內(nèi)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(zhì)量控制等內(nèi)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(yīng)用十分普遍的建筑材料，而混凝土構(gòu)件的質(zhì)量控制中，混凝土強度又是十分關(guān)鍵的指標(biāo)。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(zhì)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(guān)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(biāo)之一，它與抗壓強度有一定的相關(guān)性，本文不予討論。

　　1.1  標(biāo)準立方體混凝土抗壓強度

　　標(biāo)準立方體混凝土抗壓強度是由標(biāo)準立方體混凝土試件的軸心極限抗壓能力表征的?！豆饭こ趟嗉八嗷炷猎囼炓?guī)程》（JTG E30-2005）T0551、T0553對試件的制作、養(yǎng)生、試壓、結(jié)果計算、非標(biāo)準試件的尺寸換算等，均作了具體規(guī)定。

　　目前，國標(biāo)及公路行業(yè)均規(guī)定15*15*15cm3試件為標(biāo)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(biāo)準試件，但其試壓強度必須換算為標(biāo)準立方體強度，換算系數(shù)分別為1.05和0.95。

　　1.2 標(biāo)準圓柱體混凝土抗壓強度

　　標(biāo)準圓柱體混凝土抗壓強度是由標(biāo)準圓柱形混凝土試件的軸心極限抗壓能力表征的。JTG E30-2005 T0551、T0554具體規(guī)定中，除試件形狀、尺寸與標(biāo)準立方體試件不同外，其他條件基本相同。

　　標(biāo)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(biāo)準圓柱體試件，其試壓強度也必須換算為標(biāo)準圓柱體抗壓強度，換算系數(shù)分別為1.05和0.95。

　　1.3 標(biāo)準立方體與標(biāo)準圓柱體混凝土抗壓強度的關(guān)系

　　應(yīng)注意的是，標(biāo)準立方體混凝土抗壓強度R立一般比標(biāo)準圓柱體混凝土抗壓強度R園要高約1.25倍。JTG E30-2005 T0554條文說明中給出的一般換算關(guān)系為：
    R立  =1.25*R園                                 (A)

　　缺乏嚴格的換算關(guān)系時，可以參照（A）式或JTG E30-2005表T0554-3進行換算，但不能作為水泥混凝土強度評定時的轉(zhuǎn)換依據(jù)。

　　1.4 混凝土芯樣的強度

　　公路工程中，常用高100±10mm、高徑比1：1的混凝土芯樣的試壓強度推定混凝土強度。
　　JTG E30-2005 T0554給出了不同高徑比h／d時非標(biāo)準芯樣抗壓強度的尺寸修正系數(shù)c之間的關(guān)系如下:
h／d=2.00   c=1.00     h／d=1.75     c=0.98
h／d=1.50   c=0.96     h／d=1.25     c=0.93
h／d=1.00   c=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(guān)系為：
　　R2/1 =0.87*R1/1                                    （B）

　　若用R芯表示直徑100±10mm、高徑比1：1的芯樣試壓強度，則芯樣代表的標(biāo)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(biāo)圓柱體強度)*0.95(換算為直徑15cm的標(biāo)準圓柱體強度)*1.25（換算為標(biāo)準立方體強度）

　　即  R立=1.033*R芯≌R芯                          （C）

　　即直徑100±10mm、高徑比1：1的芯樣試壓強度約等于標(biāo)準立方體混凝土抗壓強度。
中國工程建設(shè)標(biāo)準化委員會的《鉆芯法檢測混凝土強度技術(shù)規(guī)程》（CECS03－88）也推薦了（C）式。JTG F80－2004附錄D條文說明也認可了CECS的推薦。

　　1.5 水泥混凝土設(shè)計強度

　　《公路鋼筋混凝土及預(yù)應(yīng)力混凝土橋涵設(shè)計規(guī)范》（JTG D62-2004）3.1規(guī)定：“混凝土強度等級應(yīng)按邊長為150mm立方體試件的抗壓標(biāo)準值確定。抗壓強度標(biāo)準制系指試件用標(biāo)準方法制作、養(yǎng)護至28d齡期，以標(biāo)準試驗方法測得的具有95%保證率的抗壓強度。”同時指出，混凝土強度等級與“85橋規(guī)”中的標(biāo)號之間并非等同關(guān)系，標(biāo)號代表的強度降低2MPa后，相當(dāng)于強度等級，如30號混凝土相當(dāng)于C28混凝土。因此應(yīng)注意：

