混凝土強度的"真"不合格與"假"不合格

        應用預拌混凝土的工程，當需方向供方反映現(xiàn)場成型的試件抗壓強度或非破損、半破損檢測強度不合格時，供方如何說明或證明所供應的混凝土是合格的，是一件很麻煩的事。實際上這是一個存在“真”和“假”的問題。無論真不合格還是假不合格，對于供方來說，都是一件急需處理而又棘手的問題，棘手主要源于弱勢地位。真不合格自會經權威專家論證，并作出處理；但“假”不合格的原因也很多，如果處理方法不當，供方就會承受不白之冤。

　　按《預拌混凝土》GB/T14902-2012標準規(guī)定，預拌混凝土強度的驗收是以標準養(yǎng)護試件為依據(jù)。因此，本文中所述的“真不合格”系攪拌站原因造成的，如原材料、配合比及生產等環(huán)節(jié)控制不嚴。而“假不合格”則是指新拌混凝土本身無質量問題，是由于澆筑振搗、養(yǎng)護、現(xiàn)場試件管理、檢驗設備與方法等存在問題而造成的。假不合格雖然不是攪拌站的責任，但一定會受到牽連，所發(fā)生的損失往往遠比需方還要大?，F(xiàn)就造成真不合格和假不合格的原因分析如下：

　　混凝土強度“真”不合格原因分析

　　混凝土抗壓強度不足必將影響結構的承載能力，如果不進行合理的處理，可能就會影響結構安全。引起真不合格的常見原因有：

　　原材料質量差

　　水泥質量不良

　?。?）水泥的實際強度。

　　水泥的實際強度不可能很穩(wěn)定，質量控制得好的生產企業(yè)波動小，但質量控制較差的生產企業(yè)其28d 實際強度波動很大，偶爾會出現(xiàn)相差10MPa以上的情況，直接影響到混凝土強度的穩(wěn)定性，甚至造成強度不足。

　　（2）水泥的安定性不合格。

　　其主要原因是：水泥熟料中的游離氧化鈣（CaO）和氧化鎂（MgO）含量過多或摻入的石膏含量過多造成。CaO、MgO經過高溫煅燒后均呈現(xiàn)“過燒”狀態(tài)，水化十分緩慢，嚴重時能使水泥石開裂。當石膏含量過多時，在水泥已經硬化后，它還會與固體的水泥鋁酸鈣反應生成高硫型水化硫鋁酸鈣，體積約增大1.5倍，引起水泥石開裂。需要注意的是有些安定性不合格的水泥所配制的混凝土表面雖無明顯裂縫，但強度極度低下。

　　骨料質量不良

　　（1）石子強度低。當石子強度低于混凝土配制強度時，導致混凝土強度不足。

　?。?）人工砂的總壓碎值大。人工砂的總壓碎值對混凝土強度有明顯影響，使用總壓碎值在30%和15%的兩種人工砂配制混凝土，前者比后者混凝土強度約低3～4MPa。

　　（3）骨料中含泥量大、泥塊含量大、有害物質含量高、海砂中貝殼含量多、粗骨料中針片狀顆粒含量大等，使混凝土強度下降。

　?。?）石子體積穩(wěn)定性差。有些由多孔燧石、頁巖、帶有膨脹粘土的石灰?guī)r等制成的碎石，在干濕交替或凍融循環(huán)作用下，常表現(xiàn)為體積穩(wěn)定性差，而導致混凝土強度下降。

　　拌合水質量不合格

　　拌合水中有機雜質含量高，或者使用污水、工業(yè)廢水拌制混凝土，都會造成混凝土強度下降。

　　外加劑質量不合格或組成配比不當

　　目前，混凝土外加劑產品市場競爭激烈，價格戰(zhàn)的結果就使原材料以次充好的現(xiàn)象時有發(fā)生，用戶過分追求降低價格也是原因之一。

　　外加劑的組成配比不當：在防凍劑中，防凍組成數(shù)量不足；在泵送劑或緩凝減水劑中，緩凝劑的用量過大或羥基羧酸鹽緩凝劑未隨使用溫度的升降而增減；早強劑用量過大，配比不當?shù)龋紩斐苫炷翉姸认陆怠?/p>

