內(nèi)容摘要：本文就水泥混凝土強(qiáng)度的概念、表示方法、強(qiáng)度測定、強(qiáng)度評定、質(zhì)量控制等內(nèi)容進(jìn)行了說明和探討。
公路工程中，水泥混凝土是應(yīng)用十分普遍的建筑材料，而混凝土構(gòu)件的質(zhì)量控制中，混凝土強(qiáng)度又是十分關(guān)鍵的指標(biāo)。近年在工作中，我們發(fā)現(xiàn)不少人對混凝土強(qiáng)度的認(rèn)識比較片面，有必要進(jìn)行澄清，并對一些問題提出我們的看法，供參考，不妥之處，敬請批評指正。
1、混凝土強(qiáng)度的概念
混凝土是由粗、細(xì)集料及膠粘材料組成的非勻質(zhì)脆性材料，由于其抗壓性能遠(yuǎn)高于抗拉性能，常用于承壓。
公路工程中所關(guān)心的混凝土強(qiáng)度，主要是抗壓強(qiáng)度和彎拉強(qiáng)度。彎拉強(qiáng)度是混凝土路面主要指標(biāo)之一，它與抗壓強(qiáng)度有一定的相關(guān)性，本文不予討論。
1.1標(biāo)準(zhǔn)立方體混凝土抗壓強(qiáng)度
標(biāo)準(zhǔn)立方體混凝土抗壓強(qiáng)度是由標(biāo)準(zhǔn)立方體混凝土試件的軸心極限抗壓能力表征的?！豆饭こ趟嗉八嗷炷猎囼?yàn)規(guī)程》T0551、T0553對試件的制作、養(yǎng)生、試壓、結(jié)果計(jì)算、非標(biāo)準(zhǔn)試件的尺寸換算等，均作了具體規(guī)定。
目前，國標(biāo)及公路行業(yè)均規(guī)定15*15*15cm3試件為標(biāo)準(zhǔn)立方體試件。同時(shí)根據(jù)粗集料的規(guī)格，允許使用20*20*20cm3及10*10*10cm3等非標(biāo)準(zhǔn)試件，但其試壓強(qiáng)度必須換算為標(biāo)準(zhǔn)立方體強(qiáng)度，換算系數(shù)分別為1.05和0.95。
1.2標(biāo)準(zhǔn)圓柱體混凝土抗壓強(qiáng)度
標(biāo)準(zhǔn)圓柱體混凝土抗壓強(qiáng)度是由標(biāo)準(zhǔn)圓柱形混凝土試件的軸心極限抗壓能力表征的。JTGE30-2005T0551、T0554具體規(guī)定中，除試件形狀、尺寸與標(biāo)準(zhǔn)立方體試件不同外，其他條件基本相同。
標(biāo)準(zhǔn)圓柱體試件的尺寸為高30cm、直徑為15cm的圓柱體。允許使用高40cm、直徑20cm及高20cm、直徑10cm的非標(biāo)準(zhǔn)圓柱體試件，其試壓強(qiáng)度也必須換算為標(biāo)準(zhǔn)圓柱體抗壓強(qiáng)度，換算系數(shù)分別為1.05和0.95。
1.3標(biāo)準(zhǔn)立方體與標(biāo)準(zhǔn)圓柱體混凝土抗壓強(qiáng)度的關(guān)系
應(yīng)注意的是，標(biāo)準(zhǔn)立方體混凝土抗壓強(qiáng)度R立一般比標(biāo)準(zhǔn)圓柱體混凝土抗壓強(qiáng)度R園要高約1.25倍。JTGE30-2005T0554條文說明中給出的一般換算關(guān)系為：
R立=1.25*R園(A)
缺乏嚴(yán)格的換算關(guān)系時(shí)，可以參照式或JTGE30-2005表T0554-3進(jìn)行換算，但不能作為水泥混凝土強(qiáng)度評定時(shí)的轉(zhuǎn)換依據(jù)。
1.4混凝土芯樣的強(qiáng)度
公路工程中，常用高100±10mm、高徑比1：1的混凝土芯樣的試壓強(qiáng)度推定混凝土強(qiáng)度。
JTGE30-2005T0554給出了不同高徑比h／d時(shí)非標(biāo)準(zhǔn)芯樣抗壓強(qiáng)度的尺寸修正系數(shù)c之間的關(guān)系如下:
h／d=2.00c=1.00h／d=1.75c=0.98
h／d=1.50c=0.96h／d=1.25c=0.93
h／d=1.00c=0.87
可以看到，高徑比為2：1與高徑比為1：1的圓柱體試件的試壓強(qiáng)度R2/1與R1/1之間的關(guān)系為：
R2/1=0.87*R1/1
