1、年/月/日1福建省建筑科学研究院钻芯法检测混凝土强度陈松陈松2009年/7月/2日福建省建筑科学研究院2n钻芯法是利用专用钻机，从结构混凝土中钻取芯样以检钻芯法是利用专用钻机，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量的方法。由于它对测混凝土强度或观察混凝土内部质量的方法。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。测手段。n我国现行标准主要有中国工程建设标准化委员会标准我国现行标准主要有中国工程建设标准化委员会标准钻芯法检测混凝土强度技术规程钻芯法检测混凝土强度技术规程( (CECS03:2007)CECS0
2、3:2007)。n用钻芯法检测混凝土的强度、裂缝、接缝、分层、孔洞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与民用建筑、水工大坝、桥梁、公路、机场跑用于工业与民用建筑、水工大坝、桥梁、公路、机场跑道等混凝土结构或构筑物的质量检测。道等混凝土结构或构筑物的质量检测。 第一节第一节 钻芯法应用范围及特点钻芯法应用范围及特点 2009年/7月/2日福建省建筑科学研究院3n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：n对立方体试块的抗压强度产生怀疑。其
3、一是试块强度很高，而结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；n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；2009年/7月/2日福建省建筑科学研究院4n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，或者在使用期间遭受化学腐蚀、火灾，硬化期间遭受冻害的混凝土均可采用钻芯法检测其强度；n使用多年的的老混凝土结构，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；n
4、对施工有特殊要求的结构和构件，如机场跑道测厚等。2009年/7月/2日福建省建筑科学研究院5n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、吸水性及容量的测定。此外，并可检查混凝土的内部缺陷，如裂缝深度、孔洞和疏松大小及混凝土中粗骨料的级配情况等。n试验表明，当混凝土的龄期过短或强度低于10MPa时，在钻芯法过程中容易破坏砂浆与粗骨料之间的粘结力，钻出的芯样表面变得较粗糙，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的强度予以预测，以保证钻芯工作的顺利进行和检测结果的准确性。2009年/7月/2日福建省建筑科学研究院6钻芯法的局限性n钻芯
5、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；n钻芯机及芯样加工配套机具与非破损测试仪器相比，比较笨重，移动不够方便，测试成本也较高；n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。2009年/7月/2日福建省建筑科学研究院7第二节第二节 钻芯机及配套设备钻芯机及配套设备 n一、钻芯机n1、钻芯机的分类n在混凝土结构的钻芯或工程施工钻孔中，由于被混凝土的强度等级、孔径大小、钻孔位置以及操作环境等因素变化很大，因而设计一台通用钻机来满足钻孔工程中各种复杂的要求实际上是不可能的，因此国外有轻便型、轻型、重型和超重型四种类型的钻
6、芯机。2009年/7月/2日福建省建筑科学研究院8国外钻芯机类型及技术参数国外钻芯机类型及技术参数类型钻孔直径(mm)转速(r/min)功率(kW)机重(kg)钻机高度(mm)轻便型127560020001.1251040轻型252003009002.2891190重型2004502502004.01201800超重型3307002007.530024002009年/7月/2日福建省建筑科学研究院92 2、钻芯机构造、维护和保养、钻芯机构造、维护和保养n钻芯机的组成部件n1.电动机；2.变速箱；3.钻头；4.膨胀螺栓；5.支承螺丝；6.底座；7.行走轮；8.立柱；9.升降齿条；10.进钻手柄；
