浅谈采用钻芯法确定检测批混凝土强度值

浅谈采用钻芯法确定检测批混凝土强度值

摘要：本文结合工程实例对钻芯法批量检测混凝土强度试验进行研究探讨，总结出影响检测批混凝土强度推定值的主要因素及芯样样本出现异常值时的计算方法，以供同仁参考。

关键词：钻芯法；检测批；混凝土强度推定值；离群值（异常值）

一、前言

钻芯法检测混凝土强度是一种直接测定混凝土强度的半破损检测方法，虽然对结构具有一定的局部损伤，但因直观可靠，精确度高而广泛运用于现场混凝土质量检测中。用钻芯法确定检测批混凝土强度值更能真实地反映混凝土构件的整体质量和存在差异，是工程评定和质量评估的重要依据，笔者结合自己多年的工程检测的实践经验，谈谈钻芯法批量检测混凝土强度在现场钻取、芯样加工、取样规则等方面的注意因素，并结合工程实例对检测批混凝土强度推定值以及遇到异常值时的计算进行探讨。

钻芯法确定检测批混凝土强度值的过程

划分检测批。钻芯法批量检测在实际工程中，一般把混凝土等级、生产工艺、原材料、配合比、成型工艺、环境条件相同的构件视为为同一个检测批。

芯样数量。标准芯样试件（直径为100mm、高径比为1∶1的芯样试件）最小样本容量参考《建筑结构检测技术标准》GB/T50344-2004的表3.3.13规定，且不应少于《钻芯法检测混凝土强度技术规程》CECS03：2007（以下简称规程）规定的15个最小样本数，

小直径芯样试件的数量应适当增加。每个芯样应取自一个构件或结构的局部部位且应具有代表性。

检测批混凝土强度推定值。

1）推定区间的计算。推定区间的上限值和下限值按下列公式计算：

上限值fcu,e1=fcu,cor,m - k1Scor

下限值fcu,e2=fcu,cor,m - k2Scor

式中，fcu,cor,m——芯样试件的抗压强度平均值（MPa）；

Scor———芯样试件样本的抗压强度标准差（MPa）；

k1、k2——推定区间的上限值系数和下限值系数。

推定值的确定。在满足上限值fcu,e1与下限值fcu,e2之差不大于5.0MPa和0.10fcu,cor,m两者的较大值的情况下，以上限值fcu,e1作为检测批混凝土强度的推定值。

钻芯法批量检测混凝土的主要影响因素

（1）钻芯位置的选择。

1）在选取芯样部位时，首先应选择构件受力较小的部位钻取芯样，对于梁构件，尽量挑构件弯矩为零部位，一般框架梁在梁跨1/3处受力比较小；对于墙、柱构件，钻芯部位

可选在柱的纵横轴线的交点处即柱中，此处的弯矩大致为零。实际检测数据表明，柱的下半部的混凝土强度要高于上半部，钻芯部位选在柱中更能代表柱混凝土的实际质量。

2）芯样的取样位置应布置在无缺陷、无损伤且具有代表性的部位。

3）钻芯前采用钢筋扫描仪探测构件内部的分布情况，尽量避开钢筋、预埋件和管线的位置，特别是主筋。

4）在便于固定和操作的地方安放钻芯机，并保证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。

（2）芯样试件的要求

抗压试验的芯样一般使用标准芯样试件，公称直径为100mm、高径比为1:1的混凝土试件。随着人们对结构的安全度和抗震要求的提高，使得钢筋混凝土配筋率越来越高，特别是高层建筑，钢筋间距越来越小。如梁柱节点、混凝土梁柱内纵向受力钢筋和箍筋加密区的钢筋间距大多在100mm以下，遇到这些情况一般可采用内径为75mm钻头钻取芯样来作抗压试验。但小芯样试件离散性较大、切割时容易损伤、混凝土内部缺陷影响程度较高等因素对检测结果有一定的影响，在采用小芯样时应控制好各个环节并适当增加取芯样本的数量。芯样在锯切后应进行断面处理，确保芯样在进行抗压强度试验前的高径比、平均直径、垂直度、平整度等指标符合规程[2]要求。

（3）强度样本异常值的判别和处理

芯样经过抗压试验确定混凝土抗压强度，通过计算检测批混凝土强度推定区间的上限

值和下限值，并以上限值作为该检测批混凝土强度的推定值（推定区间的置信度为0.85，漏判概率为0.10，错判概率为0.05）。但在计算时候常常会出现推定值上限值与下限值的差值大于5.0MPa和0.10fcu，cor，m两者的较大值而导致得不出检测批混凝土强度推定值的情况，我们可认为该检测批芯样试件抗压强度出现异常值，也可以说是离群值的存在。出现异常值的原因可以从以下几个面进行分析:

