關于混凝土強度相關概念及檢測方法的探討

韓　群，林漢彪

(勃利縣水利勘測設計隊,黑龍江 勃利 154500)

關于混凝土強度相關概念及檢測方法的探討

韓群，林漢彪

(勃利縣水利勘測設計隊,黑龍江 勃利 154500)

摘要：在混凝土構造物設計時用軸心抗壓強度設計值來確定混凝土設計強度等級，而構造物施工后的混凝土強度必須滿足設計要求的混凝土強度等級。本文研究分析混凝土強度相關概念及檢測方法。

關鍵詞：混凝土構造物；混凝土強度；設計強度等級；相關概念；檢測方法

1混凝土強度相關概念

混凝土強度相關概念常包括立方體抗壓強度、軸心抗壓強度、強度保證率等，而強度值又分為標準值和設計值[1]。

混凝土的軸心抗壓強度比立方體抗壓強度更接近構件中的混凝土實際受壓時的強度，所以混凝土結構設計計算中選用軸心抗壓強度作為重要的強度指標。

強度保證率是根據概率統計的方法算出來的。根據數理統計的概念，強度保證率指混凝土強度總體中大于設計強度等級的概率，亦即混凝土強度大于設計等級的組數占總組數的百分率，可根據正態分布的概率函數計算求得。t=(R1-R設計值)/σ，然后先計算該批混凝土強度平均值R1，再計算該批混凝土強度標準差σ值。最后根據t=(R1-R設計值)/σ即可計算出強度設計值。

混凝土強度保證率除了考慮所生產的混凝土強度質量的穩定性之外，還必須考慮符合設計要求強度等級的合格率，即強度保證率。它是指在混凝土強度總體中，不小于設計要求的強度等級標準值的概率P(%)。強度正態分布曲線下的面積為概率的總和，等于100%。

混凝土強度等級是按立方體抗壓強度的標準值確定的。立方體抗壓強度的標準值是指按照標準方法制作養護的邊長為150 mm×150 mm×150 mm的立方體試件，在28 d齡期用標準方法測得的具有95%保證率的抗壓強度，單位是kN/mm2(即MPa)。通常所說的Cxx就是混凝土強度等級標號。下面用C25的混凝土來舉例說明混凝土強度概念。

軸心抗壓和立方體抗壓強度不是一個概念，軸心抗壓的試件尺寸一般是150 mm×150 mm×300 mm，而通常我們說的抗壓強度(立方體抗壓)的試件尺寸為150 mm×150 mm×150 mm。

根據《混凝土結構設計規范》，軸心抗壓強度標準值與立方體抗壓強度標準值的關系按fck=0.88αc1fcu確定，αc1為棱柱體強度與立方體強度之比，對混凝土強度等級為C50及以下的取αc1=0.76。由此可以知道C25的混凝土軸心抗壓強度應該為0.88×0.76×25=16.72 MPa。而它的軸心抗壓設計值為11.9 MPa，是指在設計上用到的值。

《混凝土結構設計規范》(GB 50010-2010)規定，以高寬比為2～3的棱柱體進行軸心抗壓強度試驗，測得的具有95%強度保證率的抗壓強度為混凝土的軸心抗壓強度標準值，用符號fck表示，而混凝土的軸心抗壓設計值fc是由fck除以混凝土材料分項系數1.4得到的。

2混凝土強度檢測方法

在檢測混凝土強度時，采用何種方法，應根據被測混凝土結構的具體情況及檢測條件綜合確定[2]。

2.1試塊法

試塊法是施工時把拌制好的混凝土倒入規定的立方體試模內，經震動或插搗成型，按規定的溫度及濕度進行養護28 d后，進行抗壓強度試驗，以邊長為150 mm的立方體試件為標準件，邊長100 mm和邊長200 mm的立方體試件按規定的尺寸折算系數進行換算。混凝土試塊在一定程度上反映了混凝土實體的強度，也是混凝土質量評定的主要依據，是一種最常見最基本的檢測方法，也是最直觀最經濟的方法。