　　A、 我們常說的“混凝土設(shè)計強度”或“混凝土強度”，系指標(biāo)準立方體混凝土抗壓強度。對于非標(biāo)準試件和圓柱體試件的抗壓強度，必須經(jīng)尺寸、形狀修正，換算為標(biāo)準立方體混凝土抗壓強度，才可與設(shè)計值進行比較。換算關(guān)系一般應(yīng)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(yīng)注意，按上述換算所得的數(shù)據(jù)進行強度評定，可能導(dǎo)致爭議。

　　B、 混凝土強度等級比混凝土標(biāo)號低（低2MPa），因此，04橋規(guī)設(shè)計的混凝土強度比85橋規(guī)設(shè)計的混凝土強度要高，即對混凝土質(zhì)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(jīng)歷了三種形式。關(guān)于混凝土強度最早的表示形式是標(biāo)號，用“#”作標(biāo)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(shù)規(guī)范》（JTJ041－89）中混凝土強度仍稱為標(biāo)號，用“M”作標(biāo)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(zhì)量檢驗評定標(biāo)準》（JTJ071-98）中，混凝土強度稱為強度等級，用“C”標(biāo)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(guān)系（參見JTJ071－98及JTG F80－2004附錄D條文說明）：
　　C＝M－2（MPa）   (D)
　　保證率是對大批量混凝土生產(chǎn)質(zhì)量統(tǒng)計學(xué)意義上的保證性要求。JTG F80-2004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*Sn≥0.9*R； Rmin≥K2*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(biāo)準差；
　　R—混凝土設(shè)計強度等級；
　　Rmin—n組試件中強度最低一組的值；
　　K1、K2—與組數(shù)相關(guān)的系數(shù)，當(dāng)n=10-14時，K1=1.70，K2=0.9；當(dāng)n=15-24時，K1=1.65，K2=0.85；

　　當(dāng)n≥25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：
　　Rn≥1.15*R; Rmin≥0.95*R                      (F)

　　滿足（D）或（E）式，則該批混凝土強度合格，否則不合格。

　?。‥）和（F）式是保證率為95%時的要求。當(dāng)保證率為85%時，

　?。‵）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(yīng)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(biāo)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(yīng)注意以下問題：

　　A、 芯樣的直徑應(yīng)為混凝土集料公稱最大粒徑的4倍，一般為100±10、150±10mm。鉆芯位置盡可能避免混凝土構(gòu)件接縫和邊緣，且不應(yīng)帶有鋼筋。

　　B、 芯樣受壓面不平整時，宜按JTG E30-2005 T0551的相關(guān)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JTG E30-2004表T0554-2進行修正，然后經(jīng)尺寸、形狀修正后換算為標(biāo)準強度。也可用（C）式換算，但應(yīng)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(chǎn)生有害影響；另一方面，芯樣強度換算為標(biāo)準強度時，關(guān)系不夠明確；第三，因為尺寸效應(yīng)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(dāng)放寬，以免造成較大爭議。

　　4、 混凝土質(zhì)量評定中應(yīng)注意的幾個問題

　　4.1 標(biāo)號與強度等級的區(qū)別

　　A、 標(biāo)準試件尺寸不同。

　　標(biāo)準抗壓試件尺寸如下：
    試件       強度等級               標(biāo)號
    標(biāo)準立方體   150＊150＊150（mm）  200*200*200(mm)
    標(biāo)準圓柱體   φ150＊300（mm）  φ200*400(mm)
    其它標(biāo)準、非標(biāo)準試件尺寸見JTG E30－2005 表T0551－1。

　　B、 保證率不同。

　　標(biāo)號的保證率為85%，強度等級為95%。強度等級對混凝土質(zhì)量的要求更高一些。

　　進行混凝土配合比設(shè)計時，試配強度應(yīng)高于設(shè)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(biāo)準要求，此時的強度平均值，不得小于設(shè)計值的115%。

　　C、 養(yǎng)生條件不同。

　　1998及2004年《公路工程質(zhì)量檢驗評定標(biāo)準》均規(guī)定，評定水泥混凝土的抗壓強度，應(yīng)以標(biāo)準養(yǎng)護28d齡期的試件為準?！豆窐蚝┕ぜ夹g(shù)規(guī)范》（JTJ041－2000）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(gòu)件同等的環(huán)境中，與構(gòu)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

　　JTG F80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(chǎn)工藝條件，在比較短的時間內(nèi)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(chǎn)環(huán)境有較大變化，則不可視為同批混凝土。

