水工混凝土强度检测评价方法浅议

2018-12-27朱建雄胡人炭宋为广

山西建筑 2018年34期

朱建雄胡人炭刘吉宋为广

(1.四川省水利水电勘测设计研究院，四川成都 610072； 2.四川省水利工程基本建设质量监督中心站，四川成都 610072)

0 引言

混凝土强度检测方法有立方体试件法、回弹法、超声回弹法、钻芯法、拔出法和射钉法等。机理清楚、技术比较成熟，且常用的也就是立方体试件法、回弹法和钻芯法三种[1]。利用这三种方法获取数据来评价混凝土强度方法及标准，各行各业又有些许不同，特别是水利水电行业，混凝土种类多、结构复杂，如何做到既能控制混凝土施工质量，又能方便施工、节省材料，选择合适的评价方法和标准显得非常重要。

1 立方体试件强度及评价

混凝土强度等级应按立方体抗压强度标准值确定。立方体抗压强度标准值系指按标准方法制作养护的边长为150 mm的立方体试件，在28 d龄期用标准试验方法测得的具有95%保证率的抗压强度[2]。

混凝土强度保证率是指混凝土强度总体中，大于和等于设计要求的强度等级标准值的概率P。建筑工程采用95%。因水利水电工程复杂，不同工程部位有不同保证率要求。大体积混凝土保证率要求为80%，体积较大的钢筋混凝土保证率为85%～90%，薄壁结构工程混凝土保证率为95%[3]。总之混凝土强度保证率大小是与混凝土结构类型及重要性相关的，水工混凝土中的结构混凝土、抗冲磨混凝土等的设计龄期通常为28 d，根据混凝土强度等级定义，混凝土强度保证率均为95%，其他混凝土强度保证率按设计要求或标准规定。

混凝土在正常施工的情况下，对某种混凝土经随机取样测定其强度，其数据经整理绘成强度—概率分布曲线,见图1，一般均接近正态分布曲线。曲线高峰为混凝土平均强度的概率。以平均强度为对称轴，左右两边曲线是对称的，表明对称轴两边出现的概率大致相等。强度测定值愈接近平均强度，其出现的概率愈大；离对称轴愈远，即强度测定值愈高或愈低，其出现的概率愈小，并逐渐趋近于0。曲线与横坐标间的面积为概率的总和，等于100%。曲线上的拐点与强度平均值的距离为强度的标准差，也称均方差。愈大，强度分布曲线又矮又宽，说明强度离散程度大，即混凝土施工质量不稳定。

混凝土强度保证率系数可按理论公式(1)求解：

(1)

式中：P——混凝土强度保证率；

t——混凝土强度统计保证率系数。

表1列出了保证率和保证率系数常用值。

表1 保证率和保证率系数的关系

综上所述，无论是混凝土配合比设计时配制强度还是混凝土施工质量试块强度评定选用的平均值，应同时满足设计采用的混凝土等级(设计混凝土强度标准值)要求、由混凝土结构类型及重要性确定的保证率P要求等，即满足式(2)要求：

fcu,o⟺mfcu,i≥fcu,k+tσ

(2)

其中，fcu,o为混凝土配制强度；mfcu,i为混凝土施工质量强度平均值；fcu,k为设计混凝土强度标准值；t为由设计要求强度保证率P相对应的保证率系数；σ为强度的标准差，混凝土配合比设计时由表2查得，混凝土施工质量强度评定可由式(3)求解。

表2 混凝土标准差选用值表 MPa

强度的标准差：

(3)

另外，在混凝土施工质量试块强度评定中，除了控制不合格率外(即保证率不小于设计值)，试块强度最小值还应满足限制要求。否则，会因局部缺陷引发混凝土结构或构件破坏。按SL 677—2014规定，每个强度值代表100 m3～200 m3混凝土浇筑量[4]。

SL 176—2007[5]附录C《普通混凝土试块试验数据统计方法》中C.0.1条规定同一标号混凝土试块28 d龄期抗压强度的测试组数n≥30时，强度最小值≥85%设计值、素混凝土或少筋混凝土保证率≥80%、钢筋混凝土保证率≥90%、混凝土等级<20 MPa的离差系数<0.22、混凝土等级≥20 MPa的离差系数<0.18时为合格；强度最小值≥95%设计值，素混凝土或少筋混凝土保证率≥85%、钢筋混凝土保证率≥95%，混凝土等级<20 MPa的离差系数<0.18、混凝土等级≥20 MPa的离差系数<0.14时为优良。

C.0.2条规定同一标号混凝土试块28 d龄期抗压强度的测试组数为30>n≥5时，混凝土试块强度同时满足式(4)，式(5)：

mfcu,i≥fcu,k+0.7σ

(4)

mfcu,i≥0.83fcu,k+1.60σ(当fcu,k≥20)

mfcu,i≥0.80fcu,k+1.60σ(当fcu,k<20)