7、11.堵盖 11109875641232009年/7月/2日福建省建筑科学研究院10钻芯机的维护和保养nA.检查各联结部位，应及时调整紧固；nB.钻芯完毕，应将钻机各部位擦干净并加机油润滑各运动部分，置干燥处加防尘罩；nC.长期停止工作的钻机，在重新使用时，须测试电机绕组与机壳间的绝缘电阻，其数值不应小于5M。nD.钻头刃口磨损和崩裂严重时应更换钻头。nE.定期检测电源线插头、开关、炭刷、换向器。nF.定期检查变速箱，及时补充润滑油，轴承处加钙一钠基润滑油(1#、2#)，齿轮宜加3号钙基润滑油(ZG-3)。2009年/7月/2日福建省建筑科学研究院11钻机一般故障排除方法(一)故障现象产生原因
8、排除方法电机运转不运转或运转不良1、电源不通1、修复电源2、接头松脱2、检查所有接头3、电刷接触不良或已磨损3、更换电刷4、开关接触不良或不动作4、修理或更换开关5、转子有断线5、更换转子6、转子变形6、更换转子7、轴承损坏7、更换轴承2009年/7月/2日福建省建筑科学研究院12钻机一般故障排除方法(二)故障现象产生原因排除方法电机发生严重火花(环火)1、电枢短路局部发热、焊点脱落1、修复2、碳刷与换向器接触不良2、砂磨换向器及碳刷3、碳刷磨损3、更换碳刷电机表面过度发热1、作业时间过长1、停机休息2、绕组潮湿2、干燥电机3、电源电压下降3、调整电源电压水封处严重漏水密封圈已损坏更换密封圈2
9、009年/7月/2日福建省建筑科学研究院13二、金刚石薄壁钻头n空心薄壁钻头由钢体和胎环两部分组成。n空心薄壁钻构造示意图D1D2D4D3胎环钢体D3D1 D2D42009年/7月/2日福建省建筑科学研究院14n钢体一般由无缝钢管车制而成，钻头的胎环是由钢系、青铜系、钨系等冶金粉末和含(2040)% 的人造金刚石浇注成型， 胎环的高度为10mm，金刚石层的浇注高度只有5mm，为了冷却钻头和排屑畅通， 在胎环上加数个排水槽（称水口），胎环与钢体之间的连接，可以采用热压冷压浸渍、无压浸渍、低温电铸或高频焊接等方法。n钻头与钻机的连接方式有直柄式、螺纹连接式和胀卡连接式三种，其中螺纹连接适用于中等直
10、径钻头，而胀卡连接则用于较大直径钻头，钻芯时需根据钻孔或取芯尺寸选用不同的钻头规格(目前一般由厂家提供)，也可参照讲义上的表4选用。2009年/7月/2日福建省建筑科学研究院15第三节第三节 芯样钻取、加工技术和抗压强度计算芯样钻取、加工技术和抗压强度计算n一、基本概念：n1、标准芯样：取芯质量符合要求且芯样公称直径为100mm、高径比为1：1的混凝土圆柱体试件叫做标准芯样。n2、有效芯样的要求：n抗压试验的芯样试件宜使用标准芯样试件，其公称直径不宜小于骨料最大粒径的3倍；也可采用小直径芯样试件，但其公称直径不应小于70mm且不得小于骨料最大粒径的2倍。n高径比为0.951.05。2009年/
11、7月/2日福建省建筑科学研究院16n标准芯样试件，每个试件内最多只允许有2根直径小于10mm的钢筋；公称直径小于100mm的芯样试件，每个试件内最多只允许有一根直径小于10mm的钢筋；芯样内的钢筋应与芯样试件的轴线基本垂直并离开端面10mm以上。n沿芯样试件高度的任一直径与平均直径相差2mm；n抗压芯样试件端面的不平整度在 100mm长度内0.1mm；n芯样试件端面与轴线的不垂直度1；n芯样不得有裂缝或其他较大缺陷。2009年/7月/2日福建省建筑科学研究院17二、芯样钻取n1、采用钻芯法检测结构混凝土强度前，宜具备下列资料：n工程名称（或代号）及设计、施工、监理、建设单位名称；n结构或构件种
