摘要：通过对三种端面状态的芯样进行抗压强度试验和分析，发现端面未进行处理的芯样，其抗压强度与立方体抗压强度均存在较大差异，同时强度的离散性较大，所以，不应直接用该强度来推定混凝土抗压强度。采用机械磨平处理的芯样，其抗压强度与立方体抗压强度较为接近，但偶尔也会出现强度离散性过大，从而出现误判。用水泥净浆修补磨平过的芯样，其抗压强度与立方体抗压强度基本一致，同时强度离散性大的情况极少出现，且该法要比用硫磺胶泥修补便捷，因此，在实际应用时推荐使用该法。但需注意，推定混凝土强度时应对强度标准值做一定妥协。
关键词：芯样；端面；修补；抗压强度
0 引 言
作为检验混凝土工程质量的重要手段之一，钻芯法有着无可比拟的优越性。首先，它直观，能够对混凝土内部一目了然；其次，对实体损害小，且较快捷，所以钻芯法得到了各行业的广泛应用。但是在分析强度时，若对芯样端面的处理方式不科学，所得到的强度数据将产生很大偏差，进而严重影响对混凝土实体质量的判断。在影响芯样强度的几个关键因素中，芯样的平整度和垂直度对抗压强度结果尤其重要。平整度和垂直度好的芯样，抗压强度试验中端面各部分受力均匀，其状态最接近立方体抗压强度试验时试件的受力，得到的结果也最真实。因此，需要找到一种最优的混凝土芯样端面处理方式，既要方便加工和操作，又必须降低数据处理时的误判率。
1 端面处理的做法
在《钻取芯样法测定结构混凝土抗压强度技术规程》（YBJ 209－1986）中第4.0.6条规定，芯样锯切后，其端面达不到平整度要求时，可在磨平机上磨平，也可以用水灰比为0.3以下的高标号水泥净浆找平，还可以用硫磺胶泥或其他有效材料处理 [1]。在《钻芯法检测混凝土强度技术规程》（CECS 03：2007）中第6.0.3条规定，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的端面，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40 MPa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5 mm；也可采用硫磺胶泥补平，补平层厚度不宜大于1.5 mm [2]。在《结构混凝土抗压强度检测技术规程 》（DGTJ08 2020－2007）中第5.6.3条规定，锯切后的芯样，应按下列方法进行端面处理：①抗压强度高于40 MPa，直径100 mm，70 mm和55 mm的芯样试件的端面应采取机械磨平的处理方法；②抗压强度低于40 MPa的芯样试件，宜采用硫磺胶泥补平，补平厚度不宜大于1.5 mm；③对抗压强度低于40 MPa有争议的芯样，应以磨平机磨平的端面处理方法为准 [3]。成勃、王瑞元、谷风明对磨平法和补平法两种方式的受力方式进行了分析，得出了磨平法优越于补平法，指出了减小补平法测试误差的途径 [4]；张治泰、李乃平经过对砂浆及石子的不同受力状态进行分析后认为，芯样试件端面仅磨平是不够的，最好先用胶凝材料在专用设备上将其两端面精细补平，再进行破坏试验 [5]；关惠华认为，不宜采用垫平材料，宜采用磨平法，然后用找平法补平芯样端面 [6]；王元光认为，采用硫磺胶泥补平方式，芯样抗压强度平均值最高，采用水泥净浆补平略低。采用硫磺胶泥补平方式，加工过程最稳定，试验结果分布最集中，用水泥净浆补平次之，采用机械磨平的试验结果分布易离散 [7]。鉴于在芯样端面的最优处理方式上有一定分歧，本文在以上研究的基础上，通过对一定数量的150 mm×150 mm×150 mm不同强度等级的混凝土试件上取芯，然后用不同的端面处理方式对芯样加工后进行抗压试验，得出的数据和同批制作的立方体试件抗压强度做对比、分析，以期得到基于本研究限制条件的、较科学便捷的端面处理方法，同时希望能给同行业者提供一定的经验、参考。
