钻芯法基本概论概要.docx

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钻芯法基本概论概要

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。

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》（CECS03:

2007）。

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。

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：

⑴对立方体试块的抗压强度产生怀疑。

其一是试块强度很高，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；

⑵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；

⑶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；

⑷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；

⑸对施工有特殊要求的结构和构件，如机场跑道测厚等。

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。

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

钻芯法的局限性

①钻芯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；

②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；

③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。

第2节钻芯机及配套设备

第3节一、钻芯机

第4节1、钻芯机的分类

第5节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芯机。

钻芯机构造、维护和保养

⑴钻芯机的组成部件

1.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；11.堵盖

2.钻芯机的维护和保养

3.A.检查各联结部位，应及时调整紧固；

4.B.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；

5.C.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5MΩ。

6.D.钻头刃口磨损和崩裂严重时应更换钻头。

7.E.定期检测电源线插头、开关、炭刷、换向器。

8.F.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）。

9.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（20～40）%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。

10.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。

11.芯样钻取、加工技术和抗压强度计算

12.一、基本概念：

一、基本概念：

1、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。

2、有效芯样的要求：

①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。

②高径比为0.95～1.05。

③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。

④沿芯样试件高度的任一直径与平均直径相差≤2mm；

⑤抗压芯样试件端面的不平整度在100mm长度内≤0.1mm；

⑥芯样试件端面与轴线的不垂直度≤1°；

⑦芯样不得有裂缝或其他较大缺陷。

2、芯样钻取

1、采用钻芯法检测结构混凝土强度前，宜具备下列资料：

①工程名称（或代号）及设计、施工、监理、建设单位名称；

②结构或构件种类、外形尺寸及数量；

③设计混凝土强度等级；

④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；

⑤结构或构件质量状况和施工中存在问题的记录；

⑥有关的结构设计图和施工图等。

2、芯样宜在结构或构件的下列部位钻取：

①结构或构件受力较小的部位；

②混凝土强度质量具有代表性的部位；

③便于钻芯机安放与操作的部位；

④避开主筋、预埋件和管线的位置，并尽量避开其他钢筋；

⑤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。

3、钻取的芯样数量应符合下列规定：

①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。

②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；

③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。

4、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。

5、钻芯机就位并安放平稳后，应将钻机固定，以便工作时不致产生位置偏移。

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。

6、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。

7、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。

8、钻芯时用于冷却钻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℃。

9、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。

10、芯样在运送前应仔细包装，避免损坏。

11、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。

12、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。

8、钻芯时用于冷却钻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℃。

13、钻孔操作8、钻芯时用于冷却钻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℃。

9、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。

10、芯样在运送前应仔细包装，避免损坏。

11、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。

12、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。

中的安全事项：

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。

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、旋转钻筒等操作，逐步拔出卡住的钻筒。

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。

14、钻孔的修补

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。

3、芯样加工及技术要求

1、芯样抗压试件的高度和直径之比应在0.95～1.05的范围内。

2、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。

3、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。

4、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：

①在磨平机上磨平；

②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。

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

5、芯样在试验前应对其几何尺寸作下列测量：

①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；

②芯样高度：

用钢卷尺或钢板尺进行测量，精确至1mm；

③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°；

④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。

6、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：

①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；

②沿芯样高度任一直径与平均直径相差达2mm以上；

③芯样端面的不平整度在100mm长度内超过0.1mm；

④芯样端面与轴线的不垂直度超过1°；

⑤芯样有裂缝或有其他较大缺陷。

4、芯样混凝土强度试验与计算

1、芯样混凝土强度换算值的确定

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/T50081中对立方体试块抗压试验的规定进行。

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。

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20℃±5℃的清水中浸泡40～48h，从水中取出后应立即进行抗压试验。

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的立方体试块的抗压强度值。

芯样试件的混凝土强度换算值，应按下列公式计算：

fcu,cor=Fc/A

2、单个构件混凝土强度推定值

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。

3、检测批混凝土强度的推定值的计算：

①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：

上限值fcu,e1=fcu,cor,m－k1scor

下限值fcu,e2=fcu,cor,m－k2scor

②fcu,e1和fcu,e2所构成推定区间的置信度宜为0.85，

fcu,e1和fcu,e2之间的差值不宜大于5.0MPa和

0.10fcu,cor,m两者的较大值。

③宜以fcu,e1作为检测批混凝强度的推定值。

④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/T4883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。

第4节混凝土抗拉强度测试方法

一、轴心抗拉强度

1、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。

2、芯样试件的轴心抗拉强度试验应符合下列规定：

①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；

②轴线与芯样试件形心点的偏差不应大于1mm；

③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/T50081中其它试验方法的相关规定进行

3、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：

ft,cor=Ft/At

式中：

Ft—芯样试件抗拉试验测得的最大拉力（N）；

At—芯样试件抗拉破坏截面面积（mm2）。

2、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。

2、芯样试件混凝土的劈裂抗拉强度可按下式计算：

fcts=0.637Fspl,cor/Ats

式中：

Fspl,cor—芯样试件劈裂抗拉试验测得的最大劈裂力（N）；

Ats—芯样试件劈裂抗拉破坏截面面积（mm2）。

1、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）79mm

2、芯样采用水泥砂浆补平时，其补平层厚度不宜大于（A）mm。

（A）5（B）4（C）3.5（D）1.5

3、钻芯过程中出现卡钻，可能的原因有（ABC）：

（A）钻机不稳或移位；

（B）钻头内部磨损；

（C）切断钢筋压力过大；

（D）主轴与钻头不同心

4、钻芯过程中，应采取的安全措施有（ACD）：

（A）穿好胶皮靴以防漏电；

（B）带辐射计以防电磁辐射；

（C）不得正对钻头旋转部位；

（D）不留长发或盘起长发以免头发卷进钻头。

5、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）。

（A）水泥净浆（B）水泥砂浆（C）硫磺胶泥（D）聚合物水泥砂浆