若用R芯表示直徑100±10mm、高徑比1：1的芯樣試壓強(qiáng)度，則芯樣代表的標(biāo)準(zhǔn)立方體混凝土強(qiáng)度R立可用下式表示：
R立=R芯*0.87(換算為高徑比為2：1的非標(biāo)圓柱體強(qiáng)度)*0.95(換算為直徑15cm的標(biāo)準(zhǔn)圓柱體強(qiáng)度)*1.25
即R立=1.033*R芯≌R芯
即直徑100±10mm、高徑比1：1的芯樣試壓強(qiáng)度約等于標(biāo)準(zhǔn)立方體混凝土抗壓強(qiáng)度。
中國工程建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)化委員會的《鉆芯法檢測混凝土強(qiáng)度技術(shù)規(guī)程》也推薦了式。JTGF80－2004附錄D條文說明也認(rèn)可了CECS的推薦。
1.5水泥混凝土設(shè)計(jì)強(qiáng)度
《公路鋼筋混凝土及預(yù)應(yīng)力混凝土橋涵設(shè)計(jì)規(guī)范》3.1規(guī)定：“混凝土強(qiáng)度等級應(yīng)按邊長為150mm立方體試件的抗壓標(biāo)準(zhǔn)值確定。抗壓強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)制系指試件用標(biāo)準(zhǔn)方法制作、養(yǎng)護(hù)至28d齡期，以標(biāo)準(zhǔn)試驗(yàn)方法測得的具有95%保證率的抗壓強(qiáng)度。”同時(shí)指出，混凝土強(qiáng)度等級與“85橋規(guī)”中的標(biāo)號之間并非等同關(guān)系，標(biāo)號代表的強(qiáng)度降低2MPa后，相當(dāng)于強(qiáng)度等級，如30號混凝土相當(dāng)于C28混凝土。因此應(yīng)注意：
A、我們常說的“混凝土設(shè)計(jì)強(qiáng)度”或“混凝土強(qiáng)度”，系指標(biāo)準(zhǔn)立方體混凝土抗壓強(qiáng)度。對于非標(biāo)準(zhǔn)試件和圓柱體試件的抗壓強(qiáng)度，必須經(jīng)尺寸、形狀修正，換算為標(biāo)準(zhǔn)立方體混凝土抗壓強(qiáng)度，才可與設(shè)計(jì)值進(jìn)行比較。換算關(guān)系一般應(yīng)通過大量實(shí)驗(yàn)確定，實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)不足時(shí)，可參照上述各式進(jìn)行換算，但應(yīng)注意，按上述換算所得的數(shù)據(jù)進(jìn)行強(qiáng)度評定，可能導(dǎo)致爭議。
B、混凝土強(qiáng)度等級比混凝土標(biāo)號低，因此，04橋規(guī)設(shè)計(jì)的混凝土強(qiáng)度比85橋規(guī)設(shè)計(jì)的混凝土強(qiáng)度要高，即對混凝土質(zhì)量的要求提高了。
2、混凝土強(qiáng)度的表示
混凝土強(qiáng)度的表示，因單位制和保證率的不同，在我國經(jīng)歷了三種形式。關(guān)于混凝土強(qiáng)度最早的表示形式是標(biāo)號，用“#”作標(biāo)識，例如250#混凝土，其單位是kg/cm2,保證率為85%；在上世紀(jì)80年代我國推行國際單位制后，《公路橋涵施工技術(shù)規(guī)范》中混凝土強(qiáng)度仍稱為標(biāo)號，用“M”作標(biāo)識，例如M25混凝土，其單位是MPa，保證率仍為85%，但這一表示方式未普及使用且延續(xù)的時(shí)間較短；上世紀(jì)90年代，《公路工程質(zhì)量檢驗(yàn)評定標(biāo)準(zhǔn)》中，混凝土強(qiáng)度稱為強(qiáng)度等級，用“C”標(biāo)識，例如C25混凝土，單位仍為MPa，但保證率為95%。由于保證率不同，M與C之間存在如下關(guān)系：
C＝M－2(D)
保證率是對大批量混凝土生產(chǎn)質(zhì)量統(tǒng)計(jì)學(xué)意義上的保證性要求。JTGF80-2004附錄D規(guī)定，試件大于等于10組時(shí)，以數(shù)理統(tǒng)計(jì)方法按下述條件評定：
