大體積混凝土強(qiáng)度驗(yàn)收.doc

此文檔收集于網(wǎng)絡(luò)，如有侵權(quán)，請聯(lián)系網(wǎng)站刪除大體積混凝土強(qiáng)度驗(yàn)收姜福田（中國水利水電科學(xué)研究院，北京，100038）關(guān)鍵詞：混凝土強(qiáng)度驗(yàn)收；設(shè)計(jì)強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值；強(qiáng)度平均值；強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)差；強(qiáng)度變異系數(shù)；概率系數(shù)。摘 要：大體積混凝土強(qiáng)度驗(yàn)收缺少適用的標(biāo)準(zhǔn)和論據(jù)，套用工業(yè)民用建筑標(biāo)準(zhǔn)，又不完全適合于大壩混凝土設(shè)計(jì)要求和特點(diǎn)。本文著重于研究大壩混凝土強(qiáng)度驗(yàn)收問題。強(qiáng)度驗(yàn)收提出了兩種驗(yàn)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(yīng)力不同，所以各結(jié)構(gòu)物對混凝土要求的強(qiáng)度保證率也不相同。大壩混凝土要求抗壓強(qiáng)度保證率為80%，水閘混凝土為90%，電站廠房為95%。不同建筑物執(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(qiáng)度檢驗(yàn)評定標(biāo)準(zhǔn)（GBJ 107-87）和混凝土質(zhì)量控制標(biāo)準(zhǔn)（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(dāng)今混凝土強(qiáng)度驗(yàn)收規(guī)范相比，顯得比較陳舊；DL/T 5144-2001，對強(qiáng)度驗(yàn)收不夠嚴(yán)格，混凝土強(qiáng)度驗(yàn)收會發(fā)生錯判，達(dá)不到設(shè)計(jì)對混凝土強(qiáng)度要求。目前對大體積混凝土強(qiáng)度驗(yàn)收這么重要的問題，缺少適用的標(biāo)準(zhǔn)和論據(jù)。套用工業(yè)民用建筑標(biāo)準(zhǔn)，又不完全適合于大壩混凝土的特點(diǎn)。為此，本文針對大體積混凝土，著重于大壩混凝土強(qiáng)度驗(yàn)收問題，根據(jù)大壩混凝土的特點(diǎn)、吸收國外較成熟的質(zhì)量評定標(biāo)準(zhǔn)1，闡明作者對大體積混凝土質(zhì)量檢控的認(rèn)識和理念，拋磚引玉，以供討論。大壩混凝土的特點(diǎn)：（1）結(jié)構(gòu)混凝土承受荷載在后期，設(shè)計(jì)齡期較長，齡期為90d或180d；（2）設(shè)計(jì)齡期強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值以標(biāo)號（R）表示，如R90200，R的下標(biāo)為齡期，后面數(shù)字為設(shè)計(jì)強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值（MPa）乘以10；（3）設(shè)計(jì)強(qiáng)度保證率為80%；（4）混凝土抗壓強(qiáng)度屬中等水平，R90150R90350。二 混凝土強(qiáng)度驗(yàn)收1 設(shè)計(jì)強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值和驗(yàn)收函數(shù)混凝土設(shè)計(jì)強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值，是由大壩結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)所得最大主壓應(yīng)力乘以安全系數(shù)確定的。設(shè)計(jì)規(guī)范規(guī)定：“設(shè)計(jì)強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值應(yīng)按照標(biāo)準(zhǔn)方法制作養(yǎng)護(hù)的邊長為150mm的立方體試件，在設(shè)計(jì)齡期用標(biāo)準(zhǔn)試驗(yàn)方法測得的具有80%保證率的強(qiáng)度來確定”；“混凝土設(shè)計(jì)強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值確定原則是強(qiáng)度總體分布的平均值減去0.842倍標(biāo)準(zhǔn)差”。施工時，對混凝土進(jìn)行嚴(yán)格檢測與控制，其目的就是保證混凝土強(qiáng)度達(dá)到要求，必須有80%以上的抽樣強(qiáng)度超過設(shè)計(jì)強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值，這是混凝土強(qiáng)度驗(yàn)收的首要標(biāo)準(zhǔn)?；炷翉?qiáng)度驗(yàn)收是采用“抽樣檢驗(yàn)法”，抽樣取得驗(yàn)收批內(nèi)一系列強(qiáng)度值，再按數(shù)理統(tǒng)計(jì)理論做出統(tǒng)計(jì)推斷，判斷混凝土強(qiáng)度是否合格。數(shù)理統(tǒng)計(jì)學(xué)證明，混凝土抗壓強(qiáng)度測值總體呈正態(tài)分布?；诖?，總體平均值和標(biāo)準(zhǔn)差的期望值可由樣本容量n30組隨機(jī)連續(xù)抽取單組強(qiáng)度值估計(jì)。當(dāng)強(qiáng)度平均值和標(biāo)準(zhǔn)差取得后，混凝土強(qiáng)度正態(tài)分布曲線就確定?