12、类、外形尺寸及数量；n设计混凝土强度等级；n成型日期，原材料（水泥品种、粗骨料粒径等）和混凝土试块抗压强度试验报告；n结构或构件质量状况和施工中存在问题的记录；n有关的结构设计图和施工图等。2009年/7月/2日福建省建筑科学研究院18n2、芯样宜在结构或构件的下列部位钻取：n结构或构件受力较小的部位；n混凝土强度质量具有代表性的部位；n便于钻芯机安放与操作的部位；n避开主筋、预埋件和管线的位置，并尽量避开其他钢筋；n当采用钻芯法修正无损检测方法时，钻芯位置应与无损检测方法相应的测区重合。2009年/7月/2日福建省建筑科学研究院19n3、钻取的芯样数量应符合下列规定：n钻芯确定单个构件的混凝
13、土强度推定值时，有效芯样试件的数量不应少于3个；对于较小构件，有效芯样试件的数量不得少于2个。n对构件的局部区域进行检测时，应由要求检测的单位提出钻芯位置及芯样数量；n按批量检测时，芯样试件的数量应根据检测批的容量确定。标准芯样试件的最小样本量不宜小于15个，小直径芯样试件的最小样本量应适当增加。芯样应从检测批的结构构件中随机抽取，每个芯样应取自一个构件或结构的局部部位。2009年/7月/2日福建省建筑科学研究院20n4、钻取的芯样直径一般不宜小于骨料最大粒径的3倍， 在任何情况下不得小于骨料最大粒径的2倍，且公称直径不应小于70mm。n5、钻芯机就位并安放平稳后，应将钻机固定，以便工作时不致
14、产生位置偏移。固定的方法应根据钻芯机构造和施工现场的具体情况，分别采用顶杆支撑、配重、真空吸附或膨胀螺栓等方法。2009年/7月/2日福建省建筑科学研究院21n6、采用三相电机的钻芯机在未安装钻头之前，就应先通电检查主轴旋转方向。当旋转方向为顺时针时，方可安装钻头。钻芯机主轴的旋转轴线，应调整到与被钻取芯样的混凝土表面相垂直。n7、钻芯机接通水源、电源后，拨动变速钮调到所需转速。正向转动操作手柄使钻头慢慢接触混凝土表面，待钻头刃部入槽稳定后方可加压。进钻到预定深度后，反向转动操作手柄，将钻头提升到接近混凝土表面，然后停电停水。2009年/7月/2日福建省建筑科学研究院22n8、钻芯时用于冷却钻
15、头和排除混凝土料屑的冷却水流量宜为 3 15L/min，出口水温不宜超过30。n9、从钻孔中取出的芯样在稍微晾干后，应标上清晰的标记。若所取芯样的高度及质量不能满足规程的要求，则应重新钻取芯样。n10、芯样在运送前应仔细包装，避免损坏。n11、结构或构件钻芯后所留下的孔洞应及时进行修补，以保证其正常工作。n12、工作完毕后，应及时对钻芯机和芯样加工设备进行维修保养。2009年/7月/2日福建省建筑科学研究院23n13、钻孔操作中的安全事项：n由于混凝土钻孔机是高速运转的机电设备，钻芯工作中应注意安全操作，并做好个人安全防护。包括：安全接电，注意电压(区分220V还是380V用电)，操作人员必须
16、穿着不导电且防水的橡胶鞋以防触电，机器电源应有防触电开关，钻孔操作过程中应注意防止机器进水，尤其是室外钻孔操作中应注意钻机上方滴水或落雨的影响。钻筒高速旋转人员注意安全，不得正面对准旋转钻筒，同时注意钻筒钻筒排出的冷却水不要飞往钻机电机中。钻孔操作人员禁止留长发以免头发被卷入钻机。同时还要注意遵守国家其他安全法规的要求。2009年/7月/2日福建省建筑科学研究院24n钻孔中还要注意钻机进尺速度，不宜过快，以免电机负荷过大烧毁，同时还应注意观察钻机旋转的速度、进尺快慢的变换、抖动情况、噪音情况，判断是否遇到钢筋等金属预埋件，以免卡钻。遇到卡钻，要冷静处理，慢慢退出钻筒。可以结合敲击、旋转钻筒等操
17、作，逐步拔出卡住的钻筒。n探测钢筋位置的定位仪，应适用于现场操作，最大探测深度应不小于60mm，探测位置偏差不宜大于5mm。2009年/7月/2日福建省建筑科学研究院25钻机故障原因及排除方法(一)故障名称原因排除方法堵芯钻速过快，杆压太大减少杆压、降低钻速水量太小，排水不畅增大供水流量钻头内径磨损较大更换钻头通孔快透时用力过大降低钻速增大供水流量2009年/7月/2日福建省建筑科学研究院26钻机故障原因及排除方法(二)故障名称原因排除方法卡钻钻机不稳或移位使钻头对准钻孔，调整固定装置和底座螺栓钻机各部位紧固螺栓有松动紧固机内各部位螺栓切断钢筋压力过大降低杆压钻头内部磨损更换钻头2009年/7