Rn-K1*Sn≥0.9*R；Rmin≥K2*R
式中：n—同批混凝土試件組數(shù)；
Rn—同批n組試件強(qiáng)度的平均值；
Sn—同批n組試件強(qiáng)度的標(biāo)準(zhǔn)差；
R—混凝土設(shè)計(jì)強(qiáng)度等級；
Rmin—n組試件中強(qiáng)度最低一組的值；
K1、K2—與組數(shù)相關(guān)的系數(shù)，當(dāng)n=10-14時(shí)，K1=1.70，K2=0.9；當(dāng)n=15-24時(shí)，K1=1.65，K2=0.85；
當(dāng)n≥25時(shí)，K1=1.60，K2=0.85。
試件少于10組時(shí)，用非數(shù)理統(tǒng)計(jì)方法按下述條件評定：
Rn≥1.15*R;Rmin≥0.95*R(F)
滿足或式，則該批混凝土強(qiáng)度合格，否則不合格。
和式是保證率為95%時(shí)的要求。當(dāng)保證率為85%時(shí)，
式中的0.9換為0.8，式中的1.15換為1.00，0.95換為0.85，K1、K2相應(yīng)變化，其余基本不變。
3、混凝土強(qiáng)度的測定
公路行業(yè)現(xiàn)行規(guī)范要求用標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)生的混凝土試件的強(qiáng)度表征實(shí)體混凝土的強(qiáng)度，但工程實(shí)際中也常用其它方法測定實(shí)體混凝土的強(qiáng)度。公路行業(yè)對實(shí)體混凝土強(qiáng)度的測定，常用取芯法。對取芯法應(yīng)注意以下問題：
A、芯樣的直徑應(yīng)為混凝土集料公稱最大粒徑的4倍，一般為100±10、150±10mm。鉆芯位置盡可能避免混凝土構(gòu)件接縫和邊緣，且不應(yīng)帶有鋼筋。
B、芯樣受壓面不平整時(shí)，宜按JTGE30-2005T0551的相關(guān)規(guī)定，用硬石膏或硬石膏與水泥的混合物修平，規(guī)范不建議用磨平機(jī)磨平，以減少對試件的進(jìn)一步損傷。
C、不同高徑比的試件，按JTGE30-2004表T0554-2進(jìn)行修正，然后經(jīng)尺寸、形狀修正后換算為標(biāo)準(zhǔn)強(qiáng)度。也可用式換算，但應(yīng)注意條件。
D、一方面，在鉆芯、制件過程中，對芯樣混凝土強(qiáng)度不可避免地產(chǎn)生有害影響；另一方面，芯樣強(qiáng)度換算為標(biāo)準(zhǔn)強(qiáng)度時(shí)，關(guān)系不夠明確；第三，因?yàn)槌叽缧?yīng)及受力條件的差異，芯樣混凝土強(qiáng)度與芯樣混凝土在原位時(shí)的強(qiáng)度相比，明顯下降，因此，用芯樣強(qiáng)度進(jìn)行混凝土強(qiáng)度評定時(shí)，尺度宜適當(dāng)放寬，以免造成較大爭議。
4、混凝土質(zhì)量評定中應(yīng)注意的幾個(gè)問題
4.1標(biāo)號與強(qiáng)度等級的區(qū)別
A、標(biāo)準(zhǔn)試件尺寸不同。
標(biāo)準(zhǔn)抗壓試件尺寸如下：
試件強(qiáng)度等級標(biāo)號
標(biāo)準(zhǔn)立方體150＊150＊150200*200*200(mm)
標(biāo)準(zhǔn)圓柱體φ150＊300φ200*400(mm)
其它標(biāo)準(zhǔn)、非標(biāo)準(zhǔn)試件尺寸見JTGE30－2005表T0551－1。
B、保證率不同。
標(biāo)號的保證率為85%，強(qiáng)度等級為95%。強(qiáng)度等級對混凝土質(zhì)量的要求更高一些。
進(jìn)行混凝土配合比設(shè)計(jì)時(shí)，試配強(qiáng)度應(yīng)高于設(shè)計(jì)強(qiáng)度的120%以上，方可保證實(shí)體混凝土強(qiáng)度按非數(shù)理統(tǒng)計(jì)方法評定時(shí)合格，因?yàn)樵u定標(biāo)準(zhǔn)要求，此時(shí)的強(qiáng)度平均值，不得小于設(shè)計(jì)值的115%。
