混凝土試塊最優取樣方法及數量研究

趙金鳳

(盤錦市大洼區水利技術推廣中心，遼寧 盤錦 124200)

1 研究背景

混凝土工程對混凝土相關性能的檢測試驗，是控制工程質量的重要手段。為了保證工程質量，作為試驗檢驗部門，必須嚴格把控好質量檢測這一關鍵環節，嚴格按照國家現行標準，行業標準，精心操作，認真試驗，以保證試驗數據準確可靠，檢測結論正確規范，做到行為公正、方法科學、數據準確、服務規范[1- 3]。為保證最終混凝土的質量，必須進行混凝土試塊的制作、送檢，將試塊的試驗結果作為整體混凝土的結果，因此，合理的取樣方法及數量是判斷混凝土質量，影響整個工程質量的重要環節之一[4]。

不同取樣方法和取樣數量均會直接影響最終相關材料的檢測結果，從而對整個工程質量施工和設計造成影響。楚彬等[5]研究了不同取樣數量和方法對土壤理化性質的影響，指出檢測結果的誤差隨取樣數量的增加而減小，且最優方法為隨機取樣法；王鎧[6]研究了腐蝕地下水對混凝土影響的取樣方法，最終指出在取樣時對樣本的運輸時間過長，會對樣本本身指標產生較大影響；常學志等[7]研究了南水北調中線工程料場的取樣方法，采用系統取樣的方法提高了砂料的細度模數，使最終砂料滿足規范要求。

常用的取樣方法主要有隨機取樣法、網絡取樣法、對角線取樣法和“W”型取樣法等[8]，本文為研究混凝土取樣的適宜方法和數量，設置不同的取樣數量，在不同混凝土溫度下確定混凝土的最優取樣方法和數量。本文的研究成果可為混凝土質量的保證提供經驗及理論支撐。

2 試驗設計

選擇同一臺機器，相同配比，其余情況均相同的混凝土材料進行試塊制作、取樣及檢測，在每一樣點調查最終混凝土試塊的抗壓強度、抗壓性能及抗滲性能，選擇不同的取樣方法(隨機法、網格法和對角線法)，在不同混凝土溫度下(10、15和20℃)，分析不同取樣方法和取樣數量與整體全部取樣時檢測結果的差異，最終選出最優方法和取樣數量。

(1)隨機取樣。將樣點由南向北，自西向東方向進行編號，根據Excel軟件隨機抽取不同樣本數量的序號，每次取樣數量下隨機生成5次，最后結果取5次的平均值。

(2)網絡法取樣。以等間距的方式設置不同的取樣數量，取樣數量依次為4、9、16、36、49逐漸遞增，取樣間隔相等。

(3)對角線法取樣。以左下角的取樣點為頂點，以等距的方式設置不同的取樣數量。

根據不同的取樣方法進行取樣，制作混凝土試塊，分別測定不同試塊的性能指標并與整體檢測結果對比，混凝土試塊檢測方法參考文獻[8- 9]。

3 結果與分析

3.1 不同取樣方式下混凝土抗壓強度誤差分析

圖1為不同取樣方式下，混凝土試塊抗壓強度檢測結果的誤差對比分析。由圖1可以看出，不同取樣方式下混凝土抗壓強度的相對誤差均隨取樣數量的增加總體呈現先下降后平穩的趨勢，表明當取樣數量達到一定水平時，數量并不與精度完全成正比。網格法取樣和對角線法取樣誤差曲線變化趨勢較穩定，而隨機取樣法的誤差趨勢線不穩定，當取樣數量大于12時，隨機取樣法的誤差要明顯低于其余方法。同時對比不同溫度下混凝土的抗壓強度情況可知，溫度越高，隨機取樣法結果的穩定性越高，而其余2種方法穩定性較差。這表明在檢測混凝土抗壓強度時，隨機取樣法為最適宜的取樣方法。

圖1 不同取樣方式下混凝土抗壓強度檢測結果誤差分析

3.2 不同取樣方式下混凝土抗凍性能誤差分析

圖2為不同混凝土試塊抗滲性能誤差分析。由圖2可以看出，當混凝土溫度為10℃時，3種取樣方法的誤差趨勢線差異較小，隨著取樣數量增加，抗凍性能誤差呈現先降低后平穩的趨勢，隨機取樣產生的誤差較低；在混凝土為20℃的情況下，隨機取樣誤差出現了較大的波動，當取樣數量大于8時，隨機取樣誤差低于了其余2種方法，而對角線法誤差變化幅度較高，不宜在此情況下選擇該方法進行取樣；在混凝土為30℃的情況下，3種取樣方式的誤差呈現降低趨勢并且隨機取樣產生的誤差均低于對角線和網格取樣誤差。

圖2 不同取樣方式下混凝土抗凍性能檢測結果誤差分析

3.3 不同取樣方式下混凝土抗滲性能誤差分析

圖3為不同混凝土試塊抗滲性能誤差分析。由圖3可以看出，當取樣數量大于15時，隨機取樣產生的誤差均低于其他取樣方法。當混凝土溫度為10℃時，3種取樣方法的誤差趨勢線差異較小，隨著取樣數量增加，抗凍性能誤差呈現先降低后平穩的趨勢，當取樣數量高于13時，隨機取樣的誤差較低；在混凝土為20℃的情況下，隨機取樣誤差出現了較大的波動，當取樣數量大于15時，隨機取樣誤差低于了其余2種方法，而當取樣數量低于15時，網絡線法的精度最高；在混凝土為30℃的情況下，3種取樣方式的誤差呈現降低趨勢并且隨機取樣產生的誤差均低于對角線和網格取樣誤差。

圖3 不同取樣方式下混凝土抗滲性能檢測結果誤差分析

3.4 混凝土取樣數目的確定

表1為不同置信度區間所確定的不同情況下混凝土試塊的取樣數目。由表1可以看出，混凝土試塊的合理取樣數目均隨著允許誤差范圍的降低而增大。不同混凝土溫度不同調查指標下的合理取樣數目不同，3個調查指標在2個置信度水平下、允許誤差在10%和15%情況下的合理取樣數目最高為17個，最少為1個，在允許誤差為5%時，2個置信度水平的最高取樣量為41個，最少為11個。

4 結語

本文研究了不同混凝土溫度下，當選擇不同的取樣方法和取樣數量時，對不同情況的混凝土試塊的抗壓強度、抗凍性能和抗滲性能的誤差進行比較，最終得出了混凝土試塊的最優取樣方法和最優取樣數量。本文的結論可為混凝土試驗方案試塊取樣的制定提供依據，為保證混凝土工程的質量打下堅實基礎。本文在研究過程中僅對混凝土的抗壓強度等3個指標進行了調查，在今后的研究中可從其他指標考慮，進一步完善混凝土取樣方法和數量的制定。同時，可從生產混凝土的水泥、砂、石、外加劑等原材料的取樣出發，進一步完善和研究影響混凝土性能的整體取樣方案。

表1 混凝土試塊合理取樣數目確定