摘 要:安全界限是《普通混凝土配合比设计规程》中对混凝土质量管理的要求,是在设计强度的基础上额外增加的一个强度。介绍了安全界限对混凝土施工的影响。在强化管理、满足混凝土质量要求的前提下,降低混凝土生产中的安全界限可以企业的提高经济效益。
关键词:混凝土配制强度;安全界限;经济效益
中图分类号: TU 528. 062 文献标识码:B
引言
JGJ 55—2000《普通混凝土配合比设计规程》中对混凝土配制强度的规定比以前更加科学、严密、合理。为了使确定的混凝土配合比在工程中使用时,其混凝土强度标准值具有≮95 %的强度保证率,在配合比设计时的混凝土配制强度应比设计要求的强度标准值高,配制强度比设计强度高出的值称为安全界限。该规程提出了配制强度的取值及计算方法,从中可以看出,安全界限是与施工质量、管理水平紧密相关的。本文就如何强化管理、降低安全界限、提高经济效益且满足质量要求谈几点认识。
1 混凝土生产中的安全界限
安全界限是指在混凝土设计强度的基础上,额外增加一个强度保证值。它要求混凝土配制强度不但要满足设计强度的要求,还必须超过设计强度并满足安全界限强度的要求。安全界限的大小是根据承包商管理水平的高低、同类混凝土所有的有效试验次数并根据规范确定的,这也是混凝土配制强度所要求的。
1. 1 混凝土配制强度
根据JGJ 55—2000《普通混凝土配合比设计规程》的规定,混凝土配制强度fcu, 0按(1)式确定:
fcu, 0 ≥fcu, k + 1. 645σ (1)
式中: fcu, 0 ———混凝土配制强度,MPa;
fcu, k ———混凝土立方体抗压强度标准值,MPa;
σ———混凝土强度标准差,MPa。
混凝土配合比设计中的安全界限与混凝土强度标准差σ有密切关系,即≥1. 645σ,其中σ由承包商自己来确定。在JGJ 55—2000《普通混凝土配合比设计规程》中,对混凝土强度标准差σ作了如下规定:
(1)对试件的要求:相同周期、相同等级、以标定的相同材料、相同比例、并在相同的环境下,由同一生产厂家生产的试件。计算时,强度试件组数应≮25组。
(2)当混凝土强度等级为C 20和C 25级,其强度标准差计算值< 2. 5 MPa时,计算配制强度用的标准差应取≮2. 5 MPa;当混凝土强度等级≥C 30级,其强度标准差计算值< 3. 0 MPa,计算配制强度用的标准差应取≮3. 0MPa。
(3)混凝土强度标准差由本单位生产水平决定,当无统计资料计算时,其值应按现行的GB 50204《混凝土结构工程施工质量验收规范》的规定取用,一般取4. 0~6. 0MPa,设计强度越高,取值越大。
1. 2 混凝土强度标准差计算
混凝土强度标准差按(2)式计算:
式中: fcu, i ———第i组混凝土试件立方体抗压强度值,MPa;μf
cu ———n组混凝土试件立方体抗压强度平均值,MPa;
n———统计周期内相同等级的试件组数, n≥25组。
1. 3 混凝土强度评定
按JTJ 071—98《公路工程量检验评定标准》的规定,下列情况可以认为混凝土强度合格。
(1)对工程验收批试件n ≥10组时,宜以数理统计法按下述条件评定:
Rn - K1 Sn ≥0. 9R (3)
Rm in ≥K2 R (4)
式中: n———同批混凝土试件组数;
Rn ———同批n组试件强度的平均值,MPa;
Sn ———同批n组试件强度的标准差,MPa;当Sn <0. 06R 时,取Sn = 0. 06R;
R ———混凝土设计强度等级,MPa;
K1 , K2 ———合格判定系数, 依验收批中试件组数确定。10~14 组时, K1 = 1. 70, K2 = 0. 9;15~24组时, K1 = 1. 65, K2 = 0. 85; ≥25组时, K1 = 1. 60, K2 = 0. 85;
Rm in ———本验收批中强度最低的测定值。
(2)试件< 10组时,可用非统计方法按下述条件进行评定:
Rn ≥1. 15R (5)
Rm in ≥0. 95R (6)
故依据JGJ 55—2000《普通混凝土配合比设计规程》的规定,在承包商向监理工程师提供有效的、能证明其安全界限高低的统计资料前,若混凝土的设计强度为C 30,其试配强度应≮38. 2MPa (30MPa +1. 645 ×5MPa = 38. 2MPa) 。
2 混凝土强度的安全界限及其对承包商的影响
监理工程师指定的混凝土强度安全界限的高低与承包商的经济效益、施工质量、施工进度等密切相关。对强度的要求越高,则强度界限就高,对各种材料的质量要求高,造成生产成本上升,而且对验收强度的要求更严,满足不了高强度的要求即认为不合格,直接影响到工程质量的检验确认,从而对施工进度、效益等造成严重影响。工程开始时,安全界限是由承包商积累的同类混凝土的历史资料计算出来的,这些资料必须是由计量认证合的试验室出具且监理工程师同意使用。
