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正确理解混凝土强度评定方法中的若干概念118214290.pdf

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正确理解 混凝土 强度 评定 方法 中的 若干 概念 118214290
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1 正确理解混凝土强度 评定方法 中的若干概念 齐丰商砼 李国志 (正高职高级工程师) 要保证混凝土的实际强度达到合格的要求,必须做好三个环节的控制。除切实搞好混凝土的原材料控制(又称初步控制)、生产控制外,还要对半成品和成品在出厂交付使用前,进行验收,即进行合格性检验评定,又称验收控制。 通过验收环节,对商品混凝土生产方而言,是使不符合质量标准要求的产品,不予出厂,防止给使用者造成实在或潜在的危害。在混凝土生产控制措施不够健全或原材料控制不尽完善的情况下,为保证混凝土质量,合格性检验的验收控制就显得更为重 要。对使用方而言,现场试块强度是评定混凝土结构实际强度并进行验收的依据。 一、 强度类型 对混凝土进行强度试验的目的大体有两个,因此所得的强度也有两种。 1. 标准养护强度 对用于工程结构中的一批混凝土(验收批)按标准方法进行检验评定,视其是否达到该等级混凝土应有的强度质量,以评定其是否合格。这种强度的试件应在标准条件下养护,故称为混凝土的标准养护强度,简称标养强度。 这里应强调的是,在使用商品混凝土时,作为结构混凝土强度验收的依据是运送到施工现场的混凝土并在现场由商品混凝土供应方、施工方和监理单位共同取样制作并进行标 准养护的试块强度。商品混凝土供应方的试块标养强度只是商砼供应方用于评定企业的生产质量水平和作为生产控制用的,虽然可以参考,但不能作为结构强度验收的依据。 2. 同条件养护强度 对在混凝土生产施工过程中,为满足拆模、构件出池、出厂、吊装、预应力筋张拉或放张等的要求,而需要确定当时结构中混凝土的实际强度值以便进行施工控制。这种强度的试块一般均置于实际结构旁,以与结构同样的条件对其进行养护,故称为混凝土的同条件养护强度。又因其多用于控制施工工艺,故简称施工强度。 这两种强度在取样、养护、评定方面有很大的不同,应注意它们 的差异以免混淆。 标准强度和施工强度有以下三点差别: 1. 养护方式不同:如前所述分别为标准养护和同条件养护。 2.评定方式不同:标养强度按批评定(验收批的划分见后面),有三种评定方法(标准差已知统计法、标准差未知统计法、非统计法);施工强度基本按组与相应的工作班混凝土一一对应地检验。 3.评定目的不同:标养强度是为了确定该批混凝土的强度是否合格,以便加以验收;施工强度不是为了评定合格与否,只是为了判断施工工艺过程(拆模、起吊、张拉、放张等)的可能性,是无所谓合格和不合格的。 二、 标养强度验收批的划分 1. 同一验收批 的条件 混凝土强度的检验评定应分批进行,构成同一验收批的混凝土质量状态应大体一致。所谓大体一致由“四同”条件加以确定。 ( 1)强度等级相同; ( 2)龄期相同; ( 3)生产工艺条件基本相同; ( 4)配合比基本相同。 其中生产工艺条件基本相同是指混凝土的搅拌方式、运输条件、浇筑形式大体一致的情2 况。配合比基本相同是指施工配制强度相同,并能在原材料有变化时及时调整配合比使其施工配制强度的目标值不变。 2. 验收批的批量和样本容量 混凝土每一验收批的批量和样本(试件)的容量大小,除应满足 GBJ107-87《混凝土强度检验评 定标准》规定的按混凝土生产量所需制作试件组数(取样频率)外,还与选用标准中采用哪一种评定方法((标准差已知和标准差未知统计法或非统计法)来评定混凝土强度有关。同批的混凝土试件组的数量称样本容量,而它所代表的该批混凝土的数量,即为被验收混凝土的批量。 因此,对不同评定方法,混凝土验收的试件组数(样本容量)和混凝土的验收批量可以用下表来表达。 表格 1 验收批容量和样本容量 评定方法 试件组数(样本容量) 代表混凝土批量(验收批量) 方差已知统计法 3 组 最大为 300m3 方差末知统计法 ≥ 10 组 最少为 1000m3 非统计法 1-9 组 最大为 900m3 注:当采用加大取样量时,其最小批量可小于 1000 m3。 三、 强度检验评定的几个基本概念 及相互关系 1.