水工混凝土28d齡期強度控制范圍確定方法探討

郭文康，王述銀，蘭道銀

(長江科學(xué)院工程質(zhì)量檢測中心，武漢 430010)

1 研究背景

水工混凝土是指用于水工建筑的混凝土，水工建筑物一般體積較大，相應(yīng)的混凝土塊體尺寸也較大，通常稱為水工大體積混凝土［1］。為了避免由于溫度的變化產(chǎn)生膨脹或收縮變形而產(chǎn)生溫度應(yīng)力，導(dǎo)致大體積混凝土產(chǎn)生溫度裂縫，因此，水工大體積混凝土配合比設(shè)計時一般采取如下方法加以控制:①大摻量粉煤灰、磷渣等摻合料，最高摻量可高達60%左右;②選用中熱、低熱或低熱礦渣硅酸鹽水泥;③施工過程中控制澆筑溫度，采取溫控措施等。

由于大摻量粉煤灰、磷渣等摻合料混凝土和選用中熱、低熱或低熱礦渣硅酸鹽水泥混凝土均具有早齡期(28 d齡期之前)強度較低、后期強度增長率大的特點，為了充分發(fā)揮各種材料的特性并達到溫控防裂的效果，水工大體積混凝土大多選擇90d，180d甚至365 d等長齡期作為設(shè)計齡期。目前，國內(nèi)關(guān)于水工大體積混凝土生產(chǎn)質(zhì)量控制水平的標準和規(guī)范主要有:國家標準《混凝土質(zhì)量控制標準》(GB 50164—2011)［2］、《混凝土強度檢驗評定標準》(GB/T 50107—2010)［3］和水工行業(yè)標準《水工混凝土施工規(guī)范》(DL/T 5144—2001)［4］。上述標準均采用按照標準方法制作和養(yǎng)護的邊長為150mm的立方體試件，用標準試驗方法測得的28 d齡期抗壓強度作為混凝土生產(chǎn)質(zhì)量控制水平的評定標準值。因此，依據(jù)上述標準或規(guī)范水工長齡期混凝土的生產(chǎn)質(zhì)量控制水平仍需選用28d齡期標準值進行評定，但目前國內(nèi)尚未出臺關(guān)于水工長齡期混凝土28 d齡期抗壓強度標準值確定方法，各工程應(yīng)用過程中28 d齡期抗壓強度標準值的確定方法也不盡相同，為滿足水工長齡期混凝土生產(chǎn)質(zhì)量控制需要，亟待探討相關(guān)確定方法指導(dǎo)工程實踐。

中國西南部某大型水電站導(dǎo)流洞工程P·LH 42.5低熱硅酸鹽水泥C9030和C9040混凝土總量約100萬m3，為加強混凝土生產(chǎn)質(zhì)量管理與控制，提高低熱水泥混凝土生產(chǎn)水平，依據(jù)國內(nèi)相關(guān)標準，探討了C9030和C9040強度等級28 d齡期抗壓強度標準值，并提出了相應(yīng)的28 d齡期強度控制指導(dǎo)范圍。

2 探討內(nèi)容

2.1 28 d齡期抗壓強度標準值確定方法

由混凝土的抗壓強度隨齡期增長的特性可知，在水泥、水、粉煤灰、砂石骨料、外加劑等材料品種及用量一致的情況下，混凝土試件各齡期抗壓強度的增長規(guī)律基本相同。因此，在達到一定統(tǒng)計量的條件下，按照混凝土強度增長規(guī)律推算出的長齡期混凝土28 d齡期抗壓強度推算值，經(jīng)適當修正后便可作為水工長齡期混凝土28 d齡期標準值?；谏鲜鲇^點，建議采用如式(1)計算公式推算水工長齡期混凝土28 d標準值。

2.2 28 d齡期抗壓強度控制范圍確定方法

水工長齡期混凝土28 d齡期抗壓強度的波動直接影響其后期強度的穩(wěn)定性，為加強長齡期混凝土生產(chǎn)的質(zhì)量控制水平，指導(dǎo)工程應(yīng)用實踐，本文探討了確定水工長齡期混凝土28 d齡期抗壓強度控制范圍的方法。

A·M·內(nèi)維爾《混凝土的性能》［5］指出，混凝土試件強度分布規(guī)律滿足一種典型分布——正態(tài)分布或高斯分布，且其假設(shè)足以接近真實情況。如圖1所示，在2σ和3σ(σ為混凝土強度統(tǒng)計標準方差)范圍內(nèi)，即概率度系數(shù)分別為2.0和3.0時混凝土抗壓強度保證率可達97.7%和99.9%［5－6］。

圖1 正態(tài)分布曲線，在所示的一個標準方差距內(nèi)的混凝土試件百分率［5］Fig.1 Normal distribution curve(the percentage of concrete specimens within a standard deviation distance as shown in the figure)［5］

由此可知，混凝土配合比設(shè)計時，當選擇概率度系數(shù)為3.0計算混凝土配置強度時，按照正?；炷辽a(chǎn)質(zhì)量控制水平，基本上能夠保證所有生產(chǎn)的混凝土試件強度均滿足設(shè)計強度等級要求。因此，水工長齡期混凝土28 d齡期立方體抗壓強度控制上限可根據(jù)設(shè)計齡期立方體抗壓強度標準值，按照式(2)進行計算;為確保所生產(chǎn)的混凝土試件均能滿足設(shè)計強度等級要求，水工長齡期混凝土28 d齡期立方體抗壓強度控制下限，可根據(jù)混凝土設(shè)計齡期立方體抗壓強度標準值，按照式(3)進行計算，即根據(jù)設(shè)計齡期抗壓強度標準值及其強度增長系數(shù)直接反推計算。

