钻芯法检测强度.docx
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钻芯法检测强度
中国工程建设标准化协会标准
钻芯法检测混凝土强度技术规程
CECS03:
2007
、
主编单位：
中国建筑科学研究院
批准单位：
中国工程建设标准化协会
施行日期：
2008年1月1日
前言
根据中国工程建设标准化协会（2000）建标协字第15号文《关于印发中国工程建设标准化协会2000年第一批推荐性标准制、修订计划的通知》的要求，由中国建筑科学研究院会同有关科研单位对协会标准原《钻芯法检测混凝土强度技术规程》CECS03：
88进行修订。
修订后本汇成分为七章：
1总则；2术语、符号；3强度检测；4主要设备；5芯样的钻取；6芯样的加工和试件的技术要求；7芯样试件的试验和抗压强度的计算。
本规程修订的主要技术内容是：
1.将钻芯检测混凝土强度技术的应用范围扩大到抗压强度不大于80Mpa；2.增加了检测批混凝土强度的检验；3.增加小直径芯样试件的应用；4.在钻芯修正中提出了修正量的概念；5.在抽样检测结构混凝土强度中引入了一定置信度条件下强度区间的概念。
根据国家计委计标【1986】1649号文《关于请中国工程建设标准化委员会负责组织推荐性工程建设标准试点工作的通知》的要求，现批准发布协会标准《钻芯法检测混凝土强度技术规程》，编号CECS03：
2007，推荐给工程建设设计、施工和使用单位采用。
自本规程施行之日起，原标准CECS03：
88废止。
目录
1总则
2符号与术语
3强度检测
3.1一般规定
3.2钻芯确定混凝土强度推定值
3.3钻芯修正方法
4主要设备
5芯样的钻取
6芯样的加工和试件的技术要求
7芯样试件的试验和抗压强度值的计算
附录A混凝土抗拉强度测试方法
附录B推定区间系数表
附录三本规程用词说明
1总则
1.0.1.为促进钻心检测混凝土强度技术的发展和提高检测结果的可靠性，制定本规程。
本规程修订的宗旨是扩大钻芯检测混凝土强度技术的应用范围，提高敬爱南侧结果的可信程度，本规程引入了ISO等国际组织提出的测量结果不确定度的概念；体现了检测结果的可信程度。
1.0.2本规程适用于钻芯法检测结构中强度不大于80MPa的普通混凝土强度。
本规程编制组进行了立方体抗压强度fcu10～100MPa普通混凝土芯样试件的试验研究，考虑到与其他规范的衔接，本规程将钻芯法检测普通混凝土强度技术的适用范围扩大至立方体抗压强度为80MPa。
当钻芯法与回弹、超声、超声－回弹或后装拔出法等混凝土强度间接测试方法配合使用时，可用芯样抗压强度值对其他间接方法的结果进行修正。
1.0.3钻芯检测混凝土强度除应执行本规程的规定外，尚应符合国家现行有关标准的规定。
本条指出混凝土强度的检验与评定应按现行国家标准《混凝土强度检验评定标准》GBJ107的规定执行。
2符号与术语
2.1术语
2.1.1混凝土抗压强度值
由芯样试件得到的结构混凝土在测试龄期相当于边长为150mm立方体试块的抗压强度；
2.1.2混凝土强度推定值
结构混凝土在检测龄期相当于边长为150mm立方体试块抗压强度分布中0.05分位值的估计值。
2.1.3置信度
被测试量的真值落在某一区间的概率。
2.1.4推定区间
被测试量的真值落在制定置信度的范围。
该范围由用于强度推定的上限值和下限值界定。
2.1.5标准芯样试件
取芯质量符合要求且公称直径为100mm，高径比为1：
1的混凝土圆柱体试件。
2.1.6检测批
在相同的混凝土强度登记、生产工艺、原材料、配合比、成型工艺、养护条件下生产并提交检测的一定数量的试件。
2.1.7随机抽取
在检测批中随机地、等概率地抽取任何一个个体。
2.2符号
A——芯样试件截面面积;
H——抗压芯样试件的高度;
Scor——芯样试件强度样本的标准差；
D——芯样试件的平均直径;
fccu——间接方法得到的混凝土抗压强度换算值；
fcu.e——混凝土强度推定值；
fcu,cor——芯样试件的混凝土抗压强度值；
fcu,e1——混凝土抗压强度的推定上限值；
fcu,e2——混凝土抗压强度的推定下限值；
k1、k2——推定区间上限值系数和下限值系数；
△f——修正量；
3强度检测
3.1一般规定
3.1.1从结构中钻取的混凝土芯样应加工成符合规定的芯样试件。
混凝土芯样加工后的平整度、垂直度、端面处理情况等均会对芯样强度构成影响，故本条强调了混凝土芯样的加工应符合本规程要求。
3.1.2芯样试件混凝土的强度应通过对芯样试件施加作用力的试验方法确定。
钻芯检测混凝土强度时一种直接测定混凝土强度的检测技术。