試塊法能直接反映出混凝土本身的強度，但對于施工后的質量無法真實反映。有時試塊合格了，但混凝土實體質量跟施工單位的水平、方法及工作態度有很大關系，質量如何很難確定，導致存在一定的質量安全隱患；另一方面，如果試塊制作馬虎，養護不規范，容易導致試塊質量不合格，而實際上混凝土質量強度是滿足要求的，從而導致不必要的麻煩。所以工地上混凝土的取樣如果不是按規定的數量隨機抽取，而是根據混凝土攪拌質量的好壞來取，質量好的時候才取樣，所取的樣品就沒有代表性，不能真實反映混凝土的質量情況。

2.2鉆芯法

鉆芯法是在有代表性的混凝土結構上用金鋼石鉆頭鉆取芯樣，其檢測混凝土抗壓強度是依據《鉆芯法檢測混凝土強度技術規程》(CECS 03-2007)用鉆機直接從所需檢測的結構或構件上鉆取混凝土及巖石芯樣，按有關規范加工處理后，進行抗壓試驗，根據芯樣的抗壓強度推定所需檢測的結構或構件混凝土抗壓強度[3]。構件齡期不少于14 d、強度不低于10 MPa的混凝土都可采用鉆芯法檢測其強度，但由于取芯后會對結構造成一定的損傷，特別是抽到結構中的鋼筋部位，損傷會更大，因此，對于重要部位的結構構件，應征得設計方的復核同意，方可進行抽芯。取芯的部位、數量也要有具體的規定。

2.3回彈法

回彈法是通過回彈儀測定混凝土表面硬度，再結合混凝土的碳化深度繼而推斷其抗壓強度。其依據《回彈法檢測混凝土抗壓強度技術規程》(JGJ/T 23-2011)采用混凝土回彈測試儀直接在所需檢測的結構或構件上檢測混凝土強度的一種無損檢測法[4]。

回彈儀測定的回彈值是混凝土表面的硬度，材料的硬度又跟材料的強度有關，從而建立回彈值跟強度的專用測強曲線來推斷強度值。采用回彈法進行檢測時，其檢測面應為原狀混凝土面，并應平整、清潔，不應有疏松層、浮漿、麻面，必要時用砂輪清除疏松層和雜物，且不應有殘留的粉末或碎屑。

回彈法使用簡單、靈活，測試速度快,檢驗費用低，檢測人員到現場隨機抽取檢測，及時掌握混凝土的真實強度及澆筑的整體水平。但其精度相對較差，當混凝土表面與內部質量有明顯差異，如遭受化學腐蝕或火災，硬化期間遭受凍傷等，則不能用此方法。

2.4超聲檢測法

超聲檢測法所采用的超聲波檢測儀應符合現行行業標準《混凝土超聲波檢測儀》(JG/T 5004)的要求，并在計量檢定有效期內使用。由于超聲檢測能對混凝土內部空洞、不密實區的位置和范圍、裂縫深度、表面損傷層厚度、不同時間澆筑的混凝土結合的質量和混凝土勻質性做出比較準確的判定，而這正是其他檢測方法所無法做到的，所以，該法在工程檢測中得到了廣泛的應用。當采用超聲法測強時，由于影響傳播速度的因素很多，如水泥品種、水泥用量、含砂率，粗骨料品種和最大粒徑、含水率、齡期等，因此用超聲法很難準確地測定混凝土的強度，目前通常是將超聲法和回彈法綜合在一起來測定混凝土的強度，即所謂超聲回彈綜合法(單一的超聲法主要還是檢測混凝土的勻質性)。

按照《超聲回彈綜合法檢測混凝土強度技術規程》(超聲回彈法)測得的混凝土強度比混凝土的實際強度小，但其規律比較明顯，且離散性較小，說明這種方法還是比較可靠的，但需要根據各地區的混凝土所用材料及環境條件建立相應的測強曲線。其測試前提是混凝土的內外質量基本一致，否則會產生較大誤差。因此，在檢測表層與內部的質量有明顯差異，或者在使用期間遭受化學腐蝕、火災，硬化期間遭受凍害的混凝土時，要采用鉆芯法檢測其強度。

