关于混凝土结构实体强度检验的若干思考

　　作为混凝土标准养护试件强度验收的补充和复核,对其重要部位的混凝土强度进行验证性检验的实体强度检验已贯彻执行4 年多了,这是修订后的《混凝土结构工程施工质量验收规范》GB5020422002(以下简称《规范》) 新增的主要内容之一。但在执行规范规定的过程中也发现一些有待解决的新问题,引起了人们的思考,为此很有必要对其进行探讨,以利正确贯彻执行以及供《规范》修订时参考。

　　1 　实体混凝土强度试件过少,很难代表真实强度, 误判或漏判极易发生根据混凝土质量对结构性能的影响及检验结果的代表性。

　　《规范》在规定结构实体强度检验用同条件养护试件留置方式和取样数量时指出,对于混凝土结构工程中的各混凝土强度等级均应留置同条件养护试件,同一强度等级的同条件养护试件留置数量应根据混凝土工程量和重要性确定,不宜少于10 组,且不应少于3 组,前者是构成按统计方法评定混凝土强度的基本条件,后者按非统计方法评定混凝土强度时能够具有一定的代表性,然而用如此少数混凝土试件,很难代表结构整个同一混凝土强度等级的混凝土强度,混凝土工程量巨大的结构,其同一强度等级的混凝土可达上千立方米或更多,施工单位可能又不愿意多留置试件,只以《规范》规定的下限数量留置,未免太粗略了。

　　实体混凝土强度检验是对母体实体混凝土强度的抽样检验,而这种抽样检验是以随机抽样的质量检验推断整个母体实体某一混凝土强度等级的质量情况的,其本身不可避免地带来偶然性,难免造成误判和漏判,如果抽样检验子样的数量较少而形成抽样率又较低时,误判和漏判极易发生,因此,当某一强度等级的混凝土工程量相对越大,或同条件养护试件相对越少,则误判和漏判的概率越大,越容易造成风险。与此同时,误判和漏判的混凝土工程量越大,造成的结构安全隐患和经济损失也越大。

　　2 　实体混凝土强度试件收集时间延续过长,强度评定延后而影响工期

　　《规范》规定,同条件养护试件所对应的结构构件或部位应由监理或建设、施工各方共同选定,为保证抽样检验的随机性,选定其结构构件或部位时要总体考虑某一强度等级混凝土在整个结构中的分布,不可集中选定某一或某些结构构件或部位。按照等效养护龄期不应小于14d ,也不宜大于60d 的规定,结构封顶或接近封顶工程留置同条件养护试件的混凝土,有可能在浇筑后60d 才能决定该强度等级的混凝土是否通过验收,其中也包括混凝土子分部工程开工初期浇筑的同强度等级的混凝土,也要等到此时来评定,这样一来,混凝土子分部的验收单位是整个结构全部同一强度等级的混凝土,势必耽误前期浇筑混凝土的表面装修,推延竣工时间;如果在实体混凝土强度验收之前装修,而以后实体混凝土检验未能通过验收,则会对强度检验或加固处理带来不便并造成经济损失。目前,施工单位往往采取这种没验收就装修的方法施工,以恐延误工期,显然此法不妥;更有甚者,干脆对已装修的结构构件或部位不进行强度检验或不进行处理,这样定给结构带来安全隐患。有人提出,尽量采用较早浇筑的混凝土制作同条件养护试件,以解决等效养护龄期可能带来延误施工工期的影响,这样做势必影响抽样检验的随机性,此法亦不可取。

　　《规范》规定,等效养护龄期可取按日平均温度逐日累计达到600 ℃·d 时所对应的龄期,即混凝土成熟度为600 ℃·d 时所对应的龄期。在修订《规范》而进行试验研究时,同条件养护试件的日平均温度是取当地气象台公布的日最高温度与最低温度的平均值计算的,这种计算方法不用工地自己测试和计算,数据从当地气象台天气预报中易得,且应用操作简便,在工地现场有很好的可执行性,事实证明误差很小,特别是累积误差更小,目前,建筑工地应用的也是这种日平均温度的计算方法。