C、養(yǎng)生條件不同。
1998及2004年《公路工程質(zhì)量檢驗(yàn)評定標(biāo)準(zhǔn)》均規(guī)定，評定水泥混凝土的抗壓強(qiáng)度，應(yīng)以標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)28d齡期的試件為準(zhǔn)?！豆窐蚝┕ぜ夹g(shù)規(guī)范》要求對混凝土試件進(jìn)行同條件養(yǎng)生，即把試件放置在與構(gòu)件同等的環(huán)境中，與構(gòu)件混凝土采用同等養(yǎng)生方式。
D、強(qiáng)度確定方法不同。
原水泥混凝土試驗(yàn)規(guī)程要求，一組三個(gè)試件的試壓值，如果有一個(gè)值超出三個(gè)試件試壓值的平均值的15%，舍棄該值后，取其余二個(gè)的平均值作為混凝土強(qiáng)度；新的試驗(yàn)規(guī)程規(guī)定，一組三個(gè)試件的試壓值，如果有一個(gè)值超出三個(gè)試件試壓值中的中間值的15%，取中間值作為混凝土強(qiáng)度。其它情況下的規(guī)定基本相同。
4.2同批混凝土的界定
JTGF80附錄D條文說明中指出，同批混凝土是指用相同的材料、配比、和生產(chǎn)工藝條件，在比較短的時(shí)間內(nèi)完成的同強(qiáng)度實(shí)體混凝土。
同批梁可以每二、三孔作為一批；中小跨徑橋的樁、墩柱、蓋梁等，可以數(shù)孔為一批；
同批的時(shí)間范圍不宜超過一季，且日平均氣溫差不宜大于15℃。如果材料、配比、工藝條件或生產(chǎn)環(huán)境有較大變化，則不可視為同批混凝土。
JTGF80附錄D條文說明同時(shí)指出，應(yīng)盡可能采用更加科學(xué)合理的數(shù)理統(tǒng)計(jì)評定方法。
4.3質(zhì)量控制與質(zhì)量評定的區(qū)別
施工質(zhì)量控制的目的，是針對當(dāng)前施工中存在的問題，采取一定的措施，避免以后的施工中出現(xiàn)同樣的問題。而質(zhì)量評定的目的，是對已經(jīng)完成的工程的質(zhì)量進(jìn)行評價(jià)，確定工程質(zhì)量的優(yōu)劣。
公路工程施工過程中，項(xiàng)目業(yè)主、監(jiān)理、施工單位應(yīng)進(jìn)行嚴(yán)格的質(zhì)量控制?；谫|(zhì)量控制的目的，對每一混凝土構(gòu)件的強(qiáng)度都應(yīng)嚴(yán)格控制，甚至可用單點(diǎn)強(qiáng)度是否合格作為標(biāo)尺衡量施工質(zhì)量，可以要求對不合格的工程返工重做。
對已完工程進(jìn)行質(zhì)量評定時(shí)，應(yīng)采用數(shù)理統(tǒng)計(jì)方法，除非有影響結(jié)構(gòu)安全性、使用性的重要缺陷，一般缺陷可不返工，以免造成不必要的浪費(fèi)。
質(zhì)量監(jiān)督機(jī)構(gòu)的質(zhì)量評定工作，宜用數(shù)理統(tǒng)計(jì)方法進(jìn)，以確定工程是否可以交付使用。但對重要缺陷，應(yīng)責(zé)令修復(fù)。應(yīng)說明的是，這與《公路工程竣工驗(yàn)收辦法》的相關(guān)規(guī)定并不矛盾。
4.4構(gòu)件的局部強(qiáng)度與整體強(qiáng)度
公路工程中混凝土構(gòu)件一般尺寸較大，如40米梁、數(shù)十米的樁基等等。JTGF80附錄D對預(yù)留試件的組數(shù)給出了明確規(guī)定。如果一個(gè)構(gòu)件預(yù)留的幾組試件強(qiáng)度有合格也有不合格，或?qū)?gòu)件不同部位用回彈或取芯方法進(jìn)行強(qiáng)度檢測后，有合格也有不合格，如何評價(jià)構(gòu)件的強(qiáng)度？各地、各項(xiàng)目、各單位的做法不盡相同。