1）钻芯检测过程中各种因素对试件抗压强度造成影响。本文前面已把检测过程中应注意的环节进行探讨分析，应尽量避免这方面的影响。

目前混凝土市场还不是很规范，导致某些混凝土生产单位因管理不严格，提供的混凝土质量差异大，与混凝土设计强度等级不符。

施工单位在混凝土拌合、入模浇注、振捣、养护等方面控制不够严格，其中有一方面出现问题就可能使得某一部位的混凝土出现异常，从而使芯样试件的抗压强度出现离群值。

当检测批芯样试件抗压强度推定区间上限值和下限值的差值超过规定时，可对芯样试件抗压强度样本中的异常值进行剔除，剔除规则应按国家标准《数据的统计处理和解释正态样本异常值的判断和处理》GB/T 4883-2008（以下简称标准）的规定执行。规程[2]没有规定具体选用哪种检验法对异常值进行判断和剔除，而钻芯法检测中强度样本的标准差一般是未知，且强度样本异常值可能是高端值也可能是低端值，综合考虑标准[3]里的各种检验法，其中格拉布斯双侧检验法较为适用于钻芯法检测。格拉布斯双侧检验法通过对上侧统计量Gn、下侧统计量G’n与临界值G1-a/2、G1-a*/2进行比较，判别芯样试件抗压强度样本中是否存在离群值（岐离值或统计离群值）。若检出离群值，应进一步分析产生离群值的原因，必要时在离群值芯样邻近位置重新取样复测，再判断是否剔除离群值。

四、工程检测实例分析

广州市荔湾区某工程设计强度等级为C35的某个二层柱构件的混凝土强度检测未能满足混凝土设计强度要求，需采用钻芯法对二层柱的混凝土强度进行批量评定。

在二层柱同检测批中随机抽取20个构件（最小样本容量），每个构件钻取标准混凝土芯样1个，对其进行芯样试件的抗压强度试验，结果如表1所示。

表1芯样试件抗压强度试验结果

样本容量n=20，查《建筑结构检测技术标准》 GB/T50344-2004的表3.3.19得到k1=1.175，k2=2.208，根据规程[2]确定混凝土的强度推定值公式计算：

平均值：fcu ,cor,m = (x1+x2+......+xn)/n=40.6MPa

标准差：

推定区间上限值fcu，e1=fcu，cor，m-k1Scor=33.9MPa

推定区间下限值fcu，e1=fcu，cor，m-k2Scor=28.0MPa

fcu，e1- fcu，e2=5.9MPa，0.10fcu，cor，m=4.1MPa，

fcu，e1与fcu，e1之间的差值大于5.0MPa和0.10fcu，cor，m两者的较大值，所以不能以fcu，e1作为检验批混凝土强度的推定值。该检验批可能存在异常值，我们可采用格拉布斯双侧检验法进行判断和剔除。

按格拉布斯双侧检验法先把芯样抗压强度值从小到大顺序排序，确定最小值х(1)和最大值х（20），计算上侧统计量Gn=（х（20）- fcu，cor，m）/ Scor=3.123；下侧统计量G’n=( fcu，cor，m-х(1)) / Scor=1.193。

确定检出水平a=0.05和剔除水平a*=0.01，在标准[3]表A.2中查出临界值G0.975=2.709，G0.995=3.001。因Gn＞G’n且Gn＞G0.995，所以最大值х（20）是统计离群值，应考虑剔除。

对3#芯样的试验数据及芯样破坏后的外观情况进行分析，发现该芯样粗骨料占的比例较大，与水泥浆结合较好，其他方面没发现异常，说明该芯样的试验数据是真实有效的。考虑到剔除高端强度值对结构安全带来的影响较小，所以在计算时高端异常值数据可直接剔除。

剔除后按19个芯样试件再进行强度推定值的计算，得平均值fcu，cor，m=39.7MPa；推定区间的上限值fcu，e1=35.0 MPa，下限值fcu，e2=30.8MPa，两者差值为4.2 MPa未超过规程[2]要求，因此该检测批混凝土抗压强度的推定值为fcu，e1=35.0 MPa。

五、小结

（1）采用钻芯法批量检测混凝土强度应先确定检测批的混凝土构件样本，然后选择合理的钻芯位置和选取适当的芯样尺寸，并保证钻取的芯样经过加工后满足规程[2]的技术要求。

（2）用格拉布斯检验法对可能出现的异常值进行判别和处理，能保证钻芯法抽样检测的结果更具代表性，得到的检测批混凝土强度推定值更能客观地反映混凝土的实际质量情

况。

参考文献：

[1]《建筑结构检测技术标准》GB/T50344-2004

[2]《钻芯法检测混凝土强度技术规程》CECS03：2007

[3]《数据的统计处理和解释正态样本异常值的判断和处理》GB/T4883-2008