验收函数 无论是统计方法或非统计方法,判定验收批混凝土是否合格均有两个条件,一是验收批混凝土实测强度的平均值( fcum )是否满足验收条件的要求;二是验收批混凝土实测强度的最小值( min,cuf )是否满足验收条件的要求。当两个验收条件均满足时,该批混 凝土才算合格,否则为不合格。这里,验收批混凝土的实测强度平均值( fcum )和最小值( min,cuf )我们称作验收函数。可见,验收批混凝土实测强度的平均值( fcum )这个验收函数是通过验收批混凝土实测强度数据求算术平均而得到的,验收批混凝土实测强度的最小值( min,cuf )这个验收函数就是验收批混凝土实测强度值中最小的那一个。 2.验收界限 上述验收函数必须达到的某个限值 ,是一个具体的数值。有时这种限值只有一个,有时可能有两个,如果有两个时,应取要求更严格的一个作为验收界限。例如标准差已知统计法的最小值验收界限就是如此。也就是说,验收界限随检验的方法不同而不同。 3.验收条件 简言之,就是将验收函数与验收界限用不等号连接起来的不等式。 无论是标准差已知统计法、标准差未知统计法、还是非统计法,验收界限必须同时满足两个条件: 平均值验收条件记作为:  fcufcu mm  最小值验收条件记作为:  m in.m in, cucu ff  上述两个不等式( 验收条件)的左边部分称为验收函数,右边部分称为验收界限。 三种评定方法都要满足这两个验收条件(通式),只不过验收界限的两个允许值( cumf )和( mi nf )的内容和计算方法有所不同罢了。 四、 标准差已知统计方法 标准差已知统计方法的应用是在混凝土生产条件在较长时间保持一致,且同一品种混凝土的强度变异性能保持稳定,由能提供前一个检验期(不超过 3 个月)的同一品种混凝土强度的已知标准差 σ 的混凝土生产单位进行评定。固定式商品混凝土搅拌站和预制构件厂 一般采用这种方法。 1. 评定步骤 标准差已知统计评定分两大过程。一是前一统计期试验数据的处理,二是对本批混凝土3 的检查评定工作。 ( 1)前一统计期试验数据的处理包括以下几个步骤: 划分检验批:将前一统计期(不超过 3 个月)的同类混凝土,按时间顺序,连续三组强度数据为一批,总批数( m)不少于 15 组; 1)计算极差 即计算每批强度的最大值与最小值的差 cuf ; 2)计算标准差   mi icufm 1 .0 59.0 式中: icuf . —— 第 i 批试件立方体抗压强度中最大值与最小值之差( MPa); m—— 用以确定验收批混凝土立方体抗压强度标准差的数据总批数。 3)计算验收界限 平均值条件:  fcufcu mm  最小值条件:  m in.m in, cucu ff  具体到标准差已知统计法,其验收界限按以下方法计算: 平均值条件: 0, 7.0  kcucu fmf 最小值条件: 0,m in, 7.0  kcucu ff 且最小值还应满足: kcucu ff ,m in, 85.0 当强度等级小于或等于 C20 时; kcucu ff ,m in, 9.0 当强度等级大于 C20 时。 式中 cumf —— 验收混凝土强度的平均值,其值由验收批的连续三组试件求得( MPa); kcuf, —— 混凝土强度等 级对应的立方体抗压强度标准值( MPa); min,cuf —— 同一验收批混凝土立方体抗压强度的最小值( MPa); 0 —— 验收批前一统计期混凝土强度的标准差( MPa)。 在这里,最小值的验收界限是双控条件。即由绝对值( 7.0, kcuf )和相对值( 85%或 90%的强度标准值)共同控制。实际判定时,哪个数值大(即哪个条件较严)即取哪个作为最小值的验收界限。 ( 2)本批混凝土的检查评定 1)组批:连续三组为一批,代表批量最大为 300m3。 2)计算验收批混凝土强度的平均值,确定是否满足上述平均值验收界限的条件。 3)计算验收批混凝土强度的最小值,确定是否满足上述最小值验收界限的双控条件。 4)综合评定合格与否。 2.标准差已知统计法评定实例 例: 某商品混凝土搅拌站生产的 C40 混凝土,根据前一统计期取得的同类混凝土强度数据,求得的强度批极差( icuf . ),俱列于下表。 