第一種做法是，以最低的一組試件強(qiáng)度或最低的局部強(qiáng)度為整個(gè)構(gòu)件的強(qiáng)度，與設(shè)計(jì)值進(jìn)行比較，據(jù)此評判構(gòu)件混凝土強(qiáng)度是否合格。采用此種做法的單位較多，但此種做法明顯有失偏頗。例如，某樁基設(shè)計(jì)強(qiáng)度為C25，通過三組芯樣試驗(yàn)，2組強(qiáng)度合格，一組強(qiáng)度略低于設(shè)計(jì)值，但該樁被判為III類或IV類，不合格；也有因三組9個(gè)試件中一個(gè)試件的試壓結(jié)果低于設(shè)計(jì)值，被判為不合格。
第二種做法類似第一種，但與數(shù)理統(tǒng)計(jì)或非數(shù)理統(tǒng)計(jì)中要求的最低強(qiáng)度進(jìn)行比較。這種做法有可取之處，特別是在構(gòu)件上對混凝土強(qiáng)度要求最嚴(yán)的部位，要求強(qiáng)度不得低于強(qiáng)度最低要求是合理的。但應(yīng)注意上述討論中的各種因素，給出合理的結(jié)果判定。強(qiáng)度測定單位應(yīng)嚴(yán)格操作，避免測定結(jié)果失真。
第三種做法是將所有檢測結(jié)果取平均值與設(shè)計(jì)值比較、評定。這種做法是沒有依據(jù)的。
正確的做法應(yīng)是將同一構(gòu)件按同批混凝土對待，按數(shù)理統(tǒng)計(jì)或非數(shù)理統(tǒng)計(jì)方法與設(shè)計(jì)值進(jìn)行比較、評定。JTGF80附錄D給出了嚴(yán)格而明確的規(guī)定。
5、影響混凝土強(qiáng)度的重要因素
影響混凝土強(qiáng)度的主要因素，主要包括材料質(zhì)量、施工工藝條件、施工環(huán)境、質(zhì)量控制等，施工技術(shù)規(guī)范對此都有明確規(guī)定。這里著重強(qiáng)調(diào)如下兩點(diǎn)。
5.1外加劑
外加劑是近年來在混凝土工程中使用越來越普遍的一種表面活性材料，已經(jīng)成為水泥混凝土主要的組分。如果使用得當(dāng)，它可以極大地改善混凝土的物理力學(xué)性能，達(dá)到預(yù)期的目的，如果使用不當(dāng)，則會對混凝土質(zhì)量造成極大地?fù)p傷。
目前，外加劑的品種越來越多，市場狀況也魚龍混雜、良莠不齊，致使外加劑質(zhì)量參差不齊，甚至品名與實(shí)際性能不符。另一方面，對外加劑基本上放任自流，任由施工單位自行采購和使用，對其質(zhì)量監(jiān)管不到位。我們在工作中，遇到不少因外加劑使用不當(dāng)造成的問題，如預(yù)制梁混凝土十幾個(gè)小時(shí)不凝結(jié)，誤把速凝劑用于水下樁基灌注導(dǎo)致斷樁等等。
外加劑的試驗(yàn)分為性能試驗(yàn)和勻質(zhì)性試驗(yàn)兩個(gè)方面。性能試驗(yàn)主要檢驗(yàn)摻入外加劑后，混凝土或其拌合物能否達(dá)到預(yù)期的效果，類似于混凝土配合比試驗(yàn)；勻質(zhì)性試驗(yàn)主要檢驗(yàn)外加劑自身的性能是否滿足相關(guān)規(guī)定，類似于水泥三大指標(biāo)檢驗(yàn)。我們已經(jīng)習(xí)慣了混凝土配比設(shè)計(jì)及進(jìn)場水泥質(zhì)量的抽檢，但對外加劑，一般只在配合比設(shè)計(jì)時(shí)作性能試驗(yàn)，對進(jìn)場的外加劑沒有要求進(jìn)行勻質(zhì)性試驗(yàn)，且對外加劑的使用劑量也未加嚴(yán)格控制，這給混凝土質(zhì)量造成了極大地隱患。
因此我們建議，向?qū)Υ噘|(zhì)量控制一樣，施工現(xiàn)場應(yīng)嚴(yán)格控制外加劑的質(zhì)量及使用劑量。
5.2首件認(rèn)可
路基路面施工中，我們已經(jīng)習(xí)慣了首先進(jìn)行試驗(yàn)段施工，經(jīng)過嚴(yán)格檢測、審批后，才可大面積施工。但這一對質(zhì)量控制行之有效的做法，卻未在混凝土工程施工中全面推廣。
我們建議，當(dāng)首個(gè)混凝土構(gòu)件施工完畢后，應(yīng)從材料、配比、工藝、外觀質(zhì)量、內(nèi)在質(zhì)量等方面進(jìn)行全面檢測、評價(jià)，據(jù)此對影響其質(zhì)量的各個(gè)環(huán)節(jié)進(jìn)行嚴(yán)格確認(rèn)和審批，并以批準(zhǔn)的工藝條件控制其后的施工，從而保障施工質(zhì)量。 |
