专利名称：微小芯样法现场检测混凝土抗压强度的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种适用于现场对现浇及预制构件的混凝土直接抗压强度检测的方法。特别适用于检测强度范围在30MPa-100MPa的现代高强高性能混凝土，这种混凝土因为水胶比较低，结构密实，均质性比较好，而且所用骨料最大粒径一般不大于31.5mm。
混凝土是一种重要的建筑结构材料，在建筑施工和建筑物使用期间，混凝土实际强度对建筑物结构的安全至关重要，因而在现场对实际混凝土结构强度进行检测对于了解混凝土结构的真实强度十分必要，尤其对混凝土质量有怀疑时。目前，现场直接检测混凝土抗压强度主要有取芯法和拔出法。取芯法规定的最小芯样直径为70mm，一般要求100mm以上，这种方法由于芯样尺寸很大，钻取困难，需要事先将取芯机用膨胀螺栓固定在混凝土结构上，芯样试件需要切割和磨平，加工比较复杂，而且由于钻孔直径和深度大，对结构强度损害大，因而重点工程、薄壁结构、钢筋密集结构等都不便用这种方法检测；另外，这种方法检测结果离散大，数据少，准确性差；并且这种检测法是用大芯样试件强度值直接代表混凝土结构强度，无法与混凝土结构设计和施工控制通用的强度指标对应比较。而拔出法由于操作复杂且数据准确性不是很好，因而应用也很少。
本发明的目的是提供一种微小芯样法现场检测混凝土抗压强度，该方法取样微小，基本不影响混凝土结构强度，简单易行，数据可靠，便于推广应用。
为实现上述目的，本发明采取以下设计方案这种微小芯样法现场检测混凝土抗压强度，主要包括以下几个步骤(1)划定测区在混凝土所测部位划定1-3个测区；(2)钻取芯样在每个测区内不同位置用小型取芯机钻取有效微小芯样10个，芯样标准直径(d)15-30mm，芯样高度(h)1-2倍d；(3)加工试件用小型磨平机对钻取的芯样断面进行加工，使断面平整，并使断面与轴线垂直；(4)抗压试验将加工合格的芯样试件放在普通压力试验机上，按标准试验方法测出试件极限破坏压力，计算试件的抗压强度；(5)计算混凝土抗压强度代表值先求出每个测区芯样试件抗压强度平均值，将求得的微小芯样抗压强度平均值代入微小芯样平均抗压强度与混凝土标准抗压强芳的关系式，计算每个测区混凝土标准抗压强度换算值，再将不同测区的混凝土标准抗压强度换算值求平均，得到所测部位混凝土标准抗压强度代表值，所述的关系式可以是，抛物线关系fcu.j=A+B(fcor.j)m+C(fcor.j)m2；式中A=-3.0±5.0；B=1.61±5.00；C=-0.005±0.01，也可以是直线关系；fcu.j=A′+B′(fcor.j)m，式中，A′=16.37±5；B′=0.95±0.2；或者是对数关系，fcu.j=A″+B″ln(fcor.j)m，式中，A″=-153.82±20；B″=56.49±10；或者是幂函数关系，fcu.j=A_，(fcor.j)mB_，式中，A_=2.63±0.5；B_=0.82±0.2其中(fcorj)m测区内芯样平均抗压强度值fcuj混凝土标准抗压强度换算值A、A′、A″、A″、B、B′、B″、B″以及C均为回归系数。
本发明中无效芯样是指①钻取的芯样内有贯穿整个芯样断面的大石子，②芯样表面有明显裂缝或坑窝等外观缺陷，③芯样尺寸不符合要求。
每个微小芯样试件抗压强度按下式计算fcor.i=4Fi/πdi2其中Fi测区内第i个微小芯样抗压试验的破坏荷载fcor.i测区内第i个微小芯样的抗压强度值di测区内第i个微小芯样的平均直径测区微小芯样试件平均抗压强度计算方法为去掉最大值和最小值，取剩余8个试件抗压强度的算数平均值(fcor.j)m=(∑fcor.i-fcor.max-fcor.min)/8A、B、C等系数值的确定方法是先选定取芯机的钻头尺寸取具有代表性的混凝土配比若干(数量以满足地区所用混凝土代表性和回归分析要求确定)，对每个配比，在室内拌制150mm×150mm×150mm的立方体试件6块，分别标养至28天，用其中三块试件测试标准抗压强度，另三块用于钻取10个有效微小芯样，测试微小芯样试件的抗压强度，然后对不同配比混凝土试块的标准抗压强度值和芯样平均抗压强度值进行回归分析，求出A、B、C等系数值，要求相关系数应在95％以上。
所测部位只能划定一个测区时，则取测区混凝土标准抗压强度换算值为所测部位混凝土的标准抗压强度代表值；若所测部位只能划定二个测区，以两个测区混凝土标准抗压强度换算值的平均值为所测部位混凝土的标准抗压强度代表值，在对三个测区的标准抗压强度换算值求平均时，首先比较三个测区强度数值的差值，要求其中最大值或最小值与中间值的差率小于15％，否则取三个数值中的中间值为所测部位标准抗压强度代表值。
