混凝土強度的幾個問題Microsoft Word 文檔.doc

內容摘要：本文就水泥混凝土強度的概念、表示方法、強度測定、強度評定、質量控制等內容進行了說明和探討。 公路工程中，水泥混凝土（以下簡稱混凝土）是應用十分普遍的建筑材料，而混凝土構件的質量控制中，混凝土強度又是十分關鍵的指標。近年在工作中，我們發(fā)現(xiàn)不少人對混凝土強度的認識比較片面，有必要進行澄清，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、混凝土強度的概念 混凝土是由粗、細集料及膠粘材料組成的非勻質脆性材料，由于其抗壓性能遠高于抗拉性能，常用于承壓。 公路工程中所關心的混凝土強度，主要是抗壓強度和彎拉強度。彎拉強度是混凝土路面主要指標之一，它與抗壓強度有一定的相關性，本文不予討論。 1.1標準立方體混凝土抗壓強度 標準立方體混凝土抗壓強度是由標準立方體混凝土試件的軸心極限抗壓能力表征的。公路工程水泥及水泥混凝土試驗規(guī)程（JTGE30-2005）T0551、T0553對試件的制作、養(yǎng)生、試壓、結果計算、非標準試件的尺寸換算等，均作了具體規(guī)定。 目前，國標及公路行業(yè)均規(guī)定15*15*15cm3試件為標準立方體試件。同時根據(jù)粗集料的規(guī)格，允許使用20*20*20cm3及10*10*10cm3等非標準試件，但其試壓強度必須換算為標準立方體強度，換算系數(shù)分別為1.05和0.95。 1.2標準圓柱體混凝土抗壓強度 標準圓柱體混凝土抗壓強度是由標準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、尺寸與標準立方體試件不同外，其他條件基本相同。 標準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的非標準圓柱體試件，其試壓強度也必須換算為標準圓柱體抗壓強度，換算系數(shù)分別為1.05和0.95。 1.3標準立方體與標準圓柱體混凝土抗壓強度的關系 應注意的是，標準立方體混凝土抗壓強度R立一般比標準圓柱體混凝土抗壓強度R園要高約1.25倍。JTGE30-2005T0554條文說明中給出的一般換算關系為： R立=1.25*R園(A) 缺乏嚴格的換算關系時，可以參照（A）式或JTGE30-2005表T0554-3進行換算，但不能作為水泥混凝土強度評定時的轉換依據(jù)。 1.4混凝土芯樣的強度 公路工程中，常用高10010mm、高徑比1：1的混凝土芯樣的試壓強度推定混凝土強度。 JTGE30-2005T0554給出了不同高徑比hd時非標準芯樣抗壓強度的尺寸修正系數(shù)c之間的關系如下: hd=2.00c=1.00hd=1.75c=0.98 hd=1.50c=0.96hd=1.25c=0.93 hd=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度R2/1與R1/1之間的關系為： R2/1=0.87*R1/1（B） 若用R芯表示直徑10010mm、高徑比1：1的芯樣試壓強度，則芯樣代表的標準立方體混凝土強度R立可用下式表示： R立=R芯*0.87(換算為高徑比為2：1的非標圓柱體強度)*0.95(換算為直徑15cm的標準圓柱體強度)*1.25（換算為標準立方體強度） 即R立=1.033*R芯R芯（C） 即直徑10010mm、高徑比1：1的芯樣試壓強度約等于標準立方體混凝土抗壓強度。 中國工程建設標準化委員會的鉆芯法檢測混凝土強度技術規(guī)程（CECS0388）也推薦了（C）式。JTGF802004附錄D條文說明也認可了CECS的推薦。 1.5水泥混凝土設計強度 公路鋼筋混凝土及預應力混凝土橋涵設計規(guī)范（JTGD62-2004）3.1規(guī)定：“混凝土強度等級應按邊長為150mm立方體試件的抗壓標準值確定?？箟簭姸葮藴手葡抵冈嚰脴藴史椒ㄖ谱?、養(yǎng)護至28d齡期，以標準試驗方法測得的具有95%保證率的抗壓強度?！蓖瑫r指出，混凝土強度等級與“85橋規(guī)”中的標號之間并非等同關系，標號代表的強度降低2MPa后，相當于強度等級，如30號混凝土相當于C28混凝土。因此應注意： A、我們常說的“混凝土設計強度”或“混凝土強度”，系指標準立方體混凝土抗壓強度。對于非標準試件和圓柱體試件的抗壓強度，必須經尺寸、形狀修正，換算為標準立方體混凝土抗壓強度，才可與設計值進行比較。換算關系一般應通過大量實驗確定，實驗數(shù)據(jù)不足時，可參照上述各式進行換算，但應注意，按上述換算所得的數(shù)據(jù)進行強度評定，可能導致爭議。 