　　4 　等效养护龄期的缩短和延长

　　《规范》规定,等效养护龄期不应小于14d ,不宜大于60d。在14d 前面的“不应”,在60d 前面的“不宜”,两词的使用是有区别的,虽然两词都表示等效养护龄期的执行有一定的灵活性,不过执行时前者比后者严格,后者比较宽松,也就是说,等效养护龄期要求其最短时间14d 比最长时间60d 严格些,但也不是“必须”为14d。事实也证明,工地上的混凝土试件要保证一定在某一天试压也很困难,但要切记,等效养护龄期短于14d 时一定要严格控制。我国北方地区,由于初冬季节的持续降温或早春寒流的侵袭,有时可能发生60d 的时间已到,但仍然没满足成熟度600 ℃·d 的要求,如果这样,等效养护龄期延长是允许的。如果等效养护龄期短于14d ,说明日平均温度已接近43 ℃,这种情况在我国所处地域发生的可能性非常小,如有发生,等效养护龄期缩短也不是不可以的,但要持谨慎态度处理,与延长等效养护龄期的指导思想要有区别。

　　5 　折算系数的确定

　　《规范》规定,同条件养护试件的强度代表值应根据试件强度试验结果按现行国家标准确定,乘以折算系数后取用,折算系数宜取1110 ,也可以根据当地试验统计结果作适当调整。结构实体混凝土强度通常低于标准条件养护下的混凝土强度,这主要是由于同条件养护试件养护条件与标准养护条件的差异而引起的,其主要是指温度及湿度等条件的差异。折算系数取1110 ,主要是考虑到实体混凝土结构与同条件养护试件可能失水等不利于强度增长的因素,经试验研究及工程调查确定的。但我国地域广阔,温度及湿度等气候变化千差万别、混凝土组成材料性质各异及矿物掺料与外加剂的掺入,很难以统一的折算系数反映全国不同施工条件、材料特征及气候环境各种不同的影响,因此《, 规范》只是建议性的提出取值1110 ,各地区可通过试验研究分析对比同条件养护试件与标准养护试件间的强度关系,得出适用于本地区的更加合理的折算系数。这表明《规范》在增加同条件养护试件检验实体混凝土强度这一层次的同时,对于所建议值为1110 的折算系数可稍加增减,采取了宽松而又灵活的态度,但需要指出的是,需增大折算系数时一定要持谨慎态度。

　　6   对冬期及大体积混凝土施工的实体混凝土强度检验须加快研究

　　在冬期条件下,或出于缩短养护时间的需要,则要对结构构件或部位采取人工加热,因此《规范》规定,其同条件养护试件的等效养护龄期可按结构构件或部位的实际养护条件由监理或建设、施工各方根据同条件养护试件强度与标准养护条件下28d 龄期试件相等的原则确定,具体方法由各方协商解决。同条件养护试件拆模后,应置于靠近相应结构构件或部位的适当位置并应采取相同的养护方法,是强调同条件养护试件的养护条件与施工现场混凝土结构的养护条件相互一致,这种养护条件要求的相互一致性,特别是养护初期抗冻临界强度达到之前,必须保证同条件养护试件与施工现场结构的养护条件的相互一致,确保同条件养护试件真实反映冬期负温及其混凝土人工加热对其质量的有利和不利影响非常重要,但此时同条件养护试件的留置方式或取样数量在《规范》中却没有特别明确另行指出,而是应按《规范》常温条件下的规定执行。

　　常温下,一般体积不大的混凝土结构可视同条件养护试件与结构的温度和大气气温相同,而对于冬期及大体积混凝土来说,两者大小不同,后者混凝土早期内部温度大大超过外界环境温度,而此时的同条件养护试件虽然置于靠近相应结构构件或部位的适当位置,由于大体积混凝土内部大量水化热产生,内部混凝土温度远远大于同条件养护试件的温度,为此必须人工给同条件养护试件创造一定的温度和湿度条件,使同条件养护试件的养护条件与大体积混凝土内部的温度和湿度一致,如果不对同条件养护试件的养护条件特意人工创造养护条件或人工创造的养护条件与大体积混凝土所处情况不一致,这种实体混凝土的强度检验则不能代表其真实强度。值得注意的是,大体积混凝土内部的湿度一般都可以满足水泥水化需要,但如果大体积混凝土内部温度大于同条件养护试件的温度,而混凝土内部的高温又能引起强度损失,更加大同条件养护试件的强度失真。