；炷翉?qiáng)度保證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?qiáng)度平均值、強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)差、設(shè)計(jì)強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值和保證率系數(shù)組成的驗(yàn)收函數(shù)，見公式（1）。=（1）式中：混凝土強(qiáng)度平均值，又稱混凝土配制強(qiáng)度，MPa；混凝土設(shè)計(jì)齡期強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值，MPa；混凝土強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)差，MPa，按公式（3）計(jì)算；強(qiáng)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。混凝土生產(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(qiáng)度變異性也保持穩(wěn)定，達(dá)到了方差已知統(tǒng)計(jì)推斷條件?；炷翉?qiáng)度算術(shù)平均值與強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)差按公式（2）和公式（3）計(jì)算：（2）（3）式中：統(tǒng)計(jì)時段內(nèi)第i組混凝土單組強(qiáng)度值，MPa；統(tǒng)計(jì)時段內(nèi)n組混凝土強(qiáng)度算術(shù)平均值，MPa；n統(tǒng)計(jì)時段內(nèi)同一品種的混凝土強(qiáng)度組數(shù)；統(tǒng)計(jì)時段內(nèi)混凝土強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)差，MPa，公式（3）中n30。2 驗(yàn)收批內(nèi)強(qiáng)度最小值混凝土生產(chǎn)管理失控，強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)差增加，施工單位可以采用提高抗壓強(qiáng)度的方法，使總體抗壓強(qiáng)度保證率達(dá)到80%要求。但是，混凝土總體中低強(qiáng)部分增多，這對建筑物安全運(yùn)行是不利的，所以需要設(shè)置強(qiáng)度最小值限制，來檢控生產(chǎn)管理出現(xiàn)失控。當(dāng)強(qiáng)度最小值低于2.5%概率時，可認(rèn)為是小概率事件，即認(rèn)為該驗(yàn)收批不屬于同一總體，而判定為不合格?；炷翉?qiáng)度正態(tài)分布曲線見圖1。由圖1得（4）假設(shè)：（5）式中：強(qiáng)度最小值，MPa；k強(qiáng)度最小限值系數(shù)；Cv強(qiáng)度變異系數(shù)。將公式（5）代入公式（1）和公式（4）得所以 （6）fcuminmfcu圖1 混凝土強(qiáng)度正態(tài)分布曲線當(dāng)設(shè)計(jì)強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值保證率為80%時，t=0.842，低于強(qiáng)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(jì)算不同Cv值的k值選用表，列于表1。表1 強(qiáng)度最小值系數(shù)選用表Cv0.160.020.120.02k0.800.85變異系數(shù)（Cv）大小是由混凝土標(biāo)準(zhǔn)差（）和配制強(qiáng)度（）決定的，在混凝土配合比設(shè)計(jì)時已選定。由公式（5）計(jì)算得Cv值，查表1選用系數(shù)k，因此強(qiáng)度最小值（）也已確定。公式（7）表明，強(qiáng)度最小值系數(shù)（k）只與變異系數(shù)（Cv）有關(guān)，與混凝土設(shè)計(jì)強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值無關(guān)。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(qiáng)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(dá)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(yán)格出現(xiàn)強(qiáng)度波動過大；（2）由于骨料含水率失控或水泥用量計(jì)量不準(zhǔn)等原因使混凝土強(qiáng)度降低，兩者均會引起強(qiáng)度變異系數(shù)（Cv）增大。增大的結(jié)果是導(dǎo)致低強(qiáng)試件出現(xiàn)頻率增加，原先設(shè)定的強(qiáng)度最小限值被突破，而使驗(yàn)收批混凝土拒收。強(qiáng)度最小值的限值按公式（8）判定。（8）式中：k強(qiáng)度最小值系數(shù)，按表1由Cv值選取k=0.80或0.85?；炷翉?qiáng)度驗(yàn)收公式有兩個：其一，由公式（2）計(jì)算驗(yàn)收批強(qiáng)度算術(shù)平均值是否大于（等于）公式（1）的；其二，檢驗(yàn)驗(yàn)收批內(nèi)強(qiáng)度最小值是否大于（等于）公式（8）設(shè)定的強(qiáng)度最小限值。強(qiáng)度驗(yàn)收兩個指標(biāo)同等重要，其中任一項(xiàng)達(dá)不到要求，驗(yàn)收批混凝土則被拒收。