(5)

SL 176—2007附录C.0.1条中，用保证率大小进行混凝土强度评定优良还是合格，从逻辑上有点混淆，保证率是设计根据混凝土结构类型和重要性给出的要求，必须满足。C.0.2条只提出强度平均值要求，没有强度最小值要求，易造成混凝土局部质量缺陷。另外，C.0.1条文用了保证率、最小值和离差系数三要素，还分优良与合格两等级，而C.0.2条文仅用平均值一要素、合格一等级，两条文中选用要素和等级都不尽一致，用起来也相当麻烦。

通过对现行混凝土试件强度检测评价方法对比分析，并结合多年工程实践，我们认为水工混凝土强度检测评价采用试件测试值的平均值和最小值两项指标，按式(6)，式(7)对水工混凝土施工质量检测进行合格性评定，既能反映水工混凝土特殊性，充分考虑设计的要求，又能控制混凝土施工质量、方便施工、节省材料，且简单易行。

mfcu,i≥fcu,k+tσ

(6)

fcu,min≥Pfcu,k

(7)

其中：P为设计给定保证率。

某沥青芯墙堆石坝工程基座钢筋混凝土，设计等级为C25，试块抗压强度试验32组，其代表值为38.9 MPa，31.2 MPa，32.3 MPa，33.4 MPa，34.5 MPa，28.5 MPa，27.5 MPa，24.5 MPa，33.3 MPa，24.6 MPa，35.6 MPa，32.3 MPa，25.3 MPa，25.5 MPa，27.5 MPa，28.6 MPa，25.6 MPa，23.7 MPa，25.6 MPa，33.5 MPa，32.3 MPa，27.8 MPa，29.2 MPa，25.4 MPa，26.2 MPa，32.3 MPa，27.5 MPa，26.2 MPa，25.2 MPa，38.9 MPa，31.3 MPa，25.3 MPa。计算平均值29.4 MPa，标准差4.2 MPa，保证率为90.6%，离差系数为0.15，按SL 176—2007附录C《普通混凝土试块试验数据统计方法》中C.0.1条规定评价为合格。若按基座混凝土重要性设计要求保证率为95%，还不能评价为合格。

2 结构构件混凝土回弹强度及评价

结构构件混凝土回弹强度用混凝土强度推定值代表，是指测区的平均回弹值和碳化深度值通过测强曲线或测区强度换算表得到测区现龄期混凝土强度换算值总体分布中保证率满足设计要求结构构件中的混凝土强度值。

建筑工程混凝土强度保证率取95%，JGJ/T 23—2011中7.0.3条规定了构件的现龄期混凝土强度推定值[6]：

1)当构件测区数少于10个时，应按式(8)计算：

(8)

2)当构件的测区强度换算值出现小于10.0 MPa时，应按式(9)计算：

fcu,e<10.0

(9)

3)当构件测区数不少于10个时或批量检测时，应按式(10)计算：

(10)

4)当推定值不小于设计混凝土强度等级(设计标准值)时，则构件混凝土强度满足了设计强度保证率95%的构件中混凝土抗压强度，即用回弹法检测混凝土抗压强度应符合式(11)要求：

fcu,e≥fcu,k

(11)

5)把式(11)代入式(10)整理得：

(12)

式(12)与式(2)完全相同，只是建筑工程强度保证率95%，t=1.645而已。

如前所述，水利水电工程大体积混凝土保证率要求为80%，体积较大的钢筋混凝土保证率为85%～90%，薄壁结构工程混凝土保证率为95%。水利水电工程回弹法检测混凝土抗压强度，虽然可按JGJ/T 23—2011回弹法检测混凝土抗压强度技术规程7.0.3条规定，但是用式(12)计算推定值时建议按设计给定保证率由表1查出t进行计算。否则，计算出回弹强度推定值与设计要求相比有缩小之疑。换句话说，按JGJ/T 23—2011回弹法检测混凝土抗压强度技术规程7.0.3条规定无条件用于水工混凝土强度回弹检测评价，其标准提高了。

某土石坝下游框格梁护坡工程中框格梁钢筋混凝土回弹法检测测区回弹强度换算值为22.1 MPa，19.5 MPa，23.6 MPa，21.5 MPa，22.3 MPa，24.1 MPa，20.1 MPa，22.5 MPa，23.5 MPa，23.6 MPa，24.5 MPa，25.6 MPa，计算平均值为22.7 MPa，标准差1.8 MPa。若按混凝土保证率95%计，其推定值为19.7 MPa，小于设计等级C20要求；若按该工程设计要求的混凝土保证率85%计，其推定值为20.9 MPa，是满足设计等级C20要求的。