李琳

（太原市建設(shè)工程質(zhì)量監(jiān)督站，山西 太原 030001）

0 引言

商品混凝土因具有拌制速度快、污染小、性能穩(wěn)定、造價(jià)相對較低等特點(diǎn)而被廣泛應(yīng)用和推廣。但在具體施工時(shí)，由于澆筑和振搗等不確定性的影響因素，導(dǎo)致成型后的混凝土構(gòu)件不能達(dá)到指定齡期時(shí)的強(qiáng)度，從而會導(dǎo)致建筑在后續(xù)使用過程中出現(xiàn)相應(yīng)的不安全因素。因此，在混凝土結(jié)構(gòu)澆筑完成后，由于施工時(shí)未對混凝土材料進(jìn)行相關(guān)試驗(yàn)或建設(shè)方、監(jiān)理方等監(jiān)督部門對混凝土強(qiáng)度存在懷疑時(shí)，往往需要委托具備相應(yīng)檢測資質(zhì)的第三方檢測機(jī)構(gòu)對全樓混凝土構(gòu)件進(jìn)行相應(yīng)強(qiáng)度抽檢或指定的混凝土構(gòu)件進(jìn)行取樣，測定混凝土抗壓強(qiáng)度。通過大量的試驗(yàn)研究，在對混凝土構(gòu)件進(jìn)行鉆芯取樣時(shí)，由于混凝土構(gòu)件澆筑工藝的影響，造成不同取樣位置測試的混凝土強(qiáng)度存在偏差，從而影響最終的測試結(jié)果和公正性。本文根據(jù)大量的工程實(shí)踐和大量的試驗(yàn)數(shù)據(jù)總結(jié)出不同取樣位置對不同類型混凝土構(gòu)件強(qiáng)度的影響，并提出在進(jìn)行鉆芯取樣時(shí)應(yīng)如何選取合適的位置，以達(dá)到“公平、公正”的取樣原則。本文相關(guān)的測強(qiáng)試驗(yàn)是在商混站提供的混凝土強(qiáng)度滿足設(shè)計(jì)要求的前提下，分析取樣位置對混凝土強(qiáng)度的影響。

1 不同取樣位置對筏板基礎(chǔ)類構(gòu)件混凝土強(qiáng)度的影響

筏板基礎(chǔ)作為目前中高層建筑的主流基礎(chǔ)類型，具有整體性好、抵抗地基不均勻沉降能力強(qiáng)、抗震性能好等各種優(yōu)點(diǎn)。但在具體施工時(shí)由于筏板基礎(chǔ)厚度較厚、澆筑面積較大，若施工時(shí)澆筑不到位，易使構(gòu)件內(nèi)混凝土存在蜂窩等振搗不密實(shí)的現(xiàn)象。若筏板基礎(chǔ)混凝土澆筑正常，不存在振搗不密實(shí)等內(nèi)部缺陷和表觀缺陷，則混凝土正常澆筑時(shí)采用的是分層、分段澆筑法。由于混凝土自身的特性，澆筑完成后每層的大量粗骨料位于層底，細(xì)骨料和水泥漿浮于混凝土表面，此時(shí)每層底部的混凝土因存在大量的粗骨料而導(dǎo)致強(qiáng)度較高，每層頂部的混凝土強(qiáng)度較低。

在對筏板基礎(chǔ)進(jìn)行鉆芯取樣時(shí)，通常在筏板基礎(chǔ)的側(cè)面或頂面進(jìn)行鉆芯取樣，如鉆取芯樣的直徑為100 mm時(shí)，鉆取芯樣長度為：最外側(cè)保護(hù)層厚度+150 mm，之后再將芯樣切割加工成高為100 mm的圓柱體試件，對試件附頂后進(jìn)行試驗(yàn)。

為分析不同取樣位置對筏板基礎(chǔ)類構(gòu)件混凝土強(qiáng)度的影響，本文對某工程筏板基礎(chǔ)進(jìn)行鉆芯取樣，測試其混凝土抗壓強(qiáng)度，混凝土設(shè)計(jì)強(qiáng)度為C30，鉆取芯樣值共計(jì)100個(gè)，芯樣直徑為100 mm，鉆取長度均為200 mm，鉆取的位置分別為：①筏板基礎(chǔ)頂面；②筏板基礎(chǔ)側(cè)面某澆筑層的頂部；③筏板基礎(chǔ)側(cè)面某澆筑層的中部；④筏板基礎(chǔ)側(cè)面某澆筑層的底部；⑤筏板基礎(chǔ)側(cè)面兩澆筑層的交接位置，每個(gè)部位共取芯樣20個(gè)。各部位芯樣混凝土抗壓強(qiáng)度平均值見表1。