　　冬期施工以及人工加热养护条件下的同条件养护试件的养护条件,其处理原则与大体积混凝土同条件养护试件相同。不论是大体积混凝土施工,还是冬期施工的人工加热或覆盖保温材料,都是要给混凝土造成一种与外界不同温度和湿度的小气候,此时混凝土强度的增长只与局部小环境的小气候温度及湿度有关,并不取决于外界大环境的温度及湿度,因此,必须以实际局部小气候的日平均温度按600 ℃·d 累计成熟度计算等效养护龄期,不过对此也可较宽松灵活对待,等效养护龄期在同条件养护试件强度与在标准养护条件下28d 龄期试件强度相同的原则下,可根据结构构件或部位实体养护条件和当地实践经验,其中包括试验研究结果,由监理或建设、施工各方共同确定。如果采用一般惯用的“大体积混凝土”的定义来界定是否属于大体积混凝土实体强度检验显然不妥,关键是使同条件养护试件的温度及湿度等条件与实体混凝土一致。

　　冬期施工、大体积混凝土施工以及人工加热养护时的实体混凝土强度检验,在修订《规范》时尚未进行这方面的试验研究工作,因此在《规范》中只提到一些处理原则,远远不能满足施工的需要,关于这些方面的研究试验工作急待进行,以便《规范》早日修订。

　　7 　除以同条件养护强度检验实体混凝土强度外,并不完全排除采用其他方法

　　同条件养护强度的检验方法相对其他方法简便易行,而且又能最接近地反映结构混凝土的真实强度,因此《, 规范》明确规定对混凝土的检验,应以在混凝土浇筑地点制备并以结构实体同条件养护的试件强度为依据,这就明确地肯定了同条件养护强度在结构实体检验中的重要地位和主导作用。与此同时《, 规范》又规定,对混凝土强度的检验,也可根据合同约定,采用非破损或局部破损的检测方法,按国家现行有关标准的规定进行。由此可见,除以同条件养护强度检验实体混凝土强度以外,并不完全排除采用其他方法的可能性,但应考虑其他检测方法由于各种因素可能造成的不确定性及误判。结构混凝土强度采用非破损或局部破损的方法间接测定称为推定强度,推定强度测定的诸多方法均不是对混凝土立方体抗压强度的直接测定,而是通过测定某些物理量,利用其物理量与混凝土立方体抗压强度的相对关系间接推定。实践证明,不论是回弹法、超声回弹综合法、拔出法,还是钻芯法都有一定的局限性,尤其是混凝土组分变化较大时,其误差尤为明显。因此,当未根据系统试验统计建立新的可靠推定关系之前,不宜作为验收结构实体混凝土强度的依据。虽然钻芯法可较直接反映结构实体强度,但该法自身的特点决定了其难以成为结构实体混凝土强度验收依据进行推广。

　　《规范》规定,当未能取得同条件养护试件强度、同条件养护试件强度被判为不合格时,应委托具有相应资质等级的检测机构按国家有关标准的规定进行检测,说明了推定强度只是一种辅助检测手段,而且这种辅助检测是有一定条件的,是在对检测单位的资质和标准规范的应用都有严格限制的条件下进行的。只有当同条件养护强度的检测不可能时,才能考虑采其他检测方法,比如说,当用同条件养护强度检验实体混凝土强度未能通过,而此时同条件养护试件已全部用完,才能用推定强度来推定实体混凝土强度。

 

　　《规范》中关于推定强度进行实体强度检验时规定,对混凝土强度检测也可根据合同约定用非破损或局部破损的检测方法,其中限定词“也可”二字也说明了这种检测方法所占有的地位,其意示为对这种方法不支持、不提倡,但不反对的原则立场,而且规定要在合同约定的情况下进行。

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