水工混凝土強度檢測評價方法淺議

朱建雄 胡人炭 劉 吉 宋為廣

(1.四川省水利水電勘測設計研究院，四川 成都 610072； 2.四川省水利工程基本建設質量監督中心站，四川 成都 610072)

0 引言

混凝土強度檢測方法有立方體試件法、回彈法、超聲回彈法、鉆芯法、拔出法和射釘法等。機理清楚、技術比較成熟，且常用的也就是立方體試件法、回彈法和鉆芯法三種[1]。利用這三種方法獲取數據來評價混凝土強度方法及標準，各行各業又有些許不同，特別是水利水電行業，混凝土種類多、結構復雜，如何做到既能控制混凝土施工質量，又能方便施工、節省材料，選擇合適的評價方法和標準顯得非常重要。

1 立方體試件強度及評價

混凝土強度等級應按立方體抗壓強度標準值確定。立方體抗壓強度標準值系指按標準方法制作養護的邊長為150 mm的立方體試件，在28 d齡期用標準試驗方法測得的具有95%保證率的抗壓強度[2]。

混凝土強度保證率是指混凝土強度總體中，大于和等于設計要求的強度等級標準值的概率P。建筑工程采用95%。因水利水電工程復雜，不同工程部位有不同保證率要求。大體積混凝土保證率要求為80%，體積較大的鋼筋混凝土保證率為85%～90%，薄壁結構工程混凝土保證率為95%[3]。總之混凝土強度保證率大小是與混凝土結構類型及重要性相關的，水工混凝土中的結構混凝土、抗沖磨混凝土等的設計齡期通常為28 d，根據混凝土強度等級定義，混凝土強度保證率均為95%，其他混凝土強度保證率按設計要求或標準規定。

混凝土在正常施工的情況下，對某種混凝土經隨機取樣測定其強度，其數據經整理繪成強度—概率分布曲線,見圖1，一般均接近正態分布曲線。曲線高峰為混凝土平均強度的概率。以平均強度為對稱軸，左右兩邊曲線是對稱的，表明對稱軸兩邊出現的概率大致相等。強度測定值愈接近平均強度，其出現的概率愈大；離對稱軸愈遠，即強度測定值愈高或愈低，其出現的概率愈小，并逐漸趨近于0。曲線與橫坐標間的面積為概率的總和，等于100%。曲線上的拐點與強度平均值的距離為強度的標準差，也稱均方差。愈大，強度分布曲線又矮又寬，說明強度離散程度大，即混凝土施工質量不穩定。

混凝土強度保證率系數可按理論公式(1)求解：

(1)

式中：P——混凝土強度保證率；

t——混凝土強度統計保證率系數。

表1列出了保證率和保證率系數常用值。

表1 保證率和保證率系數的關系

綜上所述，無論是混凝土配合比設計時配制強度還是混凝土施工質量試塊強度評定選用的平均值，應同時滿足設計采用的混凝土等級(設計混凝土強度標準值)要求、由混凝土結構類型及重要性確定的保證率P要求等，即滿足式(2)要求：

fcu,o?mfcu,i≥fcu,k+tσ

(2)

其中，fcu,o為混凝土配制強度；mfcu,i為混凝土施工質量強度平均值；fcu,k為設計混凝土強度標準值；t為由設計要求強度保證率P相對應的保證率系數；σ為強度的標準差，混凝土配合比設計時由表2查得，混凝土施工質量強度評定可由式(3)求解。

表2 混凝土標準差選用值表 MPa

強度的標準差：

(3)

另外，在混凝土施工質量試塊強度評定中，除了控制不合格率外(即保證率不小于設計值)，試塊強度最小值還應滿足限制要求。否則，會因局部缺陷引發混凝土結構或構件破壞。按SL 677—2014規定，每個強度值代表100 m3～200 m3混凝土澆筑量[4]。

SL 176—2007[5]附錄C《普通混凝土試塊試驗數據統計方法》中C.0.1條規定同一標號混凝土試塊28 d齡期抗壓強度的測試組數n≥30時，強度最小值≥85%設計值、素混凝土或少筋混凝土保證率≥80%、鋼筋混凝土保證率≥90%、混凝土等級<20 MPa的離差系數<0.22、混凝土等級≥20 MPa的離差系數<0.18時為合格；強度最小值≥95%設計值，素混凝土或少筋混凝土保證率≥85%、鋼筋混凝土保證率≥95%，混凝土等級<20 MPa的離差系數<0.18、混凝土等級≥20 MPa的離差系數<0.14時為優良。

C.0.2條規定同一標號混凝土試塊28 d齡期抗壓強度的測試組數為30>n≥5時，混凝土試塊強度同時滿足式(4)，式(5)：

mfcu,i≥fcu,k+0.7σ

(4)

mfcu,i≥0.83fcu,k+1.60σ(當fcu,k≥20)

mfcu,i≥0.80fcu,k+1.60σ(當fcu,k<20)

(5)