2 试验准备和数据分析
2.1 试验设备
主要设备有HJW－15－30－100型强制式单卧轴混凝土搅拌机、HJW－100型混凝土振动台、DQ－3型自动岩石切石机、HMP－150型混凝土磨平机、YE－2000C压力试验机，所用设备都经过相关部门的检定或校准。
2.2 芯样端面处理
试验采用室内机械拌制的方式，就近选取原材料，按照《普通混凝土力学性能试验方法标准》（GB 50081－2002）震动成型了C30、C35、C40三种强度等级的150 mm×150 mm×150 mm混凝土试件各14块（按试验计划，12块即可满足试验要求数量，但为防止加工过程中试件损坏，多做2块备用），在每强度等级的试件中，随机选3块直接做抗压；其余全部加工成为φ 100 mm×100 mm的芯样，再随机选3块不进行端面处理直接做抗压；剩下的全部采用机械磨平，随机选3块做抗压，其余的对端面修补后做抗压。本试验的芯样端面处理采用两种方法：一是在磨平机上磨平；二是修补。在部分规范和技术标准中，仅提到了磨平和芯样修补用材料种类，但并未对磨平及修补的具体步骤进行详细说明，因此，本研究的操作过程结合了部分前人经验及笔者的个人理解，力图使芯样端面符合平整度和平行度的要求。机械磨平时，先将放置芯样的机器基面用水冲净，然后把切割好的芯样夹持于对应规格的卡口内，固定牢固后，开水开机打磨，因打磨前芯样高度已接近100mm，因此务必控制好打磨的厚度，端面齐平即可，确保高度在有效范围内。同时，打磨时应控制打磨的速度和力度，尽量减少对芯样的扰动。在修补材料的选择上，本文未使用硫磺胶泥做对比试验，原因如下：
1其需要加热和专用修补设备，本试验室不具备条件；
2制作硫磺胶泥时温度需精确控制在140 ℃±5 ℃，温度高低都会影响胶泥质量，同时该过程涉及安全防护方面的问题；
3如果有等效便捷的其他方法可用，则应在修补材料和方法的选择上优选便捷。而用水泥净浆修补就便捷许多，只需根据选用的水泥提前确定一个适合的水灰比，保证该水泥净浆试件的3 d强度大于芯样强度即可；在进行修补操作时，低水灰比的水泥净浆很黏稠，方便定型；同时不需要专用设备，找几块平整、较厚的玻璃板，表面刷油后，夹持在端面涂有净浆的芯样上，施以一定的压力，同时结合水准泡控制水平度即可。本试验修补时选用P.O 42.5水泥，与成型混凝土试件所用水泥一致。在修补前，按照0.34，0.36，0.38三个水灰比，依据GB17671－1999各成型一组40 mm×40 mm×160 mm的净浆试件，标准养护至3 d龄期时的抗压强度分别为52.5 MPa，50.2 MPa，46.0 MPa，都大于选定的混凝土强度，考虑到需有一定强度富余及方便修补时容易定型，选取了最粘稠的0.34做为修补用水灰比。在选用玻璃板时，王元光采用单组玻璃板找平单个芯样的方法，本文则采用了单组玻璃板找平多个芯样的做法，由于玻璃板面积增大，每个芯样都是一个支点，修补完更稳定，芯样的一致性也更高些。为了不干扰芯样强度，修补时水泥净浆层的厚度不超过3 mm。
2.3 试验及数据分析
抗压试验在立方体试件及芯样标准养护至龄期28d时进行。为使数据有可比性，同标号立方体试件及芯样的抗压试验尽量在同一时间段内完成，本试验的时间误差可精确到2 h以内。抗压强度数据如表1～表3所示。