3 小子樣強(qiáng)度驗(yàn)收從實(shí)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(qiáng)度驗(yàn)收需要樣本容量只有少量子樣，就能判斷總體是否達(dá)到設(shè)計(jì)強(qiáng)度要求，因此提出了小子樣混凝土強(qiáng)度驗(yàn)收問題。數(shù)理統(tǒng)計(jì)學(xué)證明2：“設(shè)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(shè)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(biāo)準(zhǔn)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(shè)計(jì)強(qiáng)度保證率為80%，t=0.842。公式（11）是在母體強(qiáng)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(shè)計(jì)強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值（）概率系數(shù)t1的關(guān)系。當(dāng)子樣平均值低于設(shè)計(jì)強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值概率為2.5%，t=1.96時，n=5。由此可以確定小子樣強(qiáng)度驗(yàn)收函數(shù)式如下：= =（12）關(guān)于強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)差（s）取用說明：強(qiáng)度驗(yàn)收函數(shù)公式（1）是基于混凝土總體強(qiáng)度呈正態(tài)分布，總體平均值和標(biāo)準(zhǔn)差是由樣本容量n30組隨機(jī)抽取單組強(qiáng)度計(jì)算出來的。而小子樣強(qiáng)度驗(yàn)收只有5個單組強(qiáng)度，由此確定的標(biāo)準(zhǔn)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(qiáng)度數(shù)據(jù)，按方差已知統(tǒng)計(jì)推斷條件，由足夠數(shù)量的強(qiáng)度組（n30），計(jì)算出強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)差，用于公式（12）計(jì)算。小子樣強(qiáng)度驗(yàn)收公式同樣有兩個：其一，由公式（2）計(jì)算小子樣強(qiáng)度算術(shù)平均值是否大于（等于）公式（12）的；其二，檢驗(yàn)5個單組強(qiáng)度中最小值是否大于（等于）公式（8）設(shè)定的強(qiáng)度最小限值。強(qiáng)度驗(yàn)收兩個指標(biāo)同等重要，其中任一項(xiàng)達(dá)不到要求，驗(yàn)收批混凝土則被拒收。驗(yàn)收公式（12）與驗(yàn)收公式（1）具有同等判斷效果，在建立小子樣驗(yàn)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(yàn)收通過后，由小子樣各個單組強(qiáng)度連續(xù)、隨機(jī)抽樣，累積到容量n30時，再按公式（1）推斷其強(qiáng)度平均值和保證率必然達(dá)到設(shè)計(jì)驗(yàn)收要求，也就是說被檢混凝土總體達(dá)到設(shè)計(jì)要求。4 驗(yàn)收條文1）強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)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(qiáng)度變異性也保持穩(wěn)定。（2）混凝土隨機(jī)、連續(xù)抽樣不少于30組（n30）強(qiáng)度試驗(yàn)值，按公式（3）計(jì)算取得。（3）強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)差有效期為3個月，并盡量取用近期的強(qiáng)度試驗(yàn)值計(jì)算，如果超過有效期，則必須重新估計(jì)。2）隨機(jī)、連續(xù)抽取不少于30組（n30）強(qiáng)度試驗(yàn)值，按公式（2）計(jì)算驗(yàn)收批強(qiáng)度算術(shù)平均值，大于或等于下式的，且驗(yàn)收批內(nèi)最小強(qiáng)度值滿足要求，則推斷驗(yàn)收批合格、接收。=（k值由表1選取）3）隨機(jī)、連續(xù)抽取5組（n=5）強(qiáng)度試驗(yàn)值，按公式（2）計(jì)算強(qiáng)度算術(shù)平均值，大于或等于下式的，且最小強(qiáng)度值滿足要求，則推斷驗(yàn)收批合格、接受。=（k值由表1選?。┤?結(jié)語本文提出以下論點(diǎn)：（1）從理論上證明我國上世紀(jì)60年代以來執(zhí)行“雙80”強(qiáng)度驗(yàn)收標(biāo)準(zhǔn)，對大體積混凝土驗(yàn)收是適用的，即總體強(qiáng)度保證率為“80%”；單組強(qiáng)度最小限值是設(shè)計(jì)強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)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(jì)分析表明，強(qiáng)度最小限值系數(shù)只與強(qiáng)度變異系數(shù)有關(guān)，而與強(qiáng)度值無關(guān)，因此，強(qiáng)度最小限值系數(shù)應(yīng)根據(jù)強(qiáng)度變異系數(shù)大小選定。（3）提出連續(xù)、隨機(jī)抽取5個單組強(qiáng)度（子樣容量n=5）驗(yàn)收函數(shù)和方法，即小子樣強(qiáng)度驗(yàn)收法。兩種驗(yàn)收公式具有同等判斷效