工程开始后,安全界限是由承包商的管理水平来确定的,管理水平高,则混凝土强度标准差小,安全界限将很快降至最低点,并保持这个安全界限。如果管理水平低,混凝土强度标准差大,安全界限降下不来,即使开始时比较低,如不注意加强管理,不能保持混凝土生产质量的稳定,安全界限很快又会被监理工程师指定为较安全的高界限。
3 强化企业管理,降低安全界限
3. 1 优化混凝土配合比设计
在进行配合比设计时,通过选择合适的材料、性能好的外掺剂、确定适宜的水泥用量,经反复多次试验方可确定。例如,在国道102线还乡河大桥灌注桩的配合比设计时,根据坍落度要求大、初凝时间长、早期强度要求高的特点,进行了配合比的设计。
材料选择如下:
(1)水泥:宜选用普通硅酸盐水泥,水泥用量为420 kg/m3。
(2)集料:采用中砂,砂率为36 %~41 %。
(3)碎石:粒径控制在5~40 mm。
(4)初凝时间: 255 min。
(5)坍落度: 18~22 cm。
(6)和易性:和易性良好,不得泌水。
(7)外加剂:性能好,价格便宜。
(8)设计混凝土强度等级: C 25。
经过反复试验,最后决定使用P·O 32. 5水泥,用量为420 kg/m3。混凝土配合比调整情况见表1。
水泥用量由第1 个配合比的439 kg/m3 降至420 kg/m3 ,每m3 节约水泥19 kg,每根桩直径为1. 3m,桩长25 m,设计用量33. 18 m3 ,按扩孔率5 %~10 %计算,每根桩节约水泥0. 7 t,共36根桩,节约水泥25. 2 t。
3. 2 加强混凝土生产过程中的设备管理
在混凝土生产过程中,要选用先进的机械设备,并注意日常保养,使之保持良好状态,这对于混凝土生产质量的稳定极其重要。
安全界限的高低与承包商生产批量的强度密切相关。如果设备处于良好状态,则生产的混凝土强度变异小,可最大限度地接近设计配合比强度,由于标准差小,高的安全界限可以很快降至规范要求的最低值。
3. 3 加强试验室的管理工作
在混凝土生产过程中,试验室对质量控制起着非常重要的作用。试验室的工程技术人员应严格按规范组织施工,对进场的各种材料要严格按规范要求进行检测,不合格的材料严禁使用,同时对拌和站的称量系统要定期进行校正。
试验室的另一项重要工作是及时上报有关试验分批强度结果的统计资料,以尽快调整安全界限值。同时应注意保存有效的试验数据,为以后的工程施工积累资料。
3. 4 加强施工现场及施工人员的管理工作
为了保证施工质量,必须增强技术人员、技术工人的责任感和主人翁意识,实行全面质量管理,严格按规范要求组织施工。
3. 5 安全界限的调整
以下是102线还乡河大桥空心桥板安全界限的调整实例。
混凝土设计强度为C 30,在无统计资料的情况下,根据GB 50204—2002《混凝土结构工程施工质量验收规范》的规定,其安全界限为8. 2MPa。设计强度为: 30 + 1. 645 ×5. 0 = 38. 2 (MPa) ;监理批准的配合比为: 1∶1. 30∶2. 65∶0. 45;水泥用量为468 kg/m3 ;水泥强度等级为42. 5MPa。依据上述配合比,进行1个月的施工后,得出如表2所示的统计资料。
计算统计批的标准差σ和变异系数Cv :
安全界限应为:
1. 645σ = 1. 645 ×1. 836 = 3. 0 (MPa)
根据JGJ 55—2000《普通混凝土配合比设计规程》的条件,强度等级为C 30时,强度标准差计算值<3. 0MPa时,安全界限为: 1. 645 ×3. 0 = 4. 9 (MPa) ,调整混凝土配合比的设计强度为: fcu, 0 ≥30 MPa +1. 645 ×3. 0MPa = 34. 9 (MPa)根据以上标准,重新调整配合比为: 1∶1. 49∶3. 03∶0. 48;水泥用量为421 kg/m3。调整后每m3混凝土节约水泥47 kg。
4 结语
在JGJ 55—2000《普通混凝土配合比设计规程》中,混凝土强度标准差σ与安全界限1. 645σ是密切相关的,对标准差σ的规定即是对安全界限1. 645σ的规定。它明确提出了高出设计强度等级较多的强度设计要求,将根据承包商自身的人员、设备、材料等管理水平的高低来确定,而安全界限的高低又直接影响着承包商的经济效益。
确定安全界限的关键在于施工质量和企业保证质量的管理水平,充分体现了管理就是效益。而安全界限的降低必须经过多次批量的生产来实现,是一个循序渐进的过程。承包商必须强化全方位的管理,才能降低安全界限,从而既能保证混凝土的质量,同时又可获得理想的效益。在较低的安全界限得到批准后,可能会由于承包商管理的松懈而重新升高。所以,增强技术人员、技术工人的责任感和主人翁意识,实行全面质量管理,严格按规范要求组织施工,完善企业的管理是一个长期的过程。