直接对芯样试件施加作用力得到混凝土强度的检测方法。
3.1.3抗压试验的芯样试验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。
根据编制组的大量试验研究和国内其他试验研究数据，在抗压试验中，使用标准芯样试件样本的标准差相对较小，使用小直径芯样试件可能会造成样本的标准差增大，因此宜使用标准芯样试件确定混凝土抗压强度值。
在一定条件下，公称直径70～75mm芯样试件抗压强度值的平均值与标准芯样试件抗压强度值的平均值基本相当。
因此，允许有条件地使用小直径芯样试件。
3.1.4钻芯法可用于确定检测批或单个构件的混凝土强度推定值；也可用于钻芯修正间接强度检测方法得到的混凝土强度换算值。
检测结果的不确定性（偏差）源于系统、随机和检测操作三个方面，钻芯法检测混凝土强度的系统偏差较小，而强度样本的标准差相对较大（随机性偏差与样本的容量少有关）。
间接检测方法可以获得较多检测数据，样本的标准差可能与检测批混凝土强度的实际情况比较接近。
钻芯法与间接检测方法结合使用，可扬长避短，减少检测工作的不确定性。
3.1.5芯样试件的混凝土抗拉强度可按附录A测定。
结构工程检测有时需要确定混凝土的抗拉强度，对芯样试件施加劈裂力和轴向拉力的方法可以测定混凝土的抗拉强度。
3.2钻芯确定混凝土强度推定值
3.2.1钻芯法确定检验批的混凝土强度推定值时，取样应遵守下列规定：
1芯样试件的数量应根据检验批的容量确定。
标准芯样试件的最小样本量不宜少于15个，小直径芯样试件的最小样本量应适当增加。
2芯样应从检验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，且取芯位置应符合本规程那个第5.0.2条的要求。
根据编制组的大量试验研究并结合工程实例，提出标准芯样试件的最小样本容量，这与欧洲有关标准的规定相一致。
合适的芯样试件数量宜满足第3.2.2条关于推定区间的要求。
3.2.2检验批混凝土强度的推定值应按下列方法确定：
1检验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（3.2.2－1）
下限值fcu,e2=fcu,cor,m-k12Scor（3.2.2－2）
平均值fcu,cor,m＝
（3.2.2－3）
标准差Scor＝
（3.2.2－4）
式中fcu,cor,m——芯样试件的混凝土抗压强度平均值（MPa），精确0.1MPa；
fcu,cor,i——单个芯样试件的混凝土抗压强度值（MPa），精确0.1MPa；
fcu,e1——混凝土抗压强度上限值（MPa），精确0.1MPa；
fcu,e2——混凝土抗压强度下限值（MPa），精确0.1MPa；
k1、k2——推定区间上限值系数和下限值系数，按附录B查得；
Scor——芯样试件强度样本的标准差（MPa），精确0.1MPa。
2fcu,e1和fcu,e2所构成推定区间的置信度宜为0.85，fcu,e1与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作为检验批混凝土强度的推定值。
本条对检测批混凝土强度推定值的确定进行了规定：
1检测批混凝土强度推定区间的确定方法。
由于抽样检测必然存在着抽样不确定性，给出确定的推定值必然与检测批混凝土强度值的真值存在偏差，因此给出一个推定区间更为合理。
推定区间是对检测批混凝土强度真值的估计区间。
因此按此规定给出的推定区间符合国家标准《建筑工程施工质量验收统一标准》GB50300的相关规定，错判概率小于0.05，漏判概率小于0.10。
例如：
芯样试件抗压强度平均值fcu,cor,m＝30.4MPa，Scor=3.64MPa，样本容量n＝20；由附录B得到k1=1.271，k2＝2.396；推定区间上限：
fcu,e1＝30.4－1.271×3.64＝25.8MPa；推定区间下限：
fcu,e2＝30.4－2.396×3.64＝21.7MPa。
2对推定区间进行控制，包括推定区间的置信度、上限值与下限值之差△K，△K＝（k2-k1）Scor。
减小样本的标准差，合理确定芯样试件的数量是满足推定区间要求的两个因素。
表1给出样本容量n与Scor和△K之间的关系，推定区间的置信度为0.85。
表1样本容量n与Scor和△K之间关系
样本容量n
15
20
25
30
35
样本标准差Scor（MPa）
3.7
4.4
5.0
5.6
6.1
区间控制（MPa）
4.97
4.95
4.93
4.97
4.97
从表1中可以看出：