本发明中，测区布置和钻芯点位置应尽量避开钢筋，必要时可借助钢筋位置探测仪确定混凝土中钢筋位置。本发明宜用于C30以上的混凝土，若混凝土强度等级小于C30，因取芯及芯样加工过程中对小芯样试件的损伤程度相对较大，由此换算出的混凝土标准抗压强度离散性大，准确度差；另外，用微小芯样法检测粗骨料粒径大于31.5mm的混凝土，有效芯样制备成功率低，抗压强度结果离散大，因而不适用。
钻取芯样时，先将取芯机倾斜一定角度，在混凝土表面钻成一月牙形，再逐渐恢复垂直加压，待钻到预定深度后，在保持钻机继续转动情况下，小心将钻头提升到混凝土表面，然后停水、停电，用薄铁件轻磕芯样，使其从底部折断，然后取出微小芯样。
试件加工时，用磨平机对芯样两端磨平，磨平得到的合格芯样试件应达到芯样试件平均直径与标称直径的偏差不大于0.4mm，芯样试件的高度最大控制偏差为0.05d，断面的不平整度不超过0.02mm，试件断面与轴线的不垂直度不超过2°，试件表面外露骨料面积最大比例不大于20％。
试件抗压试验时，试件的湿度与被测混凝土的实际湿度要基本一致，将试件准确置于压力机下承压板中心，连续均匀地加载，加荷速度为160-250N/S，具体试验方法按国家标准(普通混凝土力学性能试验方法)中规定进行。
本发明中提到的所用设备均可从市场购买微小芯样取芯机可采用岩石钻孔机，只需改变钻头尺寸，同样磨平机也可以使用已有设备。
本发明优点①由于微小芯样直径很小，与现行的大芯样钻芯法相比，特别易于在结构上钻取，且对结构强度的损害很小；②微小芯样法的芯样加工也很容易，不用锯切，可直接用磨平机磨平，整个过程操作简便易于掌握。③微小芯样法直接从混凝土结构中钻取试件进行抗压检测，可直接反映混凝土的实际强度情况，保留了大芯样取芯法直接检测强度的优点。④微小芯样法检测混凝土强度由于取样量相对较多，代表性强，而且微小芯样试件的抗压强度离散性也小于大芯样试件，因而检测结果的准确性好，置信可靠度高。⑤微小芯样法利用事先确定的关系式换算混凝土标准抗压强度值，与混凝土工程设计强度和施工验收强度统一起来，即都是对应150×150×150mm立方体标准抗压强度，因而具有很好的可比性，便于质检应用。
以下结合实施例对本发明作进一步说明
实施例选用取芯机外形尺寸为350mm×150mm×90mm，钻头内径19mm，外径24mm，长度150mm，转速2010r/min。控制芯样试件直径19.0+0.04mm，芯样试件高度28.5±1.0mm。
在北京地区，取代表性的不同水泥、砂、石、掺合料、外加剂若干，按不同原材料、不同配合比设计不同强度等级混凝土配比75个，分别留置150×150×150mm立方体试件至少六块，标养至28d，由其中三块测得该配比混凝土的标准抗压强度fcu，在另外三组试件上随机钻取10个有效微小芯样，测出芯样抗压强度平均值(fcor.j)m，将不同配比混凝土的fcu与(fcor.j)m按抛物线关系式回归，计算出A、B、C系数值分别为-3.07、1.61和-0.005，回归相关系数r为98.8％，大于95％，从而fcu，j与(fcor，j)m的换算公式确定为fcu，j=-3.07+1.61×(fcor，j)m-0.005(fcor，j)m2(1)为了使用方便，也可将式1制成相应图表(见
图1)，即根据(fcor.j)m值可直接从图表中查到fcu.j值。
检测应用Ⅰ．设计混凝土C80强度等级的混凝土配合比，取同盘拌制的标养28d立方体抗压混凝土试块六块，，试块尺寸200mm×200mm×200mm，选其中三块的三个相同浇注面作三个测区，在每个测区用上述小型手持取芯机分别钻取10个有效微小芯样，加工成合格试件后，在10吨位万能试验机上分别测出微小芯样抗压强度值，测试结果见表1表1
由(1)式计算出测区1、测区2、测区3的混凝土标准抗压强度换算值分别为fcu1=-3.07+1.61×94.5-0.005×94.52=104.4fcu2=-3.07+1.61×93.3-0.005×93.32=103.6fcu3=-3.07+1.61×91.9-0.005×91．92=102.7由于最大值fcu1和最小值fcu3与中间值fcu2的相差比例都未超过15％，所以，该盘混凝土标准抗压强度代表值fcu0为fcu0=(fcu1+fcu2+fcu3)/3=(104.4+103.6+102.7)/3=103.6(MPa)将另三块立方体试块直接在300吨压力机上作抗压试验，测得该盘混凝土的实际标准抗压强度fcu为99.8MPa，相对误差为3.8％，符合工程精度要求。