在檢測混凝土強度時，采用何種方法，應根據被測混凝土結構的具體情況及檢測條件綜合確定?；炷两Y構工程施工質量驗收規范(GB 50204-2002)規定試件強度評定不合格時，可采用非破損或局部破損的檢測方法，對構件的混凝土強度進行測定。當需要準確判定結構混凝土強度等級，且有條件時，可優先考慮采用鉆芯法或采用鉆芯法修正，鉆芯法是目前準確性最高的方法；當混凝土質量比較均勻時，可采用回彈法和超聲回彈法，用鉆芯法進行校核則可以提高精確度。

3混凝土強度檢測實例

某水庫輸水洞施工后運行4 a，發現洞身裂縫，為檢查其裂縫產生原因需檢測混凝土強度。由于洞身側墻和頂板混凝土的內外質量基本一致，故采用回彈法檢測其混凝土強度。由于底板是使用多年的老混凝土，在使用過程中經過4次的凍融過程，混凝土內外質量相差較大，因此采用鉆芯法檢測每節洞底板混凝土強度。

3.1鉆芯法檢測

鉆芯法檢測過程中首先確定芯樣鉆取部位，如：結構或構件受力較小的部位；混凝土強度質量具有代表性的部位；便于鉆芯機安放與操作的部位；避開主筋、預埋件和管線的位置，并盡量避開其他鋼筋。用鉆芯法檢測輸水洞底板混凝土強度結果見表1。

表1　鉆芯法測輸水洞混凝土抗壓強度檢測成果表

3.2回彈法檢測

回彈法檢測過程中首先確定測區及檢測面，選擇具有代表性的測區，使用砂輪等工具將檢測面表面的浮漿、油垢、涂層、蜂窩、麻面等磨平并處理干凈，確保抽檢混凝土檢測表面清潔、平整。其次，每個測區彈擊16個點，記錄16個測點的回彈值，按照規程要求舍棄三個最大值和三個最小值，取余下的10個回彈值求其算術平均值，作為該測區的平均回彈值。當檢測時回彈儀為非水平方向、檢測面為非混凝土的澆筑側面時，按角度、澆筑面順序對回彈值進行修正。用回彈法檢測洞身混凝土強度的結果見表2。

表2　回彈法檢測輸水洞混凝土抗壓強度檢測成果表

4結論

本文論述了混凝土強度概念，介紹了混凝土常用的幾種檢測方法，并應用實例分析探討了各種混凝土強度檢測方法的優缺點及不同適用范圍。混凝土強度檢測的目的是：采集必要數據，通過數據的計算與修正，推定混凝土強度，最后對被檢測混凝土構件做出正確的判斷。選擇檢測方法時既要考慮檢測構件的適用性，還要考慮檢測費用、檢測速度以及對結構的破壞程度等。在實際應用中，應根據具體工程情況和各種檢測方法的特點來選擇合理的檢測方案。

總之，研究探討混凝土強度相關概念及檢測方法將對提高工程質量檢測精度及優化混凝土構造物設計有重要意義。

參考文獻：

[1]中華人民共和國住房和城鄉建設部.混凝土結構設計規范：GB 50010-2010[S].北京：中國建筑工業出版社，2010.

[2]王赫.建筑工程事故處理手冊[M].北京：中國建筑工業出版社，1998.

[3]中國工程建設標準化協會.鉆芯法檢測混凝土強度技術規程：CECS 03-2007[S].北京：中國建筑工業出版社，2007.

[4]中華人民共和國住房和城鄉建設部.回彈法檢測混凝土抗壓強度技術規程：JGJ/T 23-2011[S].北京：中國建筑工業出版社，2011.

作者簡介：韓群(1975-)，男，工程師，主要從事水利工程規劃、施工工作。

中圖分類號：TU755.7

文獻標志碼：A

文章編號：2096-0506(2016)06-0072-03