表1 導(dǎo)流洞低熱水泥混凝土配合比設(shè)計參數(shù)Table 1 Designed mix parameters of low heat Portland cement concrete of diversion tunnel

3 實際工程混凝土數(shù)值統(tǒng)計及計算結(jié)果

中國西南部某大型水電站導(dǎo)流洞工程C9030和C9040泵送混凝土總量約100萬m3，為控制大體積混凝土的絕熱溫升，減少溫度裂縫，混凝土均采用P·LH42.5低熱硅酸鹽水泥并摻加Ⅰ級粉煤灰(摻量為25%)?；炷林饕O(shè)計參數(shù)列于表1。

由于采用P·LH42.5低熱硅酸鹽水泥和摻粉煤灰生產(chǎn)的混凝土均具有絕熱溫升低、早期強度低后期強度增長快的特點，混凝土配合比設(shè)計時一般采用90，180d齡期作為設(shè)計齡期。

3.1 28 d齡期抗壓強度標準值

根據(jù)該工程現(xiàn)有C9030和C9040泵送混凝土抗壓強度數(shù)據(jù)資料，計算其28 d和90d抗壓強度平均值、抗壓強度增長系數(shù)A和抗壓強度增長系數(shù)的倒數(shù)a，計算結(jié)果列于表2。

表2 混凝土立方體抗壓強度增長系數(shù)統(tǒng)計分析結(jié)果Table 2 Statistical analysis results of the growth factor of concrete’s compressive strength

根據(jù)室內(nèi)配合比研究試驗成果計算得到修正常數(shù)b，并將計算所得的參數(shù)a和b以及 fcu，k代入式(1)計算28 d齡期混凝土立方體抗壓強度標準值。修正常數(shù)及28 d齡期立方體抗壓強度標準值計算結(jié)果列于表3。

表3 混凝土28 d齡期立方體抗壓強度標準值計算結(jié)果Table 3 Calculated results of the standard value of compressive strength of 28d-age concrete

從表3可知，C9030和C9040低熱硅酸鹽水泥混凝土28 d齡期立方體抗壓強度標準值可分別選用21MPa和26MPa。

3.2 28 d齡期抗壓強度控制范圍

根據(jù)表1所列混凝土強度標準差σ和表2所列的抗壓強度增長系數(shù)的倒數(shù)a，對導(dǎo)流洞工程使用的C9030和C9040低熱硅酸鹽水泥混凝土28 d齡期立方體抗壓強度控制范圍按式(2)和式(3)進行了計算。計算結(jié)果列于表4。

表4 混凝土28 d齡期立方體抗壓強度控制范圍計算結(jié)果Table 4 Calculated results of the control range of compressive strength of 28d-age concrete

從表4可知，為不斷提高長齡期混凝土拌和生產(chǎn)質(zhì)量控制水平，保證混凝土生產(chǎn)系統(tǒng)生產(chǎn)出滿足混凝土強度等級要求且質(zhì)量穩(wěn)定可靠，建議C9030和C9040低熱硅酸鹽水泥混凝土生產(chǎn)時混凝土試件立方體抗壓強度控制范圍可分別選擇為20～28MPa和26～36MPa。

4 結(jié)論

通過理論分析與工程應(yīng)用相結(jié)合，本文探討了水工長齡期混凝土28d齡期立方體抗壓強度標準值和控制范圍的確定方法，主要結(jié)論如下:

(1)水工長齡期混凝土28 d齡期立方體抗壓強度標準值可根據(jù)混凝土強度增長系數(shù)可按照計算式(1)進行計算確定;

(2)水工長齡期混凝土28d齡期立方體抗壓強度控制范圍建議根據(jù)混凝土強度標準偏差及強度增長系數(shù)按式(2)和式(3)進行計算。

［1］楊華全，李文偉.水工混凝土研究與應(yīng)用［M］.北京:中國水利水電出版社，2005.(YANG Hua-quan，LI Wen-wei.Hydraulic Concrete Research and Application［M］.Beijing:China Water Power Press，2005.(in Chinese))

［2］GB 50164—2011，混凝土質(zhì)量控制標準［S］.北京:中國建筑工業(yè)出版社，2011.(GB 50164—2011，Standard for Quality Control of Concrete［S］.Beijing:China Architecture ＆ Building Press，2011.(in Chinese))

［3］GB/T 50107—2010，混凝土強度檢驗評定標準［S］.北京:中國建筑工業(yè)出版社，2010.(GB/T 50107—2010，Standard for Evaluation of Concrete Compressive Strength［S］.Beijing:China Architecture ＆ Building Press，2010.(in Chinese))

［4］DL/T 5144—2001，水工混凝土施工規(guī)范［S］.北京:中國電力出版社，2002.(DL/T 5144—2001，Specifications for Hydraulic Concrete Construction［S］.Beijing:China Electric Power Press，2002.(in Chinese))

［5］A·M·內(nèi)維爾.混凝土的性能(原著第四版)［M］.劉數(shù)華，冷發(fā)光，李新宇，等譯.北京:中國建筑工業(yè)出版社，2011:464－467.(NEVILLE A M.Properties of Concrete(Fourth Edition)［M］.Translated by LIU Shuhua，LENG Fa-guang，LI Xin-yu，etal.Beijing:China Architecture ＆ Building Press，2011:464－467.(in Chinese))

［6］DL/T 5330—2005，水工混凝土配合比設(shè)計規(guī)程［S］.北京:中國電力出版社，2009.(DL/T 5330—2005，Code for Mix Design of Hydraulic Concrete［S］.Beijing:China Electric Power Press，2009.(in Chinese ))