表1 筏板基礎(chǔ)各部位芯樣混凝土的抗壓強(qiáng)度平均值

由表1可以看出，在上述5個(gè)位置鉆取的芯樣中，⑤筏板基礎(chǔ)側(cè)面兩澆筑層的交接位置混凝土抗壓強(qiáng)度最低，為30.1 MPa；④筏板基礎(chǔ)側(cè)面某澆筑層的底部混凝土抗壓強(qiáng)度最高，為34.5 MPa，二者最大偏差為4.4 MPa，占該筏板基礎(chǔ)構(gòu)件設(shè)計(jì)強(qiáng)度的14.7%。這是由于混凝土為一種混合物，不同部位的混凝土中粗骨料的分布不同，當(dāng)粗骨料分布范圍較多且較均勻時(shí)混凝土強(qiáng)度則較高，當(dāng)粗骨料分布范圍較少且分布的離散性較大時(shí)混凝土強(qiáng)度則較低。上述5個(gè)部位中，第⑤部位的混凝土抗壓強(qiáng)度最低，在鉆芯取樣時(shí)應(yīng)避免在此類位置進(jìn)行取樣，且當(dāng)筏板基礎(chǔ)頂面具備取樣條件時(shí)應(yīng)首先對筏板基礎(chǔ)頂面進(jìn)行取樣，即①位置取樣。原因是由于：（1）筏板基礎(chǔ)作為豎向承載構(gòu)件，荷載由上而下傳輸，豎向承載力是主要承載力，而側(cè)面所受荷載較?。唬?）對筏板基礎(chǔ)進(jìn)行澆筑時(shí)，由于筏板基礎(chǔ)較厚，施工時(shí)使用分層澆筑的方法進(jìn)行澆筑，每層澆筑完成后再進(jìn)行下1層混凝土的澆筑施工，施工過程中有可能由于間隔時(shí)間超過混凝土初凝時(shí)間，而導(dǎo)致上下層混凝土連接強(qiáng)度較低，嚴(yán)重時(shí)可能產(chǎn)生冷縫，從而影響從該部位鉆取芯樣時(shí)混凝土的強(qiáng)度值；（3）筏板基礎(chǔ)側(cè)面所受荷載較小，因此該方向的混凝土強(qiáng)度值不能代表筏板基礎(chǔ)混凝土正常情況下的受力值，不宜在筏板基礎(chǔ)側(cè)面進(jìn)行鉆芯取樣。

綜上所述，在對筏板基礎(chǔ)鉆芯取樣時(shí)宜在筏板基礎(chǔ)頂面進(jìn)行取樣，將該位置的混凝土強(qiáng)度測試值作為最后的評定值。

2 不同取樣位置對梁類構(gòu)件混凝土強(qiáng)度的影響

梁類構(gòu)件作為混凝土結(jié)構(gòu)主體中的主要受彎構(gòu)件，將梁上的豎向均布荷載轉(zhuǎn)為梁端的豎向荷載和彎矩傳遞給下部的混凝土柱或混凝土剪力墻上。由于混凝土梁構(gòu)件的尺寸效應(yīng)，在承受荷載時(shí)梁上部為受壓狀態(tài)，梁下部為受拉狀態(tài)，通常情況下在梁跨度的1/3位置處其彎矩為0，因此國家相關(guān)現(xiàn)行規(guī)范和實(shí)際檢測施工時(shí)均在梁跨度的1/3位置鉆芯取樣，這樣對梁構(gòu)件受力性能影響最小。實(shí)際鉆取芯樣時(shí)，操作人員在混凝土梁跨度1/3位置的梁側(cè)上部或梁側(cè)下部鉆取芯樣。本文即根據(jù)某工程中實(shí)際取樣位置和數(shù)量作為依據(jù)分析梁跨度1/3位置的梁側(cè)上部或梁側(cè)下部的混凝土芯樣抗壓強(qiáng)度值的區(qū)別，并確定最佳鉆取芯樣的位置。某工程混凝土梁類構(gòu)件混凝土設(shè)計(jì)強(qiáng)度為C35，鉆取芯樣過程中分別在梁側(cè)上部和下部各鉆取20個(gè)直徑為100 mm的芯樣，共計(jì)40個(gè)芯樣作為判斷宜選擇鉆取芯樣的位置，具體測試值見表2。

