大體積混凝土強度驗收

1、大體積混凝土強度驗收姜福田（中國水利水電科學研究院，北京，100038）關鍵詞：混凝土強度驗收；設計強度標準值；強度平均值；強度標準差；強度變異系數(shù)；概率系數(shù)。摘 要：大體積混凝土強度驗收缺少適用的標準和論據(jù)，套用工業(yè)民用建筑標準，又不完全適合于大壩混凝土設計要求和特點。本文著重于研究大壩混凝土強度驗收問題。強度驗收提出了兩種驗收方法，兩種方法具有同等判定效果。一 前言水利水電樞紐工程由大壩、水閘、泄水道和電站廠房等結(jié)構(gòu)物組成。各種結(jié)構(gòu)物因工作條件、結(jié)構(gòu)應力不同，所以各結(jié)構(gòu)物對混凝土要求的強度保證率也不相同。大壩混凝土要求抗壓強度保證率為80%，水閘混凝土為90%，電站廠房為95%。不同建筑物

2、執(zhí)行的規(guī)范也不相同，水閘建筑物執(zhí)行水閘施工規(guī)范（sl 27-91）；廠房工程執(zhí)行工業(yè)民用建筑規(guī)范混凝土強度檢驗評定標準（gbj 107-87）和混凝土質(zhì)量控制標準（gb 50164-92）；大壩混凝土執(zhí)行水工混凝土施工規(guī)范（sdj 207-82）和（dl/t 5144-2001）。sdj 207-82，制定時間較早，與當今混凝土強度驗收規(guī)范相比，顯得比較陳舊；dl/t 5144-2001，對強度驗收不夠嚴格，混凝土強度驗收會發(fā)生錯判，達不到設計對混凝土強度要求。目前對大體積混凝土強度驗收這么重要的問題，缺少適用的標準和論據(jù)。套用工業(yè)民用建筑標準，又不完全適合于大壩混凝土的特點。為此，本文針對大

3、體積混凝土，著重于大壩混凝土強度驗收問題，根據(jù)大壩混凝土的特點、吸收國外較成熟的質(zhì)量評定標準1，闡明作者對大體積混凝土質(zhì)量檢控的認識和理念，拋磚引玉，以供討論。大壩混凝土的特點：（1）結(jié)構(gòu)混凝土承受荷載在后期，設計齡期較長，齡期為90d或180d；（2）設計齡期強度標準值以標號（r）表示，如r90200，r的下標為齡期，后面數(shù)字為設計強度標準值（mpa）乘以10；（3）設計強度保證率為80%；（4）混凝土抗壓強度屬中等水平，r90150r90350。二 混凝土強度驗收1 設計強度標準值和驗收函數(shù)混凝土設計強度標準值，是由大壩結(jié)構(gòu)設計所得最大主壓應力乘以安全系數(shù)確定的。設計規(guī)范規(guī)定：“設計強度標

4、準值應按照標準方法制作養(yǎng)護的邊長為150mm的立方體試件，在設計齡期用標準試驗方法測得的具有80%保證率的強度來確定”；“混凝土設計強度標準值確定原則是強度總體分布的平均值減去0.842倍標準差”。施工時，對混凝土進行嚴格檢測與控制，其目的就是保證混凝土強度達到要求，必須有80%以上的抽樣強度超過設計強度標準值，這是混凝土強度驗收的首要標準?；炷翉姸闰炇帐遣捎谩俺闃訖z驗法”，抽樣取得驗收批內(nèi)一系列強度值，再按數(shù)理統(tǒng)計理論做出統(tǒng)計推斷，判斷混凝土強度是否合格。數(shù)理統(tǒng)計學證明，混凝土抗壓強度測值總體呈正態(tài)分布。基于此，總體平均值和標準差的期望值可由樣本容量n30組隨機連續(xù)抽取單組強度值估計。當強