当样本容量n＝15，样本标准差Scor＝3.7MPa时，可以满足推定区间置信度为0.85，△K≤50MPa的要求。
fcu,cor,m、Scor和△K与样本容量n之间的关系（表2），推定区间的置信度为0.85。
表2fcu,cor,m、Scor和△K与n之间关系
fcu,cor,m（MPa）
△K（MPa）
Scor（MPa）
5.0
6.0
7.0
8.0
9.0
样本容量n
60
6.0
18
25
32
41
大于50
70
7.0
/
19
25
31
38
80
8.0
/
16
20
25
30
从表2中可以看出，当△K＝7.0MPa，Scor＝6.0MPa时，样本容量不应少于19个。
以检测批混凝土强度推定区间的上限值作为混凝土工程施工质量的评定界限，符合现行国家标准《建筑工程施工质量验收统一标准》GB50300关于错判概率不大于0.05的规定；芯样试件抗压强度值一般不会高出结构混凝土的实际强度，一般略低于实际强度。
3.2.3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。
剔除规则应按现行国家标准《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的规定执行。
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。
异常数据的舍弃应有一定的规则，本条提供了异常数据的舍弃标准。
经大量试验研究的结果表明：
芯样试件抗压强度样本的标准差一般大于立方体试块的标准差，小直径芯样试件抗压强度样本的标准差更大。
因此，允许根据实际情况适当调整芯样试件抗压强度样本的标准差。
但是，调整要有试验依据，而且要事先先将调整方法告知委托方。
3.2.4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。
3.2.5单个构件的混凝土强度推定值不再进行数据的舍弃，而应按有效芯样试件混凝土抗压强度值中的最小值确定。
3.3钻芯修正方法
3.3.1对间接测强方法进行钻芯修正时，宜采用修正量的方法，也可采用其他形式的修正方法。
本条建议钻芯修正采用修正量的方法。
修正实际上是对成对观测的两个均值进行比较，修正量的概念与现行国家标准《数据的统计处理和解释在成对观测值情形下两个均值的比较》GB/T3361的概念相符。
欧洲标准《Assessmentofconcretecompressivestructuresorinstructuralelements》EN13791也采取修正量的方法。
修正量方法只对间接方法测得的混凝土强度的平均值进行修正，不修正标准差。
因此，可能更适合钻芯法的特点。
3.3.2当采用修正量的方法时，芯样试件的数量和取芯位置应符合下列要求：
1标准芯样的数量不应少于6个，小直径芯样的试件数量宜适当增加；
2芯样应从采用间接方法的结构构件中随机抽取，取芯位置应符合本规程第5.0.2条的规定；
3当采用的间接检测方法为无损检测方法时，钻芯位置应与检测检测方法相应的测区重合；
4当采用的间接检测方法对结构构件有损伤时，钻芯位置应布置在相应的测区附近。
本条提出钻芯修正所需标准芯样试件的数量要求与现行国家标准《建筑结构检测技术标准》GB/T50344的要求一致，并对芯样钻取原则和部位提出要求。
应指出的是，随机抽样与目前常用的随意抽样存在着本质上的区别。
3.3.3钻芯修正后的换算强度可按下列公式计算：
fccu,i0=fccu,i+△f
△f=fcu,cor,m-fccu,mj
式中fccu,i0——修正后得换算强度；
fccu,i——修正前得换算强度；
△f——修正量；
fccu,mj——所用间接检测方法对应芯样测区得换算强度的算术平均值。
本条对钻芯修正和修正量的计算进行了规定。
3.3.4由钻芯修正方法确定检验批的混凝土强度推定值时，应采用修正后的样本算术平均值和标准差，并按本规程第3.2.2条、第3.2.3条规定的方法确定。
关于推定区间及其要求参见第3.2.2条的条文说明。
4主要设备
4.0.1钻取芯样及芯样加工、测量的主要设备与仪器均应有产品合格证，计量器具应有检定证书并在有效使用期内。
4.0.2钻芯机应具有足够的刚度、操作灵活、固定和移动方便，并应有水冷却系统。
4.0.3钻取芯样时宜采用金刚石或人造金刚石薄壁钻头。
钻头胎体不得有肉眼可见得裂缝、缺边、少角、倾斜及喇叭口变形。
钻头胎体对钢体的同心偏差不得大于0.3mm，钻头得径向跳动不大于1.5mm。