18、月/2日福建省建筑科学研究院27钻机故障原因及排除方法(三)故障名称原因排除方法钻机振动芯样断裂并堵芯排除堵芯孔底或孔侧有断筋等异物排除异物钻机各部位螺栓未紧固紧固各部位螺栓主轴与钻头不同心更换钻头2009年/7月/2日福建省建筑科学研究院28钻机故障原因及排除方法(四)故障名称原因排除方法钻头振动钻头未上紧上紧钻头钻机反向旋转(三相电才有)更改电源相线钻头不同心更换钻头胀卡未紧固紧固胀卡2009年/7月/2日福建省建筑科学研究院29钻机故障原因及排除方法(五)故障名称原因排除方法过载停机钻孔孔径过大更换钻头杆压过大降低杆压转速过大调整钻速接触器过载调节太小增大安培数碰到钢筋降低杆压2009年
19、/7月/2日福建省建筑科学研究院30钻机故障原因及排除方法(六)故障名称原因排除方法钻进中声音异常钻机变速箱齿轮轴承损坏拆修或更换钻头损坏提钻排除碎块或更换钻头碰到钢筋等异物缓慢进钻启动后主轴不转电源联接不正确纠正保险丝断更换保险丝调速杆处于空挡位置 校正调速杆2009年/7月/2日福建省建筑科学研究院31n14、钻孔的修补n混凝土结构经钻孔取芯后，对结构的承载能力会产生一定影响，应及时进行修补。修补前孔壁应尽量凿毛，并应清除孔内污物，以保证新老混凝土的良好结合。在一般情况下可采用合成树脂为胶结料的细石聚合物混凝土，也可采用微膨胀水泥细石混凝土，修补的混凝土应比原设计提高一个强度等级，并应在修
20、补后注意养护。也可采用预先制作圆柱体试件的办法放入钻孔中，然后用环氧树脂灌满缝隙。2009年/7月/2日福建省建筑科学研究院32三、芯样加工及技术要求n1、芯样抗压试件的高度和直径之比应在0.951.05的范围内。n2、采用锯切机加工芯样试件时，应将芯样固定，并使锯切平面垂直于芯样轴线。锯切过程中应冷却人造金刚石圆锯片和芯样。n3、芯样试件内不应含有钢筋。如不能满足此项要求，每个试件内最多只允许有2根直径小于10mm的钢筋；公称直径小于100mm的芯样试件，每个试件内最多只允许有一根直径小于10mm的钢筋；芯样内的钢筋应与芯样试件的轴线基本垂直并离开端面10mm以上。2009年/7月/2日福建
21、省建筑科学研究院33n4、锯切后的芯样，当不能满足平整度及垂直度要求时，宜采用以下方法进行端面加工：n在磨平机上磨平；n用环氧胶泥或聚合物水泥砂浆补平；对于抗压强度低于40MPa的芯样试件，也可采用水泥砂浆、水泥净浆或聚合物水泥砂浆补平，补平层厚度不宜大于 5mm；也可采用硫磺胶泥补平，补平层厚度不宜大于1.5mm。n补平层应与芯样结合牢固，以使受压时补平层与芯样的结合面不提前破坏。2009年/7月/2日福建省建筑科学研究院34n5、芯样在试验前应对其几何尺寸作下列测量：n平均直径：用游标卡尺测量芯样中部，在相互垂直的两个位置上，取其二次测量的算术平均值，精确至0.5mm；n芯样高度：用钢卷尺
22、或钢板尺进行测量，精确至1mm；n垂直度：用游标量角器测量两个端面与母线的夹角，精确至0.1；n平整度：用钢板尺或角尺紧靠在芯样端面上，一面转动钢板尺，一面用塞尺测量与芯样端面之间的缝隙，也可采用其它专用设备量测。2009年/7月/2日福建省建筑科学研究院35n6、芯样尺寸偏差及外观质量超过下列数值时，相应测试数据无效：n经端面补平后的芯样高度小于0.95d（d为芯样试件平均直径），或大于1.05d；n沿芯样高度任一直径与平均直径相差达2mm以上；n芯样端面的不平整度在100mm长度内超过0.1mm；n芯样端面与轴线的不垂直度超过1；n芯样有裂缝或有其他较大缺陷。2009年/7月/2日福建省建
23、筑科学研究院36四、芯样混凝土强度试验与计算n1、芯样混凝土强度换算值的确定n芯样试件的抗压试验应按现行国家标准普通混凝土力学性能试验方法GB/T 50081中对立方体试块抗压试验的规定进行。n芯样试件一般在自然干燥状态下进行试验；如结构工作条件比较潮湿，芯样试件应以潮湿状态进行试验。 2009年/7月/2日福建省建筑科学研究院37n按自然干燥状态进行试验时，芯样试件在受压前应在室内自然干燥3d(天)；按潮湿状态进行试验时，芯样试件应在205 的清水中浸泡4048h，从水中取出后应立即进行抗压试验。n芯样试件的混凝土强度换算值系指用钻芯法测得的芯样强度，换算成相应于测试龄期的、边长为150mm