检测应用Ⅱ．取已施工两年的混凝土方柱，混凝土原设计强度等级为C40，方柱边长1000mm，高度2000mm。沿方柱高度方向，在中线附近等距布置三个测区(尽量避开钢筋)；每个测区尺寸为200mm×200mm；用上述小型手持取芯机在每个测区分别钻取10个有效微小芯样，并加工成合格的微小芯样抗压试件。测出每个试件的抗压强度，结果见表2表2
由(1)式计算出三个测区的混凝土标准抗压强度换算值为fcu1=-3.07+1.61×36.8-0.005×36.82=49.4fcu2=-3.07+1.61×34.2-0.005×34.22=46.1fcu3=-3.07+1.61×34.4-0.005×34.42=46.4由于最大值fcu1和最小值fcu2与中间值fcu3的相差比例都未超过15％，所以，该盘混凝土标准抗压强度代表值fcu0为fcu0=(fcu1+fcu2+fcu3)/3=(49.4+46.1+46.4)/3=47.3(MPa)
权利要求
1.一种微小芯样法现场检测混凝土抗压强度，其特征在于它包括以下步骤(1)划定测区在混凝土所测部位划定1-3个测区(2)钻取芯样在每个测区内不同位置用小型取芯机钻取有效微小芯样10个，芯样标准直径d 15-30mm，芯样高度h 1-2倍d(3)加工试件用小型磨平机对钻取的芯样断面进行加工，使断面平整，并使断面与轴线垂直(4)抗压试验将加工合格的芯样试件放在普通压力试验机上，按标准试验方法测出试件极限破坏压力，计算试件的抗压强度(5)计算混凝土抗压强度代表值先求出每个测区芯样试件抗压强度平均值，将求得的微小芯样抗压强度平均值代入微小芯样平均抗压强度与混凝土标准抗压强度的关系式，计算每个测区混凝土标准抗压强度换算值，再将不同测区的混凝土标准抗压强度换算值求平均，得到所测部位混凝土标准抗压强度代表值，所述的关系式可以是，抛物线关系fcu.j=A+B(fcor.j)m+C(fcor.j)m2；式中A=-3.0±5.0；B=1.61±5.00C=-0.005±0.01，也可以是直线关系；fcu.j=A′+B′(fcor.j)m，式中，A′=16.37±5B′=0.95±0.2；或者是对数关系，fcu.j=A″+B″ln(fcor.j)m，式中，A″=-153.82±20；B″=56.49±10或者是幂函数关系，fcu.j=A_(fcor.j)mB_，式中，A_=2.63±0.5B_=0.82±0.2其中(fcorj)m测区内芯样平均抗压强度值fcuj混凝土标准抗压强度换算值A、A′、A″、A _、B、B′、B″、B_以及C均为回归系数。
2．根据权利要求1所述的微小芯样法现场检测混凝土抗压强度，其特征在于微小芯样的直径d为19mm，芯样高径比为1.5，关系式fcu.j=A+B(fcor.j)m+C(fcor.j)m2中的A为-3.07，B为1.61，C为-0.005。
3．根据权利要求1或2所述的微小芯样法现场检测混凝土抗压强度，其特征在于加工后合格的试件应满足直径偏差小于0.4mm，高度偏差小于0.05d，试件端面不平整度不超过0.02mm，端面与轴线的不垂直度不超过2°，试件表面外露骨料的最大比例不大于20％，所述的试件的平均抗压强度是将10个芯样抗压强度值的最大值、最小值去掉，计算剩余8个芯样试件抗压强度值的算术平均值作为该测区的微小芯样试件平均抗压强度。
4．根据权利要求1或2所述的微小芯样法现场检测混凝土抗压强度，其特征在于所测部位只能划定一个测区时，则取该测区混凝土标准抗压强度换算值为所测部位混凝土的标准抗压强度代表值；
5．根据权利要求1或2所述微小芯样法现场检测混凝土抗压强度特征在于所测部位只能划定二个测区，则取两个测区混凝土标准抗压强度换算值的为所测部位混凝土的标准抗压强度的代表值。
6．根据权利要求1或2所述的微小芯样法现场检测混凝土抗压强度，其特征在于在对三个测区的标准抗压强度换算值求平均时，首先比较三个测区强度数值的差值，要求其中最大值或最小值与中间值的差率小于15％，否则取三个数值中的中间值为所测部位标准抗压强度代表值。
全文摘要
一种微小芯样法现场检测混凝土抗压强度,包括:在所测部位布置1—3个测区,在每个测区用取芯机钻取直径(15—30mm)的微小混凝土芯样10个,用磨平机将芯样加工成高径比(1.0—2.0)的圆柱形试件,根据每个测区试件抗压强度平均值,利用Fcu.j=A+B(fcor.j)
文档编号G01N3/08GK1285508SQ9911166
公开日2001年2月28日 申请日期1999年8月23日 优先权日1999年8月23日
发明者安同富, 彭黎明 申请人:北京市城市建设工程研究院