　　混凝土配合比及生產控制不當

　　混凝土配合比是決定強度的重要因素之一，其中水膠比的大小直接影響混凝土強度，其他如用水量、砂率、漿骨比等也影響混凝土的各種性能，從而造成強度不足。

　?。?）用水量加大。未及時測定骨料含水率，并按測定的含水率調整生產配合比。

　?。?）未對配合比進行試驗試配驗證，隨意套用配合比。

　?。?）外加劑超摻嚴重，會造成混凝土強度永久性不足。同樣，摻量少也會降低混凝土強度，特別是有減水功能的外加劑，如泵送劑、減水劑等，由于摻量的減少，往往會增加水的用量，從而造成混凝土強度不足。

　?。?）計量裝置失準，生產配合比嚴重失控，造成混凝土強度不足。

　?。?）攪拌時間太短或過長，造成混凝土不勻。

　　造成混凝土強度“假”不合格的原因分析

　　造成混凝土強度“假”不合格的原因主要有：需方方面的、檢測設備與方法方面的、抽樣代表性方面和思維觀念方面的等。

　　需方原因

　　（1）個別需方動機不純，拿出不合格虛假報告或根本不出示報告，但以強度不合格作為欠帳的理由，或提出扣除部分貨款。

　?。?）澆筑時隨意往混凝土中加水、振搗不實、模板漏漿嚴重等。

　?。?）對澆筑的混凝土養(yǎng)護不當，如早期缺水干燥，受凍等。

　?。?）試塊管理不善：

　　許多施工現(xiàn)場沒有設置標準養(yǎng)護室，或有養(yǎng)護室，但溫濕度達不到規(guī)定要求。

　　有的需方試件成型后露天放置幾天后才脫模，或試件脫模后隨便找個地方“養(yǎng)護”，有些試件被撞壞，造成強度偏低。

　　有的需方試件成型人員不按規(guī)定制作試件，振搗不實；有的試模尺寸不符合規(guī)定要求。

　　檢測設備與方法

　　采用回彈法檢測結構實體混凝土強度

　　近年來，采用回彈法檢測結構實體混凝土強度而引發(fā)的問題和糾紛越來越多，矛盾十分突出；在多數(shù)情況下，主要依靠潛規(guī)則解決由回彈法引起的“不合格”，回彈法已成為我國建筑行業(yè)的熱點問題。

　　回彈法有一定的局限性，精度不高，因此未能成為世界各國公認合理的方法。目前，公認最接近結構實體混凝土強度的是同條件養(yǎng)護試件強度。雖然主編單位已對JGJ/T23-2001標準進行了修訂，并經批準發(fā)布了新標準JGJ/T23-2011。但是，回彈推定強度偏低誤差大現(xiàn)象依然存在，新標準并沒有解決根本問題。因此，回彈法仍是公正性極差的檢測方法，所帶來的矛盾和糾紛必將繼續(xù)。

　　由于介紹回彈法檢測的文章較多，其公正性、科學性和先進性屢遭質疑。因此，本文此處其他方面不再敘述，只重復一下本人對回彈儀精度問題觀點：

　　目前，我國常用于檢測結構或構件混凝土強度的回彈儀，系標準能量為2.207J，示值系統(tǒng)為指針直讀式的中型回彈儀。按規(guī)程要求，回彈儀在工程檢測前后，應在鋼砧上作率定試驗，率定時平均值80±2為符合要求。懂回彈檢測的技術人員都知道，率定值偏高或偏低將直接影響到結構實體混凝土回彈硬度值，假如使用率定時平均值分別為82和78的兩臺回彈儀對混凝土結構進行回彈檢測，到底回彈硬度值相差有多大？假如相差3個回彈值，其推定強度則相差5～7MPa，如果再加上率定回彈儀用的鋼砧（洛氏硬度HRC為60±2）的偏差，兩者疊加時，那誤差就更大了。因此，回彈儀的精度對推定強度有明顯的影響，存在較大的誤差，僅回彈儀精度問題，就可造成所謂的“合格”與“不合格”生死之別。