5、度平均值和標準差取得后，混凝土強度正態(tài)分布曲線就確定?；炷翉姸缺ＷC率由保證率保證系數(shù)（t）決定，保證率為80%時t=0.842?；炷量箟簭姸绕骄?、強度標準差、設計強度標準值和保證率系數(shù)組成的驗收函數(shù)，見公式（1）。=（1）式中：混凝土強度平均值，又稱混凝土配制強度，mpa；混凝土設計齡期強度標準值，mpa；混凝土強度標準差，mpa，按公式（3）計算；強度保證率系數(shù)，保證率為80%時t=0.842。大中型水利水電工程混凝土采用攪拌樓（站）集中生產(chǎn)，可以做到控制相同的生產(chǎn)條件、原材料、工藝及人員配備的穩(wěn)定性?；炷辽a(chǎn)在相對較長的時間內(nèi)保持穩(wěn)定，且同一品種混凝土的強度變異性也保持穩(wěn)定，達到了

6、方差已知統(tǒng)計推斷條件?；炷翉姸人阈g(shù)平均值與強度標準差按公式（2）和公式（3）計算：（2）（3）式中：統(tǒng)計時段內(nèi)第i組混凝土單組強度值，mpa；統(tǒng)計時段內(nèi)n組混凝土強度算術(shù)平均值，mpa；n統(tǒng)計時段內(nèi)同一品種的混凝土強度組數(shù)；統(tǒng)計時段內(nèi)混凝土強度標準差，mpa，公式（3）中n30。2 驗收批內(nèi)強度最小值混凝土生產(chǎn)管理失控，強度標準差增加，施工單位可以采用提高抗壓強度的方法，使總體抗壓強度保證率達到80%要求。但是，混凝土總體中低強部分增多，這對建筑物安全運行是不利的，所以需要設置強度最小值限制，來檢控生產(chǎn)管理出現(xiàn)失控。當強度最小值低于2.5%概率時，可認為是小概率事件，即認為該驗收批不屬于同一

7、總體，而判定為不合格。混凝土強度正態(tài)分布曲線見圖1。由圖1得（4）假設：（5）式中：強度最小值，mpa；k強度最小限值系數(shù)；cv強度變異系數(shù)。將公式（5）代入公式（1）和公式（4）得所以 （6）fcu·minmfcu圖1 混凝土強度正態(tài)分布曲線當設計強度標準值保證率為80%時，t=0.842，低于強度最小值的概率為2.5%時，t1=1.96，代入公式（6）得（7）由公式（7）計算不同cv值的k值選用表，列于表1。表1 強度最小值系數(shù)選用表cv0.16±0.020.12±0.02k0.800.85變異系數(shù)（cv）大小是由混凝土標準差（）和配制強度（）決定的，在混凝土

8、配合比設計時已選定。由公式（5）計算得cv值，查表1選用系數(shù)k，因此強度最小值（）也已確定。公式（7）表明，強度最小值系數(shù)（k）只與變異系數(shù)（cv）有關，與混凝土設計強度標準值無關。水工混凝土施工規(guī)范（dl/t 5144-2001）規(guī)定：c9020mpa系數(shù)采用0.85；c9020mpa系數(shù)采用0.90，判定強度最小值界限是偏高的。對大壩混凝土k=0.90，要求cv=0.08方能達到，混凝土生產(chǎn)管理需要較高水平?；炷辽a(chǎn)管理中可能出現(xiàn)：（1）由于控制不嚴格出現(xiàn)強度波動過大；（2）由于骨料含水率失控或水泥用量計量不準等原因使混凝土強度降低，兩者均會引起強度變異系數(shù)（cv）增大。增大的結(jié)果是導致

9、低強試件出現(xiàn)頻率增加，原先設定的強度最小限值被突破，而使驗收批混凝土拒收。強度最小值的限值按公式（8）判定。（8）式中：k強度最小值系數(shù)，按表1由cv值選取k=0.80或0.85。混凝土強度驗收公式有兩個：其一，由公式（2）計算驗收批強度算術(shù)平均值是否大于（等于）公式（1）的；其二，檢驗驗收批內(nèi)強度最小值是否大于（等于）公式（8）設定的強度最小限值。強度驗收兩個指標同等重要，其中任一項達不到要求，驗收批混凝土則被拒收。3 小子樣強度驗收從實用角度，要抽取容量n30組子樣需要時間較長，尤其是對單元工程和混凝土方量較少的工程，混凝土強度驗收需要樣本容量只有少量子樣，就能判斷總體是否達到設計強度要求