表格 2 混凝土强度的批极差 icuf . ( MPa) 批号 1 2 3 4 5 6 7 8 9 icuf. 3.0 5.2 6.0 2.5 4.0 4.5 3.2 3.6 3.9 批号 10 11 12 13 14 15 16 17 18 icuf. 2.0 6.5 7.0 3.6 4.4 4.7 5.0 3.4 4.5 现从该站近期所生产的 C40 混凝土中取得 9 批强度数据,如下表: 表格 3 混凝土批 强度值及合格评定 4 批号 1 2 3 4 5 6 7 8 9 强度代表值icuf. ( MPa) 39.5 42.0 38.5* 43.0 40.0 40.0 46.0 48.0 42.0 41.5 45.0 46.0 46.0 38.0* 39.5 45.5 44.0 41.0+* 38.5* 39.0* 42.0 39.0* 45.0 38.0* 42.0+* 40.0+* 43.0 平均值cumf( MPa) 39.7 42.0 42.2 42.7 41.0 39.2 44.3 44.0 42.0 评定 不合格 合格 合格 合格 不合格 不合格 合格 合格 合格 请按标准差已知统计法评定每批混凝土的强度是否合格。 解: ( 1)求前一统计期 C40 混凝土的批标准差 0 。 1) 每批混凝土的极差如表 《 混凝土强度的批极差 icuf . ( MPa) 》 2)求极差和: M P afmi icu 775.44.30.50.62.50.31 . 3)求标准差: M P afm mi icu 52.2771859.059.0 1 .0  ( 2)求验收界限 1)平均值验收界限:   M P aofmf kcucu 8.4152.27.0407. 0.   2)最小值验收界限:   M P aff kcucu 2.3852.27.0407.0 0.m i n.     M P aff kcucu 0.36409.09.0 .m i n.  (验收混凝土强度等级大于 C20) 在这两个值中取较大值作为最小值验收界限:   MPafcu 2.38m in.  ( 3)强度的检验结果与评定 需被验收的 9 批混凝土实测强度代表值如上表 (混凝土批强度值及合格评定 表)。连续三组试件强度为一批,计算每批强度的平均值( cumf ),并找出每批强度的最小值( min.cuf ),表中标以( *)的数据。 以检测结果的平均值和最小值与以上求出的强度平均值和最小值的验收界限相比,按平均值和最小值验收条件两个公式逐批进行合格评定,其结果如上表 (混凝土批强度值及合格评定 表)的第六行中。 五、 标准差未知统计方法 标准差 未知统计方法是在混凝土生产条件在较长时间内不能保持基本一致,混凝土强度变异性不能保持稳定,或由于前一检验期内的同一品种混凝土没有足够的混凝土强度数据藉以确定验收批混凝土强度标准差时,而由生产单位进行评定的一种方法。 1.评定步骤 标准差未知的统计方法与标准差已知的统计方法最大的区别是前者无前期统计数据可借鉴,但本期验收批混凝土的强度数据较多(组数 n≥ 10),可以求出强度的标准差。当采用标准差未知的统计方法评定混凝土强度时,与标准差已知统计法在计算方法上的差别是: ( 1)标准差是在本期混凝土强度数据的基础上求 得的。由于验收批混凝土强度数据较多( n≥ 10 组),其标准差(用 fcus 表示)可直接用统计学的有关公式求得: 5 1122 .  nmnfsni fc uicufc u 式中 icuf. —— 第 i 组混凝土试件的立方体抗压强度值( MPa); n—— 一个验收批混凝土试件的组数。 当标准差 fcus 的计算值小于 0.06 kcuf , 时,取 fcus =0.06 kcuf , 。即当计算的标准差过小时,应取其不小于 0.06 kcuf , 这个下限值。 ( 2)平均值验收界限的合格判定系数 λ 1 和最小值验收界限的合格判定系数 λ 2 由验收批混凝土强度数据的组数决定。即由试件组数不少于 10 组的同一品种的混凝土构成一个验收批。其强度应同时满足以下两个公式(验收条件)的要求: kcufc ufc u fsm .1 9.0  kcucu ff .2m in.  式中 fcum —— 同一验收批混凝土强度的平均值,其值是由本验收批混凝土的实测强度求得的( MPa); 1 、 2 —— 分别为平均值合格判定系数和最小值合格判定系数,其值按下表取用: 表格 4 标准差未知时 1 、 2 的取值 试件组数 10-14 15-24 ≥ 1 1.70 1.65 1.60 2 0.890 0.85 合格判定系数 2 与一批混凝土中所包含的试件组数有关 ,组数越多 ,出现最小值的可能性越大 ,故应适当放宽。因此对试件组数不少于 15 组时,最小值合格判定系数 2 有所降低。 