冬期施工混凝土试块留置及评定方法浅谈

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《建筑工程冬期施工规程》（JGJ104-97）规定：根据当地多年气温资料，室外日平均气温连续5天稳定低于5℃时，混凝土结构工程进入冬期施工阶段；冬期施工时，气温低，水泥水化作用减弱，混凝土强度增长慢，当温度降至0℃以下时，水泥水化作用基本停止，混凝土强度亦停止增长。当温度降至-2℃~- 4℃时，混凝土内的水分开始结冰，体积膨胀，混凝土内产生冰胀应力，使早期水泥石结构内部产生微膨胀，同时降低了水泥与砂石和钢筋间的粘结力。受冻的混凝土在解冻后，其强度虽能继续增长，但已不能达到原设计的强度等级。鉴于混凝土结构工程在这一阶段的特殊性，混凝土试块的留置除应满足常温情况下的留置规定外，尚应增设不少于两组与结构同条件养护的试块，分别用于检验受冻前的混凝土强度和转入常温养护28天的混凝土强度。也就是说，在常温下留置一组试块就能满足规定，到了冬期施工时，至少要留置三组才能满足要求。那么这三组试块应该怎样留置和评定呢？

1、  受冻前同条件混凝土试块的留置和评定 

为什么要留置受冻前混凝土试块呢？这是因为混凝土遭受冻结时间愈早、受冻前强度愈低，则强度损失愈多，反之则损失愈小。为了保证混凝土在受冻前具备抵抗冻胀的能力，使混凝土受冻后其强度损失不超过5%，而必须的最低强度，称为受冻临界强度。评定受冻前同条件试块是否合格，就是确定受冻前同条件试块在特定时间内其抗压强度是否能够不小于受冻临界强度。这里所谓的“特定时间”是指同条件试块从成型到送试验室进行抗压测试这段时间，“特定时间”是通过测量混凝土养护期间温度得到的，对于普通混凝土，“特定时间”是从混凝土入模到气温降至0℃受冻前；对于掺防冻剂混凝土，“特定时间” 是从混凝土入模到气温降至防冻剂规定的温度前。例如，某外加剂规定的设计温度是-10℃，那么使用这一外加剂的混凝土的“特定时间”就是从混凝土入模到温度降低到-10℃前。要注意的是试件不得在冻结状态下试压，100mm立方体试件，应在15～20℃室内解冻3～4h或浸入10℃的水中解冻3h。150mm立方米试件应在15～20℃室内解冻5～6h或浸入10℃的水中解冻6h。

明白了以上道理后，就可以在“特定时间”内将同条件试块送试验室做抗压试验,拿到抗压强度值后，可以根据以下规定来评定同条件混凝土试块是否合格：

1） 普通混凝土采用硅酸盐水泥或普通硅酸盐水泥配制时，其抗压强度值不小于混凝土强度标准值的30%。采用矿渣硅酸盐水泥配制的混凝土，其抗压强度值不小于混凝土强度标准值的40%。例如有一组强度等级为C30同条件混凝土试块，如果是采用硅酸盐水泥或普通硅酸盐水泥配制的，其抗压强度只要大于9.0N/mm²（30*30%）就可以评定为合格；而如果是采用矿渣硅酸盐水泥配制的，其抗压强度只有大于12 N/mm²（30*40%）才能评定为合格。从这个意义上说，混凝土冬期施工应优先选用硅酸盐水泥和普通硅酸盐水泥，而非矿渣硅酸盐水泥。在此要注意两个问题，一是混凝土强度等级等于或小于C10时，其抗压强度值不得小于5.0 N/mm²；二是当施工需要提高混凝土强度等级时，应按提高后的强度等级确定。

2） 掺用防冻剂的混凝土，当室外最低气温不低于-15℃时不得小于4.0N/mm²，当室外最低气温不低于-30℃时，不得小于5.0 N/mm²。

  3） 值得特别注意的是：混凝土的临界强度值是在其强度等级为C10-C40，水灰比在0.4-0.6 范围内的普通混凝土，而高于C40的混凝土，由于外加剂及超细骨料的掺入，混凝土内部孔结构的形成和受冻破坏过程与普通混凝土有较大差别，其临界强度尚需进一步试验确定。也就是说，上述几条只能用于评定强度等级不大于C40的混凝土，对于强度等级大于C40的混凝土，不能用上述几条来评定其是否合格。

2、  标准养护混凝土试块的留置和评定 

   留置标准养护混凝土试块的目的就是为了混凝土强度的合格评定，它与受冻前试块和转入常温后试块的留置是有区别，它不受时间限制，只要混凝土工程在施工，就必须留置试块，不象受冻前和转入常温后的试块那样，只在冬期施工期间留置。标准养护混凝土试块应在混凝土浇筑地点随机抽取，关于混凝土试块的留置数量，可按照下面的规定执行：

a)        每拌制100盘且不超过100M³的同配比的混凝土，其取样次数不少于1次

b)        每工作班拌制的同配比的混凝土不足100盘时其取样次数不得少于1次。

c)        对现浇楼层同配比的混凝土，其取样不得少于1次。

同一单位工程每一验收项目中同配比的混凝土，其取样不得少于1次。

    这里要注意的是，商品混凝土除应在预拌混凝土厂内按规定留置试块外，混凝土运到施工现场后，尚应按上述规定留置试块。也就是说商品混凝土的卖家（预拌混凝土厂）和买家（施工单位）都需要按规定各自留置试块。