10、，因此提出了小子樣混凝土強度驗收問題。數(shù)理統(tǒng)計學證明2：“設母體為正態(tài)分布，則不論子樣大小如何，子樣平均值的分布恒為正態(tài)分布，且其期望等于母體的期望，其方差等于母體的方差除以子樣大小?！边@個定理的簡單寫法是：“設為n（；），且為n（；）”。根據(jù)上述定理，母體分布和子樣平均數(shù)分布函數(shù)可用下式表示：（9）（10）式中：母體期望值；母體標準差；n子樣容量；t、t1概率系數(shù)。由公式（9）和公式（10）得（11）對大壩混凝土，設計強度保證率為80%，t=0.842。公式（11）是在母體強度保證率80%得到保證條件下，子樣容量（n）與子樣平均值低于設計強度標準值（）概率系數(shù)t1的關系。當子樣平均值低于設計

11、強度標準值概率為2.5%，t=1.96時，n=5。由此可以確定小子樣強度驗收函數(shù)式如下：= =（12）關于強度標準差（s）取用說明：強度驗收函數(shù)公式（1）是基于混凝土總體強度呈正態(tài)分布，總體平均值和標準差是由樣本容量n30組隨機抽取單組強度計算出來的。而小子樣強度驗收只有5個單組強度，由此確定的標準差是不可靠的。因此，推薦采用混凝土攪拌廠近期生產(chǎn)同一品種混凝土強度數(shù)據(jù)，按方差已知統(tǒng)計推斷條件，由足夠數(shù)量的強度組（n30），計算出強度標準差，用于公式（12）計算。小子樣強度驗收公式同樣有兩個：其一，由公式（2）計算小子樣強度算術(shù)平均值是否大于（等于）公式（12）的；其二，檢驗5個單組強度中最小值

12、是否大于（等于）公式（8）設定的強度最小限值。強度驗收兩個指標同等重要，其中任一項達不到要求，驗收批混凝土則被拒收。驗收公式（12）與驗收公式（1）具有同等判斷效果，在建立小子樣驗收函數(shù)時就考慮到兩個公式的協(xié)調(diào)性，見公式（11）。各批小子樣（n=5）驗收通過后，由小子樣各個單組強度連續(xù)、隨機抽樣，累積到容量n30時，再按公式（1）推斷其強度平均值和保證率必然達到設計驗收要求，也就是說被檢混凝土總體達到設計要求。4 驗收條文1）強度標準差（s）已知，選取條件如下：（1）現(xiàn)場集中攪拌的混凝土攪拌樓（站），能做到控制相同的生產(chǎn)條件，原材料及人員配備相對穩(wěn)定，且同一品種混凝土強度變異性也保持穩(wěn)定。（2

13、）混凝土隨機、連續(xù)抽樣不少于30組（n30）強度試驗值，按公式（3）計算取得。（3）強度標準差有效期為3個月，并盡量取用近期的強度試驗值計算，如果超過有效期，則必須重新估計。2）隨機、連續(xù)抽取不少于30組（n30）強度試驗值，按公式（2）計算驗收批強度算術(shù)平均值，大于或等于下式的，且驗收批內(nèi)最小強度值滿足要求，則推斷驗收批合格、接收。=（k值由表1選?。?）隨機、連續(xù)抽取5組（n=5）強度試驗值，按公式（2）計算強度算術(shù)平均值，大于或等于下式的，且最小強度值滿足要求，則推斷驗收批合格、接受。=（k值由表1選?。┤?結(jié)語本文提出以下論點：（1）從理論上證明我國上世紀60年代以來執(zhí)行“雙80”強度驗收標準，對大體積混凝土驗收是適用的，即總體強度保證率為“80%”；單組強度最小限值是設計強度標準值的“80%”。對現(xiàn)行的水工混凝土施工規(guī)范（dl/t 5144-2001）11.5.6條提出異議。（2）統(tǒng)計分析表明，強度最小限值系數(shù)只與強度變異系數(shù)有關，而與強度值無關，因此，強度最小限值系數(shù)應根據(jù)強度變異系數(shù)大小選定。（3）提出連續(xù)、隨機抽取5個單組強度（子樣容量n=5）驗收函數(shù)和方法，即小子樣強度驗收法。兩種驗