4.0.4锯切芯样时使用的锯切机和磨芯样，应具有冷却系统和牢固夹紧芯样的装置；配套使用的人造金刚石圆锯片应有足够的刚度。
4.0.5芯样宜采用补平装置（或研磨机）进行芯样端面加工。
补平装置除应保证芯样的端面平整外，尚应保证芯样端面与芯样轴线垂直。
钻芯机、锯切机等主要设备的技术性能直接影响到芯样的质量，影响到芯样试件抗压强度样本的标准差。
因此，每台设备均应由产品质量合格证并满足相应的要求。
4.0.6探测钢筋位置的磁感仪，应适用于现场操作，最大探测深度不应小于60mm,探测位置偏差不宜大于±5mm。
本条提出了对定位仪的技术要求。
5芯样的钻取
5.0.1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设计采用的混凝土强度等级；
4检测龄期，原材料（水泥品种、粗骨料粒径等）和抗压强度试验报告。
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。
本条提出了需要了解的一些关于结构混凝土质量的主要内容。
5.0.2芯样应有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。
合理选择钻芯位置可减少测试误差、避免出现以外事故。
5.0.3钻芯机就位并安放平稳后，应将钻芯机固定，固定的方法应根据钻芯机构造和施工现场的具体情况确定。
在钻芯过程中，如固定不稳，钻芯机容易发生晃动和位移，不仅影响钻芯机和钻头的使用寿命，而且很容易发生卡钻或芯样折断事故。
5.0.4钻芯机在未安装钻头之前，应先通电检查主轴旋转方向（三相电动机）。
在没有安装钻头之前，应先通电检查主轴旋转方向是否正确。
如果先安钻头后通电试验，一旦方向相反则主轴与连接头变成退扣旋转，容易把钻头甩掉而造成事故。
5.0.5钻芯时用于冷却钻头和排除混凝土碎屑的冷却水的流量，宜为3～5L/min。
钻芯机必须通冷却水才能达到冷却钻头和排出混凝土碎屑的目的。
在高温下会使金刚石钻头烧毁，混凝土碎屑不能及时排出不仅加速钻头的磨损，还会影响进钻速度和芯样表面质量。
5.0.6钻取芯样时应控制进钻的速度。
采用较高的进钻速度会加大芯样的损伤。
因此，应控制进钻速度。
5.0.7芯样应进行标记。
当所取芯样高度和质量不能满足要求时，则应重新钻取芯样。
本条强调对芯样应进行标记，防止芯样位置出现混乱，对结构构件混凝土强度的评定造成影响。
5.0.8芯样应采取保护措施，避免在运输和贮存中损坏。
5.0.9钻芯后留下的孔洞应及时进行修补。
钻取芯样后的购机那应及时对孔洞进行修补，以保证结构的工作性能。
5.0.10在钻芯工作完毕后，应对钻芯机和芯样加工设备进行维修保养。
5.0.10钻芯操作应遵守国家有关安全生产和劳动保护的规定，并应遵守钻芯现场安全生产的有关规定。
6.芯样的加工及技术要求
6.0.1抗压芯样试件的高度与直径之比（H/d）宜为1.00。
由于目前芯样锯切机使用比较普遍，因此只给定高径比为1.00的芯样试件。
6.0.2芯样试件内不宜含有钢筋。
如不能满足此项要求时，抗压试件应符合下列要求：
1标准芯样试件，每个试件内最多只允许有二根直径小于10mm的钢筋；
2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；
3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。
对芯样试件中的钢筋作出规定。
6.0.3锯切后的芯样应进行端面处理，宜采取在磨平机上磨平端面的处理方法。
承受轴向压力芯样试件端面，也可采取下列处理方法：
1用环氧胶泥或聚合物水泥砂浆补平；
2抗压强度低于40MPa的芯样试件，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。
对芯样试件端面加工提出要求。
锯切后芯样的端面感观上比较凭证，但一般不能符合抗压试件的要求。
山东省建筑科学研究院的试验研究表明，锯切芯样的抗压强度比端面加工后芯样试件的抗压强度低10％～30％。
6.0.4在试验前应按下列规定测量芯样试件尺寸：
1平均直径用游标卡尺在芯样试件中部相互垂直的两个位置上测量，取测量的算术平均值作为芯样试件的直径，精确至0.5mm；
2芯样试件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芯样试件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试件端面上，一面转动钢板尺，一面用塞尺测量钢板尺与芯样试件端面之间的缝隙；也可采用其他专用设备量测。