关于标准养护混凝土试块评定，根据《混凝土检验评定标准》GB107之规定，有三种方法。即标准差已知的评定方法，标准差未知的评定方法和非统计评定方法。目前建筑工程中最常用是后两种方法。下面就这两种方法分别做一下举例说明：

A  标准差未知评定方法举例

某工程无前一期统计数据，在统计规定期内共有同强度等级（C20）原材料和配合比基本一致的15组试块，如下表所列：

混凝土强度数据

序号i

1

2

3

4

5

6

7

8

强度f_cu,I(Mpa)

20.5

22.1

23.5

24.0

21.0

26.5

23.0

21.5

序号i

9

10

11

12

13

14

15

强度f_cu,I(Mpa)

22.0

23.0

22.5

24.0

27.5

26.0

22.0

由于缺乏前一时期统计资料，采用标准差未知统计法评定

⑴、            求批的平均值与标准差

①   平均值:  m_fcu=1/15(20.5+22.1……+26.0+22.0)=23.34Mpa

②  
标准差:  S_fcu

⑵、查GBJ107-87中表4.1.3选定合格判定系数：λ₁=1.65    λ₂=0.85

⑶  求验收界限

①“平均值”验收界限： 

    [m_fcu-λ₁S_fcu]=0.9f_cu,k=0.9*20=18.0Mpa

②  最小值验收界限

      [f_cu,min]= λ₂ f_cu,k=0.85*20=17.0 Mpa

⑷ 检验结果的评定 

     ①“平均值”验收函数：m_fcu-λ₁S_fcu=23.34-1.65*2.03=20.0 Mpa

   ② 最小值样本函数（由上表实测强度值中找出最小值） 

        f_cu,min=20.5 Mpa

   ③评定 

      平均值条件：   m_fcu-λ₁S_fcu=20.0 Mpa>[m_fcu-λ₁S_fcu]=18.0Mpa

      最小值条件：  f_cu,min=20.5 Mpa>[f_cu,min]=17.0Mpa

两条均满足标准要求，该批混凝土判为合格。也就是说，这批混凝土强度达到C20级的强度要求。

B  非统计方法评定举例

   某工程现场预制一批构件，强度等级为C30，共留四组试块，抗压强度实测值（Mpa）为31.5、32.0、33.5、31.8，因所留组数在2-9组之间，故采用非统计方法评定：

⑴ 计算平均值与最小值的验收界限

①         平均值验收界限  [m_fcu]=1.15f_cu,k=1.15*30=34.5Mpa

②         最小值验收界限  [f_cu,min]=0.95 f_cu,k=0.95*30=28.5 Mpa

⑵   计算样本验收函数

   ① 平均值  m_fcu=1/4（31.5+32.0+33.5+31.8）=32.2 Mpa

③         最小值  f_cu,min=31.5 Mpa

⑶ 检验结果评定

①   平均值条件 m_fcu=32.2 Mpa<[m_fcu] =34.5Mpa

②   最小值条件f_cu,min=31.5 Mpa>[f_cu,min]= 28.5 Mpa

结论：由于平均值条件未满足GB107中第4.2.1-1条m_fcu≥1.15f_cu,k之规定，该批混凝土评定为不合格，也就是说，这批混凝土的强度未达到C30级的强度要求。

   在此值得一提的是，当仅有一个强度实测值，该值必须≥1.15f_cu,k

    由上述计算可见非统计法验收条件是比较苛刻的，这就要求施工时越是工程量少的混凝土结构越要控制好它的质量。有些现场技术人员由于不会用统计法评定，而采用非统计法评定强度，虽然没有错，但大大加严了检验尺度，使原本可评为合格的混凝土评成了不合格，而且照此控制混凝土质量必将引起不必要的材料消耗的增加，很不合算。

3、 转入常温后同条件混凝土试块的留置和评定（JGJ104-97）是这样讲的“转入常温养护28天”。该龄期应该怎样计算呢？我们不妨举例说明，假设济南市某工程有一组试块的成型时间为2005年12月20日，根据有关规定济南的冬期施工日期为上年的11月18日至下年的3月18日。依据这一规定知道这组试块转入常温的时间是2006年3月18日，那么该试块龄期应该这样计算：2005年12月20日至2006年3月18日（68天）+28天，共96天。即该试块的龄期为96天，抗压试验时间为2006年4月15日。这里有个问题，我们以济南为例讲一下，由于转入常温的时间是一致的（统一定为3月18日），转入常温再养护的时间也是一致的（28天），这样一来，势必出现这样一种情况，整个冬期施工期间留置的转入常温后同条件混凝土试块全部集中在同一天进行抗压试验（济南为4月15日）。以济南市建筑工程质量监督站检测中心为例，这一天要试验的试块有几千余组。要在一天之内试验如此之多的试块，对于任何一个检测单位而言恐怕都是有困难的。笔者猜测可能是GB50204的制定者当时没有考虑到这一问题。笔者提出这个的目的也是为提醒有关部门注意，最好能拿出一个解决问题的办法。

    关于转入常温后混凝土试块评定问题，笔者曾仔细查阅过《混凝土结构工程施工及验收规范》（GB50204-2002）、《混凝土强度检验评定标准》（GBJ107-87）、《混凝土质量控制标准》（GB50164）和《建筑工程冬期施工规程》（JGJ104-97等涉及到强度评定的规范、规程和标准，可惜都没有找到满意的答案。 笔者认为留置转入常温后同条件混凝土试块的目的是为了检验混凝土在经过了一个冬期恶劣气候的影响后，其实际强度值还能否达到原来设计的要求。就此目的而言，可以参考上文中关于标准养护混凝土试块的评定方法对转入常温后混凝土试块进行评定。