由表1、表2和表3中的数据可知，未进行端面处理的芯样强度最低，约能达到立方体抗压强度平均值的74%，端面采用机械磨平后芯样强度比未处理时大大提高，约能达到立方体抗压强度平均值的94%；端面采用机械磨平后再修补的芯样强度最接近立方体抗压强度，约为99%。结合得到的数据分析后发现，一部分未进行端面处理的芯样，表面看起来很光滑，但直接做抗压，强度不高，主要原因就是端面的平整度、垂直度不过关，由此进一步印证了芯样端面处理的必要性。芯样端面经机械磨平后，平整度和垂直度符合试验要求，此时的抗压强度大幅度提升，大部份数据与立方体抗压接近，只有极个别数据出现离散性变大。可能的原因，一是打磨对芯样进一步产生了扰动，导致强度下降；二是芯样做抗压强度试验时，端面的相当一部分为石子直接接触承压板，受力将由石子传输到混凝土内部，而立方体试件抗压时则由砂浆接触承压板，受力几乎全部由砂浆传输到混凝土内部，同时由于岩石与砂浆弹性模量的差异会使二者在受力相同时产生不等量的变形，由此产生的内部应力差异也会导致芯样强度变低；三是打磨本身需要掌握一定的技巧，不同人在操作上存在差异，同一人在打磨时施加的力度也不完全一致，因此会导致对芯样造成不同的二次扰动，甚至会造成很大差异，进而使抗压强度数据离散性变大。磨平后再进行修补的芯样，其抗压强度与立方体最接近，且数据离散性小，因此建议当用取芯法验证实体强度时，从便捷适用的角度出发，应优选打磨并用水泥净浆修补后再进行破坏试验。考虑到由于取芯、切割和打磨引起的扰动，即便是混凝土芯样在进行修补后，得到的抗压强度整体仍略低于立方体，因此可适当对强度标准值做一定妥协。
表1 C 30混凝土抗压强度数据对比表
表2 C 35混凝土抗压强度数据对比表
表3 C 40混凝土抗压强度数据对比表
3 结 论
1经过试验对比、理论分析，由于存在芯样端面平整度和垂直度不够、多次加工扰动、受力状态不同及加工工具有不确定性因素的原因，未打磨的芯样，其抗压强度与立方体抗压强度均存在较大差异，同时强度的离散性较大，所以，不应直接用该强度来推定混凝土抗压强度。
2用水泥净浆修补打磨过的芯样，其抗压强度与立方体抗压强度基本一致，且该法要比用硫磺胶泥修补便捷，因此在实际应用时推荐使用该法，但需注意，推定混凝土强度时应对强度标准值做一定妥协。
3存在的问题。未对强度等级C40以上的混凝土芯样做对比试验，因此需进一步验证混凝土强度等级提高后，机械加工对其扰动的影响程度是否会有变化；没有对切割后的试件直接做修补，或因切割过程中多次停机的缘故，切割后的部分芯样端面留有较深、明显的刀痕，且切割到最末端时芯样“折断”，在端面会多出一块突起，必须打磨后再修补。若大家在切割工艺上掌控的好，可直接对芯样修补做对比试验，以便积累数据。
参考文献：
[1]冶金工业部.YBJ 209－1986 钻取芯样法测定结构混凝土抗压强度技术规程[S].北京：中国建筑工业出版社，1986.
[2]中国工程建设标准化协会.CECS 03：2007 钻芯法检测混凝土强度技术规程 [S].北京：中国建筑工业出版社，2007.
[3]上海市建设工程检测行业协会.DGTJ08 2020－2007 结构混凝土抗压强度检测技术规程[S].上海：上海市建设工程检测行业协会，2007.
[4]成勃，王瑞元，谷风明.端面补平材料对芯样抗压强度影响的分析[J].工程质量，2007（12）：47－50.
[5]张治泰，李乃平.关于钻芯法检验结构混凝土强度问题[J].工程质量，2003（1）：19－23.
[6]关惠华.探讨钻芯法检测混凝土强度中应注意的问题及建议[J].广东建材，2008（11）：85－86.
[7]王元光.端面处理方式对混凝土芯样抗压强度影响分析[J].混凝 土，2013（8）：67-71
论文作者:邓子诚
论文发表刊物:《基层建设》2019年第2期
论文发表时间:2019/4/11
标签：抗压强度论文; 端面论文; 混凝土论文; 强度论文; 立方体论文; 磨平论文; 胶泥论文; 《基层建设》2019年第2期论文;