SL 176—2007附錄C.0.1條中，用保證率大小進行混凝土強度評定優良還是合格，從邏輯上有點混淆，保證率是設計根據混凝土結構類型和重要性給出的要求，必須滿足。C.0.2條只提出強度平均值要求，沒有強度最小值要求，易造成混凝土局部質量缺陷。另外，C.0.1條文用了保證率、最小值和離差系數三要素，還分優良與合格兩等級，而C.0.2條文僅用平均值一要素、合格一等級，兩條文中選用要素和等級都不盡一致，用起來也相當麻煩。

通過對現行混凝土試件強度檢測評價方法對比分析，并結合多年工程實踐，我們認為水工混凝土強度檢測評價采用試件測試值的平均值和最小值兩項指標，按式(6)，式(7)對水工混凝土施工質量檢測進行合格性評定，既能反映水工混凝土特殊性，充分考慮設計的要求，又能控制混凝土施工質量、方便施工、節省材料，且簡單易行。

mfcu,i≥fcu,k+tσ

(6)

fcu,min≥Pfcu,k

(7)

其中：P為設計給定保證率。

某瀝青芯墻堆石壩工程基座鋼筋混凝土，設計等級為C25，試塊抗壓強度試驗32組，其代表值為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。計算平均值29.4 MPa，標準差4.2 MPa，保證率為90.6%，離差系數為0.15，按SL 176—2007附錄C《普通混凝土試塊試驗數據統計方法》中C.0.1條規定評價為合格。若按基座混凝土重要性設計要求保證率為95%，還不能評價為合格。

2 結構構件混凝土回彈強度及評價

結構構件混凝土回彈強度用混凝土強度推定值代表，是指測區的平均回彈值和碳化深度值通過測強曲線或測區強度換算表得到測區現齡期混凝土強度換算值總體分布中保證率滿足設計要求結構構件中的混凝土強度值。

建筑工程混凝土強度保證率取95%，JGJ/T 23—2011中7.0.3條規定了構件的現齡期混凝土強度推定值[6]：

1)當構件測區數少于10個時，應按式(8)計算：

(8)

2)當構件的測區強度換算值出現小于10.0 MPa時，應按式(9)計算：

fcu,e<10.0

(9)

3)當構件測區數不少于10個時或批量檢測時，應按式(10)計算：

(10)

4)當推定值不小于設計混凝土強度等級(設計標準值)時，則構件混凝土強度滿足了設計強度保證率95%的構件中混凝土抗壓強度，即用回彈法檢測混凝土抗壓強度應符合式(11)要求：

fcu,e≥fcu,k

(11)

5)把式(11)代入式(10)整理得：

(12)

式(12)與式(2)完全相同，只是建筑工程強度保證率95%，t=1.645而已。

如前所述，水利水電工程大體積混凝土保證率要求為80%，體積較大的鋼筋混凝土保證率為85%～90%，薄壁結構工程混凝土保證率為95%。水利水電工程回彈法檢測混凝土抗壓強度，雖然可按JGJ/T 23—2011回彈法檢測混凝土抗壓強度技術規程7.0.3條規定，但是用式(12)計算推定值時建議按設計給定保證率由表1查出t進行計算。否則，計算出回彈強度推定值與設計要求相比有縮小之疑。換句話說，按JGJ/T 23—2011回彈法檢測混凝土抗壓強度技術規程7.0.3條規定無條件用于水工混凝土強度回彈檢測評價，其標準提高了。

某土石壩下游框格梁護坡工程中框格梁鋼筋混凝土回彈法檢測測區回彈強度換算值為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，計算平均值為22.7 MPa，標準差1.8 MPa。若按混凝土保證率95%計，其推定值為19.7 MPa，小于設計等級C20要求；若按該工程設計要求的混凝土保證率85%計，其推定值為20.9 MPa，是滿足設計等級C20要求的。

3 結構構件混凝土芯樣強度及評價

立方體試件法評價混凝土強度受試件制作、養護條件等影響，有時不能真實反映澆筑混凝土的入倉、振搗、養護等質量。回彈強度評價結構構件混凝土強度對表里質量不一的結構構件質量誤判也是時有發生。在上述兩種方法出現異常或對結構構件混凝土強度有懷疑時，常常采用鉆孔取芯，依據芯樣強度對結構構件混凝土強度進行復核。

在水利水電行業，結構構件混凝土芯樣強度及評價采用將芯樣強度換算成立方體試件強度，再按立方體試件法評價方法進行評價，前面已經敘述比較全面，這里不再贅述。

4 結語

1)SL 176—2007附錄C《普通混凝土試塊試驗數據統計方法》條款邏輯上有點混淆、選用要素和等級都不盡一致，用起來也相當麻煩，有必要重新修訂。

2)JGJ/T 23—2011回彈法檢測混凝土抗壓強度技術規程適用于建筑行業，對水利水電行業的大體積混凝土保證率要求為80%，體積較大的鋼筋混凝土保證率為85%～90%不見得適用，也有必要編制水利水電行業回彈法檢測混凝土抗壓強度技術規程。

3)本文中提出普通混凝土試塊試驗數據統計評價方法和水利水電行業回彈法檢測混凝土抗壓強度評價方法建議，只是作者己見，有不當之處，敬請指正。