B、混凝土強度等級比混凝土標號低（低2MPa），因此，04橋規(guī)設計的混凝土強度比85橋規(guī)設計的混凝土強度要高，即對混凝土質量的要求提高了（約2MPa）。 2、混凝土強度的表示 混凝土強度的表示，因單位制和保證率的不同，在我國經歷了三種形式。關于混凝土強度最早的表示形式是標號，用“#”作標識，例如250#混凝土，其單位是kg/cm2,保證率為85%；在上世紀80年代我國推行國際單位制后，公路橋涵施工技術規(guī)范（JTJ04189）中混凝土強度仍稱為標號，用“M”作標識，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)的時間較短；上世紀90年代，公路工程質量檢驗評定標準（JTJ071-98）中，混凝土強度稱為強度等級，用“C”標識，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之間存在如下關系（參見JTJ07198及JTGF802004附錄D條文說明）： CM2（MPa）(D) 保證率是對大批量混凝土生產質量統(tǒng)計學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，以數(shù)理統(tǒng)計方法按下述條件評定： Rn-K1*Sn0.9*R；RminK2*R（E） 式中：n同批混凝土試件組數(shù)； Rn同批n組試件強度的平均值； Sn同批n組試件強度的標準差； R混凝土設計強度等級； Rminn組試件中強度最低一組的值； K1、K2與組數(shù)相關的系數(shù)，當n=10-14時，K1=1.70，K2=0.9；當n=15-24時，K1=1.65，K2=0.85； 當n25時，K1=1.60，K2=0.85。 試件少于10組時，用非數(shù)理統(tǒng)計方法按下述條件評定： Rn1.15*R;Rmin0.95*R(F) 滿足（D）或（E）式，則該批混凝土強度合格，否則不合格。 （E）和（F）式是保證率為95%時的要求。當保證率為85%時， （F）式中的0.9換為0.8，（F）式中的1.15換為1.00，0.95換為0.85，K1、K2相應變化，其余基本不變。 3、混凝土強度的測定 公路行業(yè)現(xiàn)行規(guī)范要求用標準養(yǎng)生的混凝土試件的強度表征實體混凝土的強度，但工程實際中也常用其它方法測定實體混凝土的強度。公路行業(yè)對實體混凝土強度的測定，常用取芯法。對取芯法應注意以下問題： A、芯樣的直徑應為混凝土集料公稱最大粒徑的4倍，一般為10010、15010mm。鉆芯位置盡可能避免混凝土構件接縫和邊緣，且不應帶有鋼筋。 B、芯樣受壓面不平整時，宜按JTGE30-2005T0551的相關規(guī)定，用硬石膏或硬石膏與水泥的混合物修平，規(guī)范不建議用磨平機磨平，以減少對試件的進一步損傷。 C、不同高徑比的試件，按JTGE30-2004表T0554-2進行修正，然后經尺寸、形狀修正后換算為標準強度。也可用（C）式換算，但應注意條件。 D、一方面，在鉆芯、制件過程中，對芯樣混凝土強度不可避免地產生有害影響；另一方面，芯樣強度換算為標準強度時，關系不夠明確；第三，因為尺寸效應及受力條件的差異，芯樣混凝土強度與芯樣混凝土在原位時的強度相比，明顯下降，因此，用芯樣強度進行混凝土強度評定時，尺度宜適當放寬，以免造成較大爭議。 4、混凝土質量評定中應注意的幾個問題 4.1標號與強度等級的區(qū)別 A、標準試件尺寸不同。 標準抗壓試件尺寸如下： 試件強度等級標號 標準立方體150150150（mm）200*200*200(mm) 標準圓柱體150300（mm）200*400(mm) 其它標準、非標準試件尺寸見JTGE302005表T05511。 B、保證率不同。 標號的保證率為85%，強度等級為95%。強度等級對混凝土質量的要求更高一些。 進行混凝土配合比設計時，試配強度應高于設計強度的120%以上，方可保證實體混凝土強度按非數(shù)理統(tǒng)計方法評定時合格，因為評定標準要求，此時的強度平均值，不得小于設計值的115%。 C、養(yǎng)生條件不同。 1998及2004年公路工程質量檢驗評定標準均規(guī)定，評定水泥混凝土的抗壓強度，應以標準養(yǎng)護28d齡期的試件為準。公路橋涵施工技術規(guī)范（JTJ0412000）要求對混凝土試件進行同條件養(yǎng)生，即把試件放置在與構件同等的環(huán)境中，與構件混凝土采用同等養(yǎng)生方式。 D、強度確定方法不同。 原水泥混凝土試驗規(guī)程要求，一組三個試件的試壓值，如果有一個值超出三個試件試壓值的平均值的15%，舍棄該值后，取其余二個的平均值作為混凝土強度；新的試驗規(guī)程規(guī)定，一組三個試件的試壓值，如果有一個值超出三個試件試壓值中的中間值的15%，取中間值作為混凝土強度。