6.0.5芯样试件尺寸偏差及外观质量超过下列数值时，相应的测试数据无效：
1芯样试件的实际高径比高径比（H/d）小于要求高径比的0.95或大于1.05时；
2沿芯样试件高度的任一直径与平均直径相差大于2mm；
3抗压芯样试件端面的不平整度在100mm长度内大于0.1mm；
4芯样试件端面与轴线的不垂直度大于1°；
5芯样有裂缝或有其他较大缺陷。
对芯样试件提出相应要求，目的是减小测试偏差和样本的标准差。
7芯样试件的试验和抗压强度值的计算
7.0.1芯样试件应在自然干燥状态下进行抗压试验。
芯样试件一般应在自然干燥的状态下进行试验。
7.0.2当结构工作条件比较潮湿，需要确定潮湿状态下混凝土的强度时，芯样试件宜在20℃±5℃的清水中浸泡40～48h，从水中取出后立即进行试验。
芯样试件的含水量对强度有一定影响，含水愈多则强度愈低。
一般来说，强度等级高的混凝土强度降低较少，强度等级低的混凝土强度降低较多。
因此建议自然干燥状态与潮湿状态两种试验情况。
7.0.3芯样试件的抗压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》GB/T50081中对立方体试块抗压试验的规定。
芯样试件进行抗压试验时，对于压力机及压板的精度要求和试验精度，与立方体试块是一样的，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方法进行。
7.0.4混凝土的抗压强度值，应根据混凝土原材料和施工工艺通过试验确定，也可按本规程第7.0.5条的规定确定。
本条对芯样试件混凝土抗压强度值的计算提出要求。
我国地域辽阔，混凝土品种较多，各检测单位芯样试件加工水平不同，因此按照同一规律从芯样试件抗压强度值得出结构混凝土强度必然会出现系统不确定性较大的问题。
因此，本规程要求检测单位进行相应的试验研究，得出适合本地区材料特性且反映检验机构芯样试件加工水平的关系。
但是，在承担检测任务时，必须先向委托方明确所要使用的计算关系。
7.0.5芯样试件的混凝土抗压强度可按下式计算：
fcu,cor＝Fc/A（7.0.5）
式中fcu,cor——芯样试件的混凝土抗压强度值（MPa）；
Fc——芯样试件的抗压试验测得的最大压力（N）；
A——芯样试件抗压截面面积（mm2）
根据本规程编制组中国建筑科学研究院、山东省建筑科学研究院、重庆市建筑科学研究院和河北省建筑科学研究院的试验研究，标准芯样试件的抗压强度与同条件养护同龄期150mm立方体试块的抗压强度基本相当。
而江苏省建筑科学研究院的试验表明，有时立方体试块的抗压强度略高，有时芯样试件的抗压强度略高。
关于小直径芯样试件，中国建筑科学研究院、山东省建筑科学研究院、重庆市建筑科学研究院和河北省建筑科学研究院的试验研究，高径比为1：
1时，公称直径为70～75mm芯样试件的抗压强度与标准芯样试件的抗压强度基本相当。
因此本规程提出（7.0.5）的强度计算公式。
原规程强度换算公式中有个高径比换算系数β，由于近几年芯样加工水平的大幅提高，已完全能满足高径比1：
1的要求，故将β系数取消。
国内也有一些单位的研究表明：
有的小直径芯样的抗压强度高，有的小直径芯样的抗压强度低。
芯样试件的抗压强度与芯样钻取时混凝土龄期和强度、混凝土的种类、原材料种类、进钻速度、试件加工的质量等多种因素有关。
这类问题可按本规程第7.0.4条的规定采取相应的处理方法。
有些检测机构提出：
将计算强度除以0.88的系数得到标养立方体试块的抗压强度。
试验研究表明：
同品种混凝土的标准养护立方体试块抗压强度与自然养护构件中钻取的标准芯样试件的抗压强度之间没有固定的换算关系，有时前者略高，有时后者略高。
附录B推定区间系数表
B.0.1在置信度0.85条件下，试件数与上限值系数、下限值系数的关系（表B.0.1）
试件数n
k1（0.10）
k2（0.05）
试件数n
k1（0.10）
k2（0.05）
15
1.222
2.566
37
1.360
2.149
16
1.234
2.524
38
1.363
2.141
17
1.244
2.486
39
1.366
2.133
18
1.254
2.453
40
1.369
2.125
19
1.263
2.423
41
1.372
2.118
20
1.271
2.396
42
1.375
2.111
21
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