24、的立方体试块的抗压强度值。2009年/7月/2日福建省建筑科学研究院38n芯样试件的混凝土强度换算值，应按下列公式计算：nf cu,cor= Fc / A n2、单个构件混凝土强度推定值n钻芯确定单个构件的混凝土强度推定值时，有效芯样试件的数量不应少于3个；对于较小构件，有效芯样试件的数量不得少于2个，取有效芯样试件混凝土强度换算值中的最小值作为构件强度推定值。2009年/7月/2日福建省建筑科学研究院39n3、检测批混凝土强度的推定值的计算：n检测批的混凝土强度推定值应计算推定区间，推定区间的上限值和下限值按下列公式计算：n上限值 f cu,e1= f cu,cor,m k1scorn下限值
25、 f cu,e2= f cu,cor,m k2scor2009年/7月/2日福建省建筑科学研究院40nf cu,e1和f cu,e2所构成推定区间的置信度宜为0.85，f cu,e1和f cu,e2之间的差值不宜大于5.0MPa和0.10f cu,cor,m两者的较大值。n宜以f cu,e1作为检测批混凝强度的推定值。n钻芯确定检测批混凝土强度推定值时，可剔除芯样试件抗压强度样本中的异常值。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规定执行。当确有试验依据时，可对芯样试件抗压强度样本的标准差scor进行符合实际情况的修正或调整。 2009年/7月/2
26、日福建省建筑科学研究院41第四节第四节 混凝土抗拉强度测试方法混凝土抗拉强度测试方法n一、轴心抗拉强度n1、承受轴向拉力的芯样试件，可用建筑结构胶在试件两个端面粘贴特制的钢卡具，两个钢卡具的平面板部分应平行，拉杆部分应与芯样试件的轴线重合。n2、芯样试件的轴心抗拉强度试验应符合下列规定：n拉杆与抗拉垫板之间宜为铰接或采取其它措施，消除拉杆与试件轴线不垂直带来的影响；n轴线与芯样试件形心点的偏差不应大于 1mm；2009年/7月/2日福建省建筑科学研究院42n加荷速度可参照现行国家标准普通混凝土力学性能试验方法标准GB/T 50081中其它试验方法的相关规定进行。2009年/7月/2日福建省建筑
27、科学研究院43n3、承受轴向拉力芯样试件的混凝土轴心抗拉强度可按下式计算： n f t,cor = Ft / Atn式中：Ft芯样试件抗拉试验测得的最大拉力(N)；nAt 芯样试件抗拉破坏截面面积(mm2)。 2009年/7月/2日福建省建筑科学研究院44二、劈裂抗拉强度1、芯样试件劈裂抗拉强度试验的操作应符合现行国家标准普通混凝土力学性能试验方法标准（GB/T50081）中对立方体试块劈裂试验的规定，劈裂荷载可按下图所示的方式施加。 2009年/7月/2日福建省建筑科学研究院45n2、芯样试件混凝土的劈裂抗拉强度可按下式计算：nfcts = 0.637 Fspl,cor / Ats n式中：
28、Fspl,cor芯样试件劈裂抗拉试验测得的最大劈裂力(N)；nAts芯样试件劈裂抗拉破坏截面面积(mm2)。 2009年/7月/2日福建省建筑科学研究院46例题n1、如果芯样直径为89mm，那么加工以后的芯样高度为( C )，相应的测试数据才有效。 (A)95mm (B)100mm (C)85mm (D)79mmn2、芯样采用水泥砂浆补平时，其补平层厚度不宜大于( A )mm。n (A)5 (B)4 (C)3.5 (D)1.5 n3、钻芯过程中出现卡钻，可能的原因有(ABC )：n (A)钻机不稳或移位；n (B)钻头内部磨损；n (C)切断钢筋压力过大；n (D)主轴与钻头不同心。 2009年/7月/2日福建省建筑科学研究院47n4、钻芯过程中，应采取的安全措施有(ACD)：n (A)穿好胶皮靴以防漏电；n (B)带辐射计以防电磁辐射；n (C)不得正对钻头旋转部位；n (D)不留长发或盘起长发以免头发卷进钻头。n5、芯样试件在补平时，下列补平材料的补平层厚度可大于1.5mm(ABD)。n (A)水泥净浆 (B)水泥砂浆 (C)硫磺胶泥 (D)聚合物水泥砂浆2009年/7月/2日福建省建筑科学研究院48 谢谢 谢谢 ！