fcus —— 同一验收批混凝土强度标准差( MPa),其值按前一公式计算。 但在实际使用时,有时为了与其它两个评定方法形式上一致,将平均值验收条件公式左边的 fcus1 移到右边变为 + fcus1 ,即转变为: fc ukcufc u sfm 1.9.0  称为平均值的验收界限也是允许的。 2.标准差未知统计法评定实例 例: 某 商品混凝土生产企业生产的 C30 级混凝土,留取标养试件 27 组,其强度列于下表。评定该批混凝土是否合格。 表格 5 混凝土强度数据 序号 i 1 2 3 4 5 6 7 8 9 强度 icuf. 33.8 40.3 39.7 29.5 31.6 32.4 32.1 31.8 30.1 序号 i 10 11 12 13 14 15 16 17 18 强度 icuf. 37.9 36.7 30.4 32.0 29.5 30.4 31.2 34.2 36.7 序号 i 19 20 21 22 23 24 25 26 27 强度 icuf. 41.9 36.9 31.4 30.7 31.4 30.5 30.7 30.9 32.1 解 : ( 1)求平均值   M P afnm ni icufc u 2.331.329.30.....3.408.332711 1 .  ( 2)求标准差 6   M P an mnfsni fc uicufc u 55.3127 2.33271.32. . . . .8.331 222122 .   这里 M P aM P as fc u 80.13006.055.3  ,取 MPas fcu 55.3 ( 3)选定合格判定系数 1  1.60 (n  27> 25) 2  0.85 (n  27> 15) ( 4)求验收界限 1)平均值验收界限   M P afsm kcuf c uf c u 0.27309.09.0 .1   或者   M P asfm fc ukcufc u 7.3255.360.1309.09.0 1.   2)最小值验收界限   M P aff kcucu 5.253085.0.2m i n.   ( 5)检验结果的评定 1)平均值验收函数为 M P asm f c uf c u 5.2755.360.12.331   或者 MPam fcu 2.33 2)最小值验收函数 由强度数据表中实测强度数据找出最小值是第 4 组数据: MPafcu 5.29m in.  3)评定 平均值条件: >sm fc ufc u 5.271     MPasm fc ufc u 0.271   或者 MPam fcu 2.33 >   MPam fcu 7.32 最小值条件: MPafcu 5.29m in.  >   MPafcu 5.25m in.  两条件均满足标准要求,该批混凝土判为合格。 六、 非统计法 对零星生产或现场搅拌批量不大的混凝土,由于缺乏采用统计法评定的条件(既无前期已知的标准差,验收批强度数据又不足, n< 10 组),此时可采用非统计法评定。 采用非统计方法评定时,其平均值和最小值的验收界限是固定值 。对各种等级的混凝土都可事先计算出来备用。 1.评定步骤 (1)由试件组数少于 10 组的同一品种混凝土组成一个验收批,与统计法一样,其合格评定条件也应同时满足如下两条要求: 平均值条件: kcufcu fm .15.1 最小值条件: kcucu ff .m in. 95.0 (2)相应地,其验收界限分别为: 平均值验收界限:   kcufcu fm .15.1 最小值验收界限:   kcucu ff .m in. 95.0 与统计法不同的是验 收界限与离散程度无关,而为一常数与对应等级的强度标准值( kcuf. )的乘积。因此,验收界限为固定值,对各种等级的混凝土可列成如下表格,以备7 在使用时直接查用。 表格 6 各种强度等级混凝土非统计法评定时的验收界限( MPa ) 强度等级 C10 C15 C20 C25 C30 C35 C40 C45 C50 C55 C60  fcum 11.5 17.3 23.0 28.8 34.5 40.3 46.0 51.8 57.5 63.3 69.0  min.cuf 9.5 14.3 19.0 23.8 28.5 33.3 38.0 42.8 47.5 52.3 57.0 (3)验收函数 非统计法评定平均值的验收函数为验收批混凝土实测强度的算术平均值( fcum );而最小值的验收函数为被验收批混凝土的实测强度中的最小值( min.cuf )。 ( 4)评定 当合格评定的平均值 和最小值的验收函数均不小于相应的验收界限时,该批混凝土评为合格。若其中一个条件或两个条件的验收函数小于相应的验收界限时,则评为不合格。 2.非统计法评定实例 例: 某施工现场拌制的 C30 混凝土,从中抽取 6 组试件,其强度为 35.0,32.0,34.0,27.0,30.0,和 34.0MPa 。按非 统计方法评定该批混凝土是否合格。 解: 已知 C30 混凝土,其强度标准值 [ kcuf. ]=30MPa,组数 n=6。 ( 1)计算平均值与最小值的验收界限 1)平均值验收界限:   M P afm kcufc u 5.343015.115.1 .  2)最小值验收界限:   M P aff kcucu 5.283095.095.0 .m i n.  这里的平均值和最小值验收界限也可以从上表中查得。 ( 2)计算验收函数 1)平均值:   MPanm nifc u 0.3234.....3235611 1  2)最小值: MPafcu 0.27m in.  6 组试件中实测值的最小值。 ( 3)评定 1)平均值条件: MPam fcu 0.32 <   MPam fcu 5.34 2)最小值条件: MPafcu 0.27m in.  <   MPafcu 5.28m in.  检验结果表明,两个评定条件均末满足要求,该批混凝土评为不合格。 七、 三种评定方法的比较 这里将三种评定方法的应用条件、验收批构成、标准差计算、验收函数和合格条件以表格的形式表达。详见附表。 8 附表 混凝土三种强度评定方法的比较 应用条件 验收批 标准差计算 验收条件 说明 标准差已知 混凝土生产条件在较长时间保持一致,且同一品种混凝土的强度变异性能保持稳定,由能提供前一个检验期(不超过 3 个月)的同一品种混凝土强度的已知标准差 σ 的混凝土生产单位进行评定。固定式商品混凝土搅拌站和预制构件厂一般采用这种方法。 连续三组为一批,代表批量最大为300m3。 1、划分检验批:将前一统计期(不超过 3 个月)的同类混凝土,按时间顺序,连续三组强度数据为一批,总批数( m)不少于 15 组; 2、由极差计算标准差   mi icufm 1 .0 59.0 1、平均 值条件: 0, 7.0  kcucu fmf 2、最小值条件: 0,m in, 7.0  kcucu ff 且最小值还应满足: kcucu ff ,m in, 85.0 当强度等级小于或等于 C20 时; kcucu ff ,m in, 9.0 当强度等级大于 C20 时。 在这里,最小值的验收界限是双控条件 。 即 由 绝 对 值( 7.0, kcuf )和相对 值 ( ≥ 85% 或≥90%的强度标准值)共同控制。实际判定时,哪个数值大(即哪个条件较严)即取哪个 作为最小值的验收界限。 标椎差未知 在混凝土生产条件在较长时间内不能保持基本一致,混凝土强度变异性不能保持稳定,或由于前一检验期内的同一品种混凝土没有足够的混凝土强度数据藉以确定验收批混凝土强度标准差时,而由生产单位进行评定的一种方法。 ≥ 10 组,代表批量最小为1000 m3。 标准差是在本期混凝土强度数据的基础上求得的。由于验收批混凝土强度数据较多( n≥ 10 组),其标准差(用 fcus 表示)可直接用统计学的有关公式求得: 1122 .  nmnfsni fc uicufc u 1、 平均值条件: ] kcufc ufc u fsm .1 9.0  或者: fc ukcufc u sfm 1.9.0  2、 最小值条件: kcucu ff .2m in.  试件组数 10-14 15-24 ≥ 1 1.70 1.65 1.60 2 0.890 0.85 合 格 判 定 系 数2 与一批混凝土中所包含的试件组数有关 ,组数越多 ,出现最小值的可能性越大 ,故应 适当放宽。因此对试件组数不少于 15组时,最小值合格判定系数 2 有所降低。 非统计法 对零星生产或现场搅拌批量不大的混凝土,由于缺乏采用统计法评定的条件(既无前期已知的标准差,验收批强度数据又不足, n< 10 组),此时可采用非统计法评定。 1-9 组,代表批量最大为900m3 不需计算标准差。 1、平均值验收条件:   kcufcu fm .15.1 2、最小值验收条件:   kcucu ff .m in. 95.0
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