表2 梁類構(gòu)件各部位芯樣混凝土的抗壓強(qiáng)度平均值

由表2可見，2個(gè)取樣位置的強(qiáng)度平均值相差較小，梁側(cè)上部的抗壓強(qiáng)度平均值略大于梁側(cè)下部，二者的差值占設(shè)計(jì)強(qiáng)度的1.3%，取樣位置對混凝土強(qiáng)度的影響較小。

對混凝土梁進(jìn)行澆筑施工時(shí)，由于混凝土自身特性，粗骨料會在梁底較為集中，而在梁上部分散較小，因此理論上梁底部的混凝土強(qiáng)度值應(yīng)大于頂部的強(qiáng)度值。但混凝土梁類構(gòu)件作為受彎構(gòu)件的一種類型，其底部混凝土承受拉荷載，頂部混凝土承受壓荷載。

梁底部由混凝土和鋼筋共同承擔(dān)拉荷載，混凝土抗拉強(qiáng)度較低，鋼筋抗拉強(qiáng)度較高，因此梁底部主要由鋼筋承擔(dān)拉荷載，而混凝土由于自身受拉延性變形較差，當(dāng)受到的拉應(yīng)變超過自身的極限拉應(yīng)變時(shí)即產(chǎn)生開裂，若施工時(shí)施工到位，則產(chǎn)生的開裂為肉眼不可見開裂；若施工時(shí)處理不當(dāng)，則產(chǎn)生的開裂為肉眼可見開裂。無論是否處理到位，多數(shù)混凝土梁類構(gòu)件的底部均會存在不同程度的輕微開裂，因而在該位置鉆取芯樣時(shí)，混凝土強(qiáng)度值會不同程度的降低，但由于該部位混凝土中粗骨料含量較高，又一定程度的提高了混凝土強(qiáng)度值。

梁頂部同樣也由混凝土和鋼筋共同承受壓荷載，鋼筋抗壓強(qiáng)度較低，混凝土抗壓強(qiáng)度較高，因此梁頂部主要由混凝土承擔(dān)壓荷載。但在澆筑時(shí)由于混凝土自身特性該部位混凝土中粗骨料含量較低，細(xì)骨料和水泥漿等含量較高，因此該部位的混凝土理論強(qiáng)度略低。

通過上述分析得到，在進(jìn)行鉆芯取樣時(shí)的最佳位置應(yīng)在梁側(cè)中部，而在實(shí)際操作過程中為提高鉆機(jī)的通過性，避免碰到梁內(nèi)鋼筋，通常選擇梁截面尺寸較大的梁。而截面尺寸較大的梁中部往往設(shè)置腰筋或構(gòu)造筋，因此又不能在此位置選取，只能在腰筋上下位置鉆取芯樣。

筆者認(rèn)為，在鉆取芯樣時(shí)，應(yīng)將芯樣鉆取在混凝土作為主要受力材料的位置，即梁側(cè)頂部，將該部位混凝土強(qiáng)度值作為梁構(gòu)件強(qiáng)度的最終評定值更具有實(shí)際意義，且該部位混凝土中的表觀缺陷最少（如裂縫等影響因素）。

3 不同取樣位置對柱類構(gòu)件混凝土強(qiáng)度的影響

混凝土柱作為混凝土框架結(jié)構(gòu)中的主要豎向承載構(gòu)件，承擔(dān)著承上啟下的作用。混凝土柱構(gòu)件在正常受力時(shí)主要承受豎向壓荷載，部分柱作為偏心受壓構(gòu)件。在受力過程中，框架結(jié)構(gòu)的邊柱主要承受偏心荷載，部分中柱受到不同位置傳遞的荷載差值較大時(shí)也會產(chǎn)生偏心受力，當(dāng)受到偏心荷載后柱受力較小的一面則產(chǎn)生拉應(yīng)力，而承受荷載的一面則產(chǎn)生壓應(yīng)力，相應(yīng)的也會產(chǎn)生一定的拉應(yīng)變和壓應(yīng)變，當(dāng)拉應(yīng)變超過混凝土自身材料的抵抗應(yīng)變變形能力后則會產(chǎn)生裂縫。因此，在進(jìn)行混凝土取樣時(shí)，盡量避免在受荷載較小的一面鉆芯取樣，避免拉應(yīng)力區(qū)內(nèi)的混凝土出現(xiàn)肉眼可見的裂縫或微觀裂縫而影響混凝土強(qiáng)度。在實(shí)際操作時(shí)，由于在該部位不易施工，工作人員一般也不會在該位置取樣。

