朱安康
河南科源水利建设工程检测有限公司 河南郑州 450003
摘要：使用钻芯法来检测混凝土强度时，芯样直径取决于骨料粒径大小，通常要求芯样直径为骨料粒径的2倍以上。本文以农田水利工程薄壁构件为研究对象，分析了20mm细石粒骨料的预制构件混凝土强度检测方案，在尽可能降低骨料粒径影响的背景下，探究了40mm芯样直径和28d龄期150mm试块强度的联系，最终描绘出该数据下的函数关系和曲线。希望本文进行的研究和相关探索能够为小直径混凝土预制件的芯样强度检测实践提供一定的参考。
关键词：钻芯法；骨料粒径；农田水利；薄壁构件
引言
目前，在水利工程中常用的质量检测手段有回弹法、钻芯法和超声波检测法等，以上技术手段有效保证了水利工程中混凝土结构强度。在三种主要的检测方法中，回弹法和超声笔检测法可以实现无损检测，具有其特有的优点。使用回弹检测法时被检测构件需要保持表面干燥并保持一定的强度；使用超声波检测法时，被检测构件表面的粗糙度等级需要达到一定的条件。鉴于我国农业灌溉条件较为落后的情况，近年来相关部门加强了对农田水利工程的建设，大量的U型槽、T型槽以及生态砖等薄壁构件被应用到农田水利工程中去。通常，这一类的薄壁构件长度约为50cm左右，厚度约为50cm左右，粗骨料一般小于20mm，通过振动挤压实现成型，成品表面通常会伴有麻面现象。基于农业灌溉的要求，这些薄壁预制件基本都处于浸润状态。通过以上分析可以知道，在进行农田水利工程的薄壁类预制构件混凝土强度检测时，最适用的是钻芯取样法。
通常，农田水利工程中，薄壁预制件使用的骨料为粒径20mm的单级配细石骨料，这与《水工混凝土试验规程》（SL352-2006）中的相关规范只适用于与骨料粒径大于40mm的二级配混凝土构件的强度检测。因此，现阶段仍没有适用于农田水利工程薄壁类预制构件混凝土强度的检测办法。本文通过实验进行了相关的探索，分析了20mm骨料粒径的构件混凝土强度的检测方案，推算出了这一类薄壁预制构件混凝土强度计算公式。
1 试验方案
本实验室为了拟合农田水利工程芯样强度和薄壁预制件28d标准试块强度之间的关系。基于以上目标，本试验在同一配合比的前提下，进行两组混凝土立方体试件的制作。第一组试块用来钻芯取样检测混凝土强度，第二组作为混凝土的基准强度。当前常见的农田水利工程和抬田工程中，预制构件中的混凝土配合比与设计中的水胶比通常会0.3-0.45范围内，用水量一般会随着骨料含水率的差异而不同，通常会在170-180kg范围内浮动，T型槽、生态砖与U型槽通常是使用挤压工艺实现成型。为了包含C20-C40强度级别的混凝土，本试验方案中混凝土配合比约为0.3-0.6，预期用水170kg-190kg，砂率约为50%，骨料粒径选择20mm的细石。详细检测方案如下表1。
表1 配合比试验方案
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为了提高试验结果的可靠性，并且试验结果可以用来指导施工，就必须得做好试块的成型。常用的U型槽成型、T型槽成型和生态砖成型技术都属于振动挤压成型，混凝土属于干硬性混凝土，骨料粒径的大小差异是造成振动挤压工艺与碾压混凝土工艺不同的主因。所以，本试验中制作的试块借鉴碾压混凝土试块的成型方法，也需要使用增加配重的方式制作混凝土试块。
2 制样
小直径芯样混凝土强度的检测结果准确度受骨料粒径的影响较大。《水工混凝土试验规程》中有这样的规定，即骨料最大粒径约为芯样直径的?，最多不得大于?，芯样直径与高度比值为1:1。进行小直径芯样的强度检测时，骨料粒径越大，芯样中骨料的接触面积也就越大，但是骨料与混凝度强度存在差异，会导致同组芯样间的差异超过允许值。为了降低骨料粒径造成的干扰，在取芯过程中，若出现芯样面积小于骨料粒径2倍以上时，则取样失败，重新取样。此外，在芯样直径较小的情况下，钻取芯样、芯样的加工和试验过程的控制也是获得准确可靠检测结果的核心要素。
本试验中，选取尺寸为15×15×15（cm）的标准试块，进行钻芯取样。首先需要将标准试块固定住，然后每次取样后，需要检查标准试块有没有发生芯样样本中部紧缩，同步检查骨料与芯样面积的占比，如出现超过允许值的情况，需要重新取样。
材料为水工混凝土时，通常使用便携式取芯机进行取样操作。本试验中选择了公路部门常用的汽油机取芯机，以保证薄壁类构件钻取芯样的过程控制。取样时需要用软性材料将木锤端部进行包裹处理，轻轻敲击取样，取芯完成后，使用磨石机将端部磨平，注意不能像常规混凝土取样那样使用铁锤敲击。鉴于芯样直径较小，要控制磨石机的转速，保证在低转速的条件下进行打磨。
3 小直径钻芯法检测薄壁构件强度数据分析
标准试块与研究的农田水利工程薄壁构件40mm尺寸芯样强度试验结果如下表 2所示：
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表2 标准试块强度与芯样试块强度测量值
由表2可得，使用最小二乘曲线拟合法分析混凝土试块强度和芯样强度检测值之间的关系。
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图 1 薄壁预制构件40mm芯样强度与标准试块强度曲线
使用最小二乘拟合法绘制农田水利工程薄壁预制构件40mm芯样强度和混凝土强度曲线如上图1所示。得到40mm芯样强度和标准试块强度拟合公式（1）如下所示：
（1）
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公式（1）中：表示40mm芯样强度（Mpa）；表示经过换算后的标准立方体试块强度（Mpa）。
由计算结果可得，农田水利工程薄壁预制构件40mm芯样强度和标准试块强度拟合后得到的相关系数=0.92023，这样，实测值和拟合值就表现出良好的相关性。通常，农田水利工程薄壁预制构件生产时用的材料为干硬性单级配细石混凝土，强度检测结果不易受骨料粒径影响，在特定情况下可以当做均质体对待，对降低芯样间强度差异有益。由检测结果可得，农田水利工程薄壁预制构件40mm芯样强度的均值和标准试块强度的均值偏差是0.95，在允许范围内。
4 结论
本文分析了5个强度等级的农田水利工程中薄壁预制构件40mm芯样强度和标准试块强度的关系，结果表明标准试块强度和芯样强度之间的相关性满足拟合要求，因此，本试验方案可以用来检测农田水利工程薄壁预制构件混凝土强度，并以此为依据进行小直径芯样强度的换算。在检测过程中，需要注意几下两个方面：
（1）在样本的制作过程中，可能会出现同组芯样强度偏差较小而同组标准试块的检测强度经常超过允许值±15％的情况。在制作感性混凝土标准试块时，也要使用振动挤压成型法以减小试块强度差异。在试块的挤压成型过程中，要检测试块容重，若出现试块容重差异较大的情况，要进行试块强度的复核。
（2）目前尚没有此类薄壁预制构件的混凝土强度检测标准，使用传统的钻芯法也可以完成混凝土强度的检测，但芯样的制备过程不易控制，需要重点关注芯样的标准、尺寸和颈缩现象，降低检测结果的离散性，保证检测结果的准确。
参考文献：
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