混凝土的质量控制与评定

第九节　混凝土的质量控制与评定

混凝土的质量管理，具有十分重要的意义，否则，即使有良好的原材料和正确的配合比，仍不一定能生产出优质的混凝土。

一、混凝土生产质量控制的必要性

混凝土在生产与施工中理应要求其质量达到均匀，但实际上混凝土的质量不可能始终如一，而总是在波动的。造成质量波动的主要因素有：

（1）原材料的影响。如水泥品种与强度等级的改变；水泥强度的波动；砂石杂质含量、级配、粒径、粒形的变化；尤其是骨料含水率的变化等。

（2）施工操作的影响。如组成材料计量的误差；水灰比的波动；搅拌时间控制不一；浇捣条件的变化；养护时温、湿度的变化等。

（3）试验条件的影响。如取样方法的不同；试件成型、养护条件的差异；试验时加荷速度的快慢；试验操作者本身的误差等。

由上可知，在生产过程中，混凝土质量的波动是客观存在的，因此一定要进行质量管理，而管理的目的在于控制其在一定的范围内波动，以达到质量稳定。

混凝土质量的生产控制，必须贯穿于生产的全过程中。要做好这一点，必须有组织上和制度上的保证，必须建立混凝土质量保证体系，并应制订必要的混凝土质量管理制度。

由于混凝土的抗压强度与混凝土其他性能有着紧密的相关性，能较好地反映混凝土的全面质量，因此工程中常以混凝土抗压强度作为重要的质量控制指标，并以此作为评定混凝土生产质量水平的依据。

二、混凝土强度的波动规律——正态分布

在正常生产施工条件下，影响混凝土强度的因素都是随机变化的，因此混凝土的强度也应是随机变量。对于随机变量的问题可以采用数理统计的方法来进行处理和评定。现将其基本概念及处理方法简述如下。

图6－34　混凝土强度的正态分布曲线

在一定施工条件下，对同一种混凝土进行随机取样，制作n组试件（n≥25），测得其28 d龄期的抗压强度，然后以混凝土强度为横坐标，以混凝土强度出现的概率为纵坐标，绘制出混凝土强度概率分布曲线。实践证明，混凝土的强度分布曲线一般是符合正态分布的，如图6－34所示。混凝土强度正态分布曲线具有以下特点：

（1）曲线呈钟形，两边对称，对称轴就在平均强度值（）处，而曲线的最高峰就出现在这里。这表明混凝土强度接近其平均强度值的概率出现的次数最多，而随着距离对称轴愈远，亦即强度测定值比平均值愈低或愈高者，其出现的概率就愈少，最后逐渐趋近于零。

（2）曲线和横坐标之间所包围的面积为概率的总和，等于100%。对称轴两边出现的概率相等，即各为50%。

（3）在对称轴两边的曲线上各有一个拐点，两拐点间的曲线向上凸弯，拐点以外的曲线向下凹弯，并以横坐标为渐近线。

混凝土强度正态分布曲线高而窄时，表明所测混凝土强度值波动小，说明混凝土施工质量控制得较好，生产质量管理水平高。反之，若曲线矮而宽时，表明混凝土强度值很分散，离散性大，说明混凝土施工质量控制差，生产管理水平低，如图6－35所示。

三、混凝土质量评定的数理统计方法

（一）混凝土强度质量的评定

图6－35　混凝土强度离散性不同的正态分布曲线

用数理统计方法进行混凝土强度质量评定，是通过求出正常生产控制条件下混凝土强度的平均值、标准差、变异系数和强度保证率等参数，然后据此进行综合评定。

1.混凝土强度平均值）

混凝土强度平均值可按下式计算：

式中　n——混凝土强度试件组数；

　f_cu，i——混凝土第i组的抗压强度值。

混凝土强度平均值只能代表其总体强度的平均水平，而不能反映混凝土的波动情况。

2.混凝土强度标准差（σ）

混凝土强度标准差又称均方差，其计算式为

标准差σ正好是正态分布曲线上拐点至对称轴的垂直距离，见图6－35。图中为强度平均值相同而标准差不同的两条正态分布曲线，由图可看出，σ值小者曲线高而窄，说明混凝土质量控制较稳定，生产管理水平较高。而强度值离散性大的，即施工质量控制差者，曲线矮而宽，则σ值就大。因此，σ值可用以作为评定混凝土质量均匀性的一种指标。

3.变异系数（C_V）

变异系数又称离差系数，其计算式如下：

图6－36　混凝土强度保证率

由于混凝土强度的标准差（σ）随强度等级的提高而增大，故也可采用变异系数（C_V）作为评定混凝土质量均匀性的指标。C_V值愈小，表示混凝土质量愈稳定；C_V值大，则表示混凝土质量稳定性差。

4.混凝土的强度保证率（P）

混凝土的强度保证率P（%）是指混凝土强度总体中，大于等于设计强度等级（f_cu，k）的概率，在混凝土强度正态分布曲线图中以阴影面积表示，见图6－36所示，低于设计强度等级（f_cu，k）的强度所出现的概率为不合格率。

混凝土强度保证率P（%）的计算方法为：首先根据混凝土设计强度等级（f_cu，k）、混凝土强度平均值（）、标准差（σ）或变异系数（C_V），计算出概率度（t），即

则强度保证率P（%）就可由正态分布曲线方程积分求得，即

但实际上当已知t值时，可从数理统计书中的表内查到P值，如表6－32所列。

表6－32　不同t值的保证率P

工程中P（%）值可根据统计周期内混凝土试件强度不低于要求强度等级的组数N₀与试件总组数N（N≥25）之比求得，即

（二）混凝土生产质量水平的评定

工程中按《混凝土强度检验评定标准》（GBJ　107—87）的规定，根据统计周期内混凝土强度的σ值和保证率P（%），可将混凝土生产单位的生产质量水平，划分为优良、一般、差三个等级，见表6－33所示。

表6－33　混凝土生产质量水平

四、混凝土配制强度

在施工中配制混凝土时，如果所配制混凝土的强度平均值（）等于设计强度（），则由图6－36可知，这时混凝土强度保证率只有50%。因此，为了保证工程混凝土具有设计所要求的95%强度保证率，则在进行混凝土配合比设计时，必须使混凝土的配制强度大于设计强度。

根据《普通混凝土配合比设计规程》（JGJ　55—2011）标准，混凝土配制强度可按下列规定确定。

1.当混凝土设计强度等级小于C60时，配制强度按下式确定：

式中　f_cu，0——混凝土配制强度（MPa）；

　f_cu，k——设计的混凝土强度标准值（MPa）；

　σ——混凝土强度标准差（MPa）。

2.当混凝土设计强度等级不小于C60时，配制强度按下式确定：

按JGJ　55—2011规定，混凝土强度标准差可根据施工单位近期（统计周期不超过3个月，预拌混凝土厂和预制混凝土构件厂统计周期可取为一个月）的同一品种混凝土强度资料算得（试件组数N≥25）。当混凝土强度等级不大于C30时，如计算所得σ＜3.0 MPa，取σ＝3.0 MPa；当混凝土强度等级大于C30时且小于C60，如计算所得σ＜4.0 MPa，取σ＝4.0 MPa。当施工单位不具有近期的同一品种混凝土的强度资料时，σ值可按表6－34取值。

表6－34　标准差σ值