一般的混凝土柱構(gòu)件截面尺寸較小，內(nèi)部主筋數(shù)量較多，因此，多數(shù)情況下使用直徑75 mm的小直徑鉆機(jī)取樣，以提高鉆機(jī)的通過性，盡可能地達(dá)到一次成功取樣，避免因碰到鋼筋而換一個(gè)位置繼續(xù)取樣，從而影響結(jié)構(gòu)的美觀，減少對結(jié)構(gòu)的破壞。取樣時(shí)，由于受混凝土柱自身受力特性影響，柱構(gòu)件自每層柱底1/3高度內(nèi)或1 m范圍內(nèi)的箍筋往往加密處理，加密后的箍筋間距通常為100 mm，該間距為上下層箍筋中心位置間的距離，實(shí)際凈距不僅受箍筋直徑的影響，同時(shí)還受施工誤差的因素影響，導(dǎo)致箍筋間的有效間距在80 mm左右，此時(shí)使用鋼筋掃描儀劃定鋼筋網(wǎng)格時(shí)也會產(chǎn)生相應(yīng)的儀器誤差和操作誤差，導(dǎo)致在該位置取樣時(shí)極易碰到鋼筋，從而對原構(gòu)件造成破壞。因此，在鉆芯取樣時(shí)為提高可操作性，一般也不會選擇在該位置取樣。

澆筑混凝土柱時(shí)，若柱高度較大應(yīng)進(jìn)行分層澆筑，但多數(shù)施工人員嫌工序復(fù)雜，經(jīng)常一次性澆筑完成，從而導(dǎo)致澆筑的混凝土分層較為嚴(yán)重，如底部范圍內(nèi)的粗骨料較多，上部范圍內(nèi)的細(xì)骨料和水泥漿較多。若取樣時(shí)在底部范圍內(nèi)取樣，易出現(xiàn)鉆機(jī)無法通過較密的鋼筋網(wǎng)，若在上部范圍內(nèi)取樣不易操作，且柱上部混凝土強(qiáng)度相對較低，從而影響正常的評定混凝土強(qiáng)度值。通過現(xiàn)場大量的實(shí)踐證明，在柱高2/3范圍內(nèi)鉆取混凝土芯樣后，測試的混凝土強(qiáng)度值相差較小，且最易于操作取樣。本文根據(jù)大量的工程實(shí)踐得到在距柱底1.3～1.6 m范圍內(nèi)鉆取混凝土芯樣后，混凝土強(qiáng)度離散性較小，可作為柱構(gòu)件的混凝土強(qiáng)度推定值。

4 不同取樣位置對剪力墻構(gòu)件混凝土強(qiáng)度的影響

對混凝土剪力墻進(jìn)行鉆芯取樣時(shí)，取樣原則與混凝土柱構(gòu)件相同，不同之處在于混凝土剪力墻厚度較薄，剪力墻內(nèi)鋼筋網(wǎng)眼尺寸較大，在對剪力墻進(jìn)行鉆芯取樣時(shí)，若鋼筋掃描儀掃描準(zhǔn)確則很難遇到鋼筋，從而避免對剪力墻鋼筋整體性的破壞。但剪力墻厚度一般較薄，通常為200、250、300 mm，在對200 mm厚剪力墻鉆芯取樣時(shí)極易因鉆芯控制不好而將剪力墻打穿，從而影響后期對孔洞的修復(fù)。因此，在對剪力墻進(jìn)行鉆芯取樣時(shí)，芯樣長度宜在150 mm左右。

