，2007．

［7］ 中國工程建設標準化委員會．CECS03:88 鉆芯法檢測混凝土強度技術(shù)規(guī)程［S］．北京:中國建筑工業(yè)出版社，1988．

［8］ 中華人民共和國交通部．JTJ 272—99 港口工程混凝土非破損檢測技術(shù)規(guī)程［S］．北京:人民交通出版社，2000．

［9］ 中華人民共和國建設部．GB/T 50081—2002 普通混凝土力學性能試驗方法標準［S］．北京:中國建筑工業(yè)出版社，2002．［10］中華人民共和國交通部．JTG F80/1—2004 公路工程質(zhì)量檢驗評定標準［S］．北京:人民交通出版社，2004．

［11］ 韓建平，王飛行，王志華．鉆芯法檢測評定混凝土的若干問題探討［J］．工程抗震與加固改造，2008，30(2):109-117．

［12］ 劉運江，王善拔，羅運峰．關于CECS03:2007《鉆芯法檢測混凝土強度技術(shù)規(guī)程》中單個構(gòu)件混凝土強度推定值的討論［J］．建筑監(jiān)督檢測與造價，2009，2(3):69-72．

［13］ 田宏圖．鉆芯檢測旋噴樁水泥土抗壓強度中的若干問題［J］．鐵道建筑，2007(4):75-76．