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、和生產工藝條件，在比較短的時間內完成的同強度實體混凝土。 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條文說明同時指出，應盡可能采用更加科學合理的數(shù)理統(tǒng)計評定方法。 4.3質量控制與質量評定的區(qū)別 施工質量控制的目的，是針對當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。而質量評定的目的，是對已經完成的工程的質量進行評價，確定工程質量的優(yōu)劣。 公路工程施工過程中，項目業(yè)主、監(jiān)理、施工單位應進行嚴格的質量控制。基于質量控制的目的，對每一混凝土構件的強度都應嚴格控制，甚至可用單點強度是否合格作為標尺衡量施工質量，可以要求對不合格的工程返工重做。 對已完工程進行質量評定時，應采用數(shù)理統(tǒng)計方法，除非有影響結構安全性、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。 質量監(jiān)督機構的質量評定工作，宜用數(shù)理統(tǒng)計方法進，以確定工程是否可以交付使用。但對重要缺陷，應責令修復。應說明的是，這與公路工程竣（交）工驗收辦法（交通部令2004第3號）的相關規(guī)定并不矛盾。 4.4構件的局部強度與整體強度 公路工程中混凝土構件一般尺寸較大，如40米梁、數(shù)十米的樁基等等。JTGF80附錄D對預留試件的組數(shù)給出了明確規(guī)定。如果一個構件預留的幾組試件強度有合格也有不合格，或對構件不同部位用回彈或取芯方法進行強度檢測后，有合格也有不合格，如何評價構件的強度？各地、各項目、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度或最低的局部強度（回彈的某測區(qū)、芯樣的一個試件強度）為整個構件的強度，與設計值進行比較，據(jù)此評判構件混凝土強度是否合格。采用此種做法的單位較多，但此種做法明顯有失偏頗。例如，某樁基設計強度為C25，通過三組芯樣試驗，2組強度合格，一組強度略低于設計值（不小于極值），但該樁被判為III類或IV類，不合格；也有因三組9個試件中一個試件的試壓結果低于設計值（其余均遠高于設計值），被判為不合格。 第二種做法類似第一種，但與數(shù)理統(tǒng)計或非數(shù)理統(tǒng)計中要求的最低強度進行比較。這種做法有可取之處，特別是在構件上對混凝土強度要求最嚴的部位（主要的彎壓區(qū)），要求強度不得低于強度最低要求是合理的。但應注意上述討論中的各種因素，給出合理的結果判定。強度測定單位應嚴格操作，避免測定結果失真。 第三種做法是將所有檢測結果取平均值與設計值比較、評定。這種做法是沒有依據(jù)的。 正確的做法應是將同一構件按同批混凝土對待，按數(shù)理統(tǒng)計或非數(shù)理統(tǒng)計方法與設計值進行比較、評定。JTGF80附錄D給出了嚴格而明確的規(guī)定。 5、影響混凝土強度的重要因素 影響混凝土強度的主要因素，主要包括材料質量、施工工藝條件、施工環(huán)境、質量控制等，施工技術規(guī)范對此都有明確規(guī)定。這里著重強調如下兩點。 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，已經成為水泥混凝土主要（甚至必不可少）的組分。如果使用得當，它可以極大地改善混凝土的物理力學性能，達到預期的目的，如果使用不當，則會對混凝土質量造成極大地損傷。 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，致使外加劑質量參差不齊，甚至品名與實際性能不符。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造成的問題，如預制梁混凝土十幾個小時不凝結，誤把速凝劑用于水下樁基灌注導致斷樁等等。 外加劑的試驗分為性能試驗和勻質性試驗兩個方面。性能試驗主要檢驗摻入外加劑后，混凝土或其拌合物能否達到預期的效果，類似于混凝土配合比試驗；勻質性試驗主要檢驗外加劑自身的性能是否滿足相關規(guī)定，類似于水泥三大指標檢驗。我們已經習慣了混凝土配比設計及進場水泥質量的抽檢，但對外加劑，一般只在配合比設計時作性能試驗，對進場的外加劑沒有要求進行勻質性試驗，且對外加劑的使用劑量也未加