在施工現(xiàn)場，施工單位往往希望第三方檢測單位對下部墻體進(jìn)行取樣，認(rèn)為下部剪力墻尤其是剪力墻的根部混凝土強(qiáng)度最高、而中部混凝土強(qiáng)度一般、上部混凝土強(qiáng)度最低。為驗(yàn)證3部分混凝土強(qiáng)度的差異，本文根據(jù)某工程剪力墻構(gòu)件的混凝土強(qiáng)度進(jìn)行檢測，抽檢的混凝土剪力墻構(gòu)件均為同期澆筑，且配合比相同，設(shè)計(jì)強(qiáng)度均為C30，墻體設(shè)計(jì)厚度和實(shí)測厚度均為200 mm。鉆取芯樣時(shí)分別在剪力墻底部、中部和上部各取20個(gè)直徑100 mm的芯樣，共計(jì)60個(gè)芯樣。對芯樣進(jìn)行相應(yīng)處理后測試其抗壓強(qiáng)度，各部位抗壓強(qiáng)度平均值如表3所示。

表3 剪力墻各部位芯樣混凝土的抗壓強(qiáng)度平均值

由表3可知，各部位的抗壓強(qiáng)度值偏差小于1 MPa，其中墻體中部的混凝土強(qiáng)度略高于墻體底部，墻體上部的混凝土強(qiáng)度值最低。

常規(guī)施工過程和混凝土自身特性影響，振搗過程中混凝土中的粗骨料下沉，細(xì)骨料和水泥漿上浮，僅在此因素作用下剪力墻底部混凝土強(qiáng)度值應(yīng)該為最高，隨著向上部發(fā)展混凝土強(qiáng)度值逐漸下降。但在施工過程中人為因素影響較大，如澆筑墻體時(shí)為分層澆筑，實(shí)際施工中所謂的分層澆筑是澆筑一定高度范圍內(nèi)的混凝土后進(jìn)行振搗，振搗完成后繼續(xù)進(jìn)行澆

筑，這種情況在理論中還屬于整體澆筑法的范疇。這種情況下施工的結(jié)果是墻體底部混凝土不易振搗密實(shí)，墻體中部和上部的混凝土振搗時(shí)間相對較長且振搗均勻，因此中部和上部混凝土澆筑質(zhì)量較好，從而在一定程度上又提高了該部位的混凝土強(qiáng)度值。而墻體底部的混凝土粗骨料較多、澆筑質(zhì)量相對較差，2種因素作用下導(dǎo)致墻體底部混凝土強(qiáng)度離散性較大，且不能確保墻體底部混凝土強(qiáng)度值為3個(gè)部位中的最高值。筆者根據(jù)多年的檢測現(xiàn)場經(jīng)驗(yàn)，對剪力墻構(gòu)件進(jìn)行鉆芯取樣時(shí)，在距離墻底部1.3～1.6 m范圍內(nèi)鉆取芯樣測得的混凝土強(qiáng)度值最穩(wěn)定且強(qiáng)度值相對較高，也最為客觀、真實(shí)的反映該混凝土剪力墻構(gòu)件的強(qiáng)度值。

5 結(jié)論

（1）在對筏板基礎(chǔ)鉆芯取樣時(shí)，宜在筏板基礎(chǔ)頂面進(jìn)行取樣，將該位置混凝土強(qiáng)度測試值作為最后的評定值最為合理。

（2）在對梁類構(gòu)件鉆芯取樣時(shí)，應(yīng)在梁跨1/3位置，且在該位置的梁側(cè)頂部進(jìn)行取樣，因?yàn)樵摬课粡澗貫?，且該位置主要承受的是壓荷載，將該部位混凝土強(qiáng)度值作為梁構(gòu)件強(qiáng)度的最終評定值更具有實(shí)際意義，且該部位混凝土中的表觀缺陷最少（如裂縫等影響因素）。

（3）在對柱類構(gòu)件鉆芯取樣時(shí)，應(yīng)在距柱底1.3～1.6 m范圍內(nèi)取樣，混凝土強(qiáng)度離散性較小，可作為柱構(gòu)件的混凝土強(qiáng)度推定值。

（4）在對剪力墻構(gòu)件鉆芯取樣時(shí)，應(yīng)在距離墻底部1.3～1.6 m范圍內(nèi)鉆取芯樣，測得的混凝土強(qiáng)度值最穩(wěn)定，且強(qiáng)度值相對較高，也最為客觀、真實(shí)的反映該混凝土剪力墻構(gòu)件的強(qiáng)度值。