　　JTG F80附錄D條文說明同時指出，應(yīng)盡可能采用更加科學(xué)合理的數(shù)理統(tǒng)計評定方法。

　　4.3 質(zhì)量控制與質(zhì)量評定的區(qū)別

　　施工質(zhì)量控制的目的，是針對當(dāng)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(zhì)量評定的目的，是對已經(jīng)完成的工程的質(zhì)量進行評價，確定工程質(zhì)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(yīng)進行嚴格的質(zhì)量控制?；谫|(zhì)量控制的目的，對每一混凝土構(gòu)件的強度都應(yīng)嚴格控制，甚    至可用單點強度是否合格作為標(biāo)尺衡量施工質(zhì)量，可以要求對不合格的工程返工重做。

　　對已完工程進行質(zhì)量評定時，應(yīng)采用數(shù)理統(tǒng)計方法，除非有影響結(jié)構(gòu)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(zhì)量監(jiān)督機構(gòu)的質(zhì)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(yīng)責(zé)令修復(fù)。應(yīng)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(guān)規(guī)定并不矛盾。

　　4.4 構(gòu)件的局部強度與整體強度

　　公路工程中混凝土構(gòu)件一般尺寸較大，如40米梁、數(shù)十米的樁基等等。JTG F80附錄D對預(yù)留試件的組數(shù)給出了明確規(guī)定。如果一個構(gòu)件預(yù)留的幾組試件強度有合格也有不合格，或?qū)?gòu)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(gòu)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(gòu)件的強度，與設(shè)計值進行比較，據(jù)此評判構(gòu)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(shè)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(shè)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(jié)果低于設(shè)計值（其余均遠高于設(shè)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(gòu)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(yīng)注意上述討論中的各種因素，給出合理的結(jié)果判定。強度測定單位應(yīng)嚴格操作，避免測定結(jié)果失真。

　　第三種做法是將所有檢測結(jié)果取平均值與設(shè)計值比較、評定。這種做法是沒有依據(jù)的。

　　正確的做法應(yīng)是將同一構(gòu)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(shè)計值進行比較、評定。JTG F80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(zhì)量、施工工藝條件、施工環(huán)境、質(zhì)量控制等，施工技術(shù)規(guī)范對此都有明確規(guī)定。這里著重強調(diào)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(jīng)成為水泥混凝土主要（甚至必不可少）的組分。如果使用得當(dāng)，它可以極大地改善混凝土的物理力學(xué)性能，達到預(yù)期的目的，如果使用不當(dāng)，則會對混凝土質(zhì)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(zhì)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(zhì)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(dāng)造成的問題，如預(yù)制梁混凝土十幾個小時不凝結(jié)，誤把速凝劑用于水下樁基灌注導(dǎo)致斷樁等等。

　　外加劑的試驗分為性能試驗和勻質(zhì)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(yù)期的效果，類似于混凝土配合比試驗；勻質(zhì)性試驗主要檢驗外加劑自身的性能是否滿足相關(guān)規(guī)定，類似于水泥三大指標(biāo)檢驗。我們已經(jīng)習(xí)慣了混凝土配比設(shè)計及進場水泥質(zhì)量的抽檢，但對外加劑，一般只在配合比設(shè)計時作性能試驗，對進場的外加劑沒有要求進行勻質(zhì)性試驗，且對外加劑的使用劑量也未加嚴格控制，這給混凝土質(zhì)量造成了極大地隱患。

　　因此我們建議，向?qū)Υ噘|(zhì)量控制一樣，施工現(xiàn)場應(yīng)嚴格控制外加劑的質(zhì)量及使用劑量。

　　5.2 首件認可

　　路基路面施工中，我們已經(jīng)習(xí)慣了首先進行試驗段施工，經(jīng)過嚴格檢測、審批后，才可大面積施工。但這一對質(zhì)量控制行之有效的做法，卻未在混凝土工程施工中全面推廣。

　　我們建議，當(dāng)首個（或首批）混凝土構(gòu)件施工完畢后，應(yīng)從材料、配比、工藝、外觀質(zhì)量、內(nèi)在質(zhì)量等方面進行全面檢測、評價，據(jù)此對影響其質(zhì)量的各個環(huán)節(jié)（類似于瀝青路面的材料、配比、拌合時間、攤鋪及碾壓溫度、機械組合等等）進行嚴格確認和審批，并以批準的工藝條件控制其后的施工，從而保障施工質(zhì)量。