混凝土強度定義及構件混凝土強度檢驗判定的若干問題

混凝土強度定義及構件混凝土強度檢驗判定

的若干問題

中建一局集團第五建築公司 金哲

混凝土是現代建築大量使用的主要材料之一。混凝土的強度，是建築產品結構安全的基本保障，更是建築施工的從業人員需經常面對的問題。但是因為對規範的理解偏差，在實際的施工生產中，還時有錯誤的應用與推定。

筆者曾經在某大型住宅項目，遇到如下問題：某部位剪力牆及樓板混凝土設計強度等級為C40，構件混凝土澆築達到28d齡期后，標養試塊及同條件試塊強度值均大於40Mpa， 但現場回彈檢測的推定值小於40 Mpa。部分人員得出了現場構件混凝土強度不滿足設計要求的結論。

談到混凝土的強度，首先要明確混凝土強度的判定標準。混凝土具有較高的抗壓強度（抗拉強度相對較低），因此抗壓強度是施工中控制和評定混凝土質量的主要指標。按照《混凝土結構設計規範》（GB50010-2002）規定「混凝土強度等級應按立方體抗壓強度標準值確定。立方體抗壓強度標準值系指按照標準做法製作養護的邊長為150mm的立方體試件，在28d齡期用標準試驗方法測得的具有95%保證率的抗壓強度」。上述規定只是給出了作為主體結構原材料——現場澆筑前混凝土的強度分級標準，此強度數值的取得依賴給定理想的環境條件、試件尺寸及試驗方法。一般建築圖紙設計的混凝土強度即指上述的定義。構件混凝土強度與混凝土強度等級是兩個不同的概念，構件混凝土強度應指作為構成施工現場建築構件實體的混凝土，經現場成型養護后的強度代表值。因澆築方法、養護方式、環境條件等的不同，其強度要低於立方體抗壓強度標準值（標養試塊強度）。需特彆強調的是：立方體抗壓強度標準值確定的是作為原材的混凝土強度等級，而在設計及施工計算時取用的混凝土軸心抗壓強度標準值、設計值才是混凝土構件的強度取用值。因此在相關規範中沒有立方體抗壓強度設計值的概念。關於上述三個強度概念關係將在下文中進一步論述。

構件在實際承載中，其混凝土承載能力有如下兩個主要影響因素：構件混凝土強度和構件尺寸。前一個影響因素比較易於理解，后一個影響因素施工人員考慮較少，可做如下簡單理解：100mm混凝土立方體試塊測試強度要大於150mm混凝土立方體試塊測試強度；相同截面試塊，其高度愈大，破壞荷載值愈低。考慮到上述因素，《混凝土結構設計規範中》（GB50010-2002）對結構設計計算時取用的混凝土軸心抗壓強度標準值作了如下規定：「稜柱強度與立方體強度之比值α c1對普通混凝土為 0.76，對高強混凝土則大於0.76，本規範對C50及以下取 0.76，對C80取0.82，中間按線性規律變化。考慮到結構中混凝土強度與試件混凝土強度之間的差異，根據以往的經驗，並結合試驗數據分析，以及參考其他國家的有關規定，對試件混凝土強度修正係數取為0.88。本規範的軸心抗壓強度標準值按下式計算：fck=0.88×α c1×αc2(脆性折減係數)×fcuk(立方體抗壓強度標準 值)」。取C40混凝土作一簡單計算實例：fcuk=40MPa fck=0.88×0.76×1×40=26.8 MPa fc= fck/1.4=26.8/1.4=19.1 MPa 在混凝土構件尺寸確定的情況下，構件混凝土強度成為現場施工主要控制項目。即使達到強度等級的混凝土，若發生澆築振搗及養護不良等現象，仍可能帶來構件混凝土強度偏低的問題。因此在新版《混凝土結構施工質量驗收規範》(GB50204-2002)中，除保留標養試件試驗要求外，增加了混凝土強度結構實體檢驗內容。前者可監測混凝土的選用，後者可監測混凝土澆筑後的強度效果。《混凝土結構施工質量驗收規範》對混凝土強度結構實體檢驗作了如下規定：「對混凝土強度的檢驗，應在混凝土澆築地點製備並與結構實體同條件養護的試件強度為依據。同條件養護試件的強度代表值應根據強度試驗結果按現行國家標準《混凝土強度檢驗評定標準GBJ107的規定確定后，乘折算係數取用；折算係數宜取為1.10，也可根據當地的試驗統計結果作適當調整。」 《混凝土結構施工質量驗收規範》建議的1.10係數恰恰是《混凝土結構設計規範中》試件混凝土強度修正係數0.88的倒數。在兩本規範中均承認構件混凝土強度要低於標養試塊強度．因此判定構件混凝土強度是否合格的最小限定值應為設計混凝土強度等級代表的立方體抗壓強度值的88％．對應C40混凝土，限定值為35.2Mpa。 回彈法檢測混凝土抗壓強度，作為實體檢驗的一種補充方法，測定的是構件實體的強度。其依據的主要原理為構件混凝土表面硬度與混凝土強度的對應關係。根據回彈值，查對測強曲線，確定強度代表值，同時進行混凝土碳化深度、泵送混凝土等各項修正。對應曲線圖則是依據大量的試驗數據，繪製的回彈值與構件混凝土強度的對應曲線圖。在一般應用中，往往直接選用《回彈法檢測混凝土抗壓強度技術規程》給定的全國通用測強曲線圖。回到前文所述事例，在結構構件砼齡期達到3-5個月以上后（混凝土後期強度充分增長后），對建築剪力牆體隨機選取9個構件進行鑽芯取樣及回彈檢測，數據如下:

在實際操作中至少有如下問題需要探討：1.依據表面硬度推測混凝土強度，原理本身導致回彈對象有明顯的適用範圍要求。在規程中要求「本規程不適用於表層與內部質量有明顯差異或內部存在缺陷的混凝土結構或構件的檢測」。測強曲線圖代表的應是得到規範養護的構件，而實際施工過程中，因各種原因，尤其是高層建築牆體混凝土極易發生表面養護不足（失水過快）的情況，此時的表面硬度對構件主體混凝土強度的代表性已降低，只能作為輔助檢測手段。如上述提到的事例，在回彈檢測過程中發現，樓板底部回彈強度值最高，樓板頂部稍差，牆體表面回彈強度最低。經查證，施工時處於乾燥多風季節，牆體表面澆水養護不足；因樓板表面澆水后可自然存水，養護狀況稍好；樓板底部因模板存在時間較長，狀況最好（也應有粗骨料下沉的影響）。2.因混凝土配比及材料的不同，不論選用全國測強曲線或地區測量曲線，其偏差均不可避免。3.碳化深度的影響。在《回彈法檢測混凝土抗壓強度技術規程》中，根據混凝土碳化深度增加，表面硬度增大的正常狀態，要求對構件混凝土進行表面碳化深度的測量以對回彈強度進行修正。山西太原質量監督站與太原某高校做過專項試驗研究，發現高層建築施工，因商品混凝土大量使用各種外加劑、摻加料，塌落度大，其早期混凝土碳化深度與回彈值的增減關係往往與測強曲線依據的正常狀態完全相反。此項研究已在學術期刊以論文發表。本文不再詳細引用原文及實驗數據，對其研究結論做一簡要引用：「在混凝土構件未得到妥善養護的情況下，混凝土構件表面碳化速度遠遠超過混凝土的正常碳化深度；混凝土早期碳化深度的增加，不但未引起混凝土回彈值的提高，反而使其回彈值降低；相同條件下，早齡期碳化深度與混凝土強度等級不在具有顯著相關性。」該現象對回彈強度推定值有較大影響。針對前述試驗數據，在早齡期回彈值偏低（多數回彈平均值小於37），在強度充分增長后，回彈值增長較好，但碳化深度較大；鑽芯取樣值遠高於回彈推定值。在《回彈法檢測混凝土抗壓強度技術規程》中，尚有如下表述：「一般情況下，結構或構件由於製作、養護等方面原因，其強度值要低於同條件試件強度值。本規程定義強度推定值為結構或構件本身的強度值，而實際應用中，多數錯誤的將該值與標準養護150mm立方體試件強度對比，造成回彈法檢測的強度值偏低的印象」，「檢測結果為構件混凝土強度，該強度與標準養護或同條件養護試件強度存有差異，因此不能據此結果對構件的設計強度等級給出合格與否的結論」。綜上所述可以得出標準試塊、同條件試塊、現場實體強度值依次減小的關係。

如想以回彈檢測法增加對構件實體混凝土強度的監測（操作簡便），筆者建議可結合鑽芯取樣法制定工地專用的測強曲線圖，此種方法可大大提高回彈檢測的精度與可信度。

對建築施工現場混凝土強度的檢驗判定與監測，只有明確了強度定義、判定標準，區分目標對象，選用合理的檢測方法，對各種影響因素正確分析，才能得到真實可靠的結論。