　　鉆芯法檢測混凝土強度

　　這種方法有一定的可信度，但仍有一定的局限性。芯樣強度并不完全代表結構實體中的混凝土強度。因為鉆芯過程中會對芯樣造成干擾和傷害。這種傷害的積累將降低芯樣的實際強度，對高強混凝土尤為明顯。此外，鉆取的芯樣在試驗前要磨平端面或進行坐漿處理，操作誤差也將影響試驗結果，如芯樣試件的直徑、平整度、垂直度等偏差大，導致芯樣抗壓強度比實際結構強度低20%～30%很正常；且操作復雜，成本高，傷害結構和芯樣試件。因此，鉆芯一般僅作復核、校準之用，難以作為普遍推行的方法。

　　試驗機對抗壓強度的影響

　　長期以來，人們總習慣將影響混凝土強度的不確定因素歸結為混凝土本身的離散性，往往忽略了試驗機對抗壓強度的影響，事實上試驗機由于本身各種特征的差異，對于混凝土強度試驗結果具有很大影響。質量相同的試件在不同試驗機上試驗，強度差異有時可達20% 以上；即使是同一臺試驗機，試驗結果也有相當波動，差異不但體現(xiàn)在強度大小上，有時試件的變形破壞模式也有所不同。

　　球座的影響

　　試驗機設置球座的目的，在于保證在試驗加荷以前，即試件表面和端板逐步接近但還未接觸的調整準備期間，有一個端板可以自由旋轉，以補償試件兩面不夠平行的缺點，均勻地對整個表面加荷。為保證旋轉自由，球座一般設置在上承壓板上，這樣可以減少或消除摩擦力。

　　通常認為，球座的自由旋轉只應以初始一段準備期為限。一旦試件受力開始試驗，從某一相對低荷開始，球座應被有效制動，不再旋轉。此時應要求兩端板無旋轉地相對平行接近靠攏。在使用某些潤滑劑的條件下，早期的摩擦力可能大到足以妨礙自由旋轉，而后期有不足以有效地制動，鎖住球座。球座對于強度指標及斷裂破壞模式具有重大影響，關鍵問題是球座傾側、旋轉的自由程度如何。球座的表現(xiàn)不但和潤滑劑關系密切，并且還和面積大小、接觸形式、表面加工拋光、接觸面半徑等許多因素有關。如果球座旋轉的自由程度失常，球座發(fā)生一定傾側不能自動找平，試件的一個側面出現(xiàn)過度壓壞，所產生的試驗結果誤差較大，且很難確定，這與上、下承壓板的平面平行度差距有關。由于試件本身內在不均勻（如沉降分層）的影響，使得這一誤差進一步復雜起來。

　　偏心率的影響

　　試件安裝時很難做到完全對中，多少總存在一些偏心。即使試件和試驗機相對位置能較好對正，而試驗機各部件在對中方面也未必十分理想。偏心率產生彎曲力矩，導致應力分布不均勻，使試件一側壓碎，是影響強度的重要因素。對中不良的影響實際上并不單方面由安放試件偏心率決定，而和試驗機特點有關。

　　球座經過良好潤滑或不加潤滑表現(xiàn)不同，會在強度上造成巨大差別。在球座有良好潤滑的條件下，當球座中心與試件中和軸重合時，強度最大。

　　抽樣檢驗

　　為確定產品是否合格，必須進行檢驗。檢驗方式可分為逐個檢驗和抽樣檢驗兩種?；炷涟韬衔锸且环N塑性材料，其性能的檢驗只能采用抽檢的方式進行。

　　混凝土的勻質性很差，體系復雜，具有微結構的不確知性和性能的不確定性。因此，欲使抽樣更接近于真值，必須增加抽樣數(shù)量，抽樣數(shù)量越多，代表性越好。對于某一結構混凝土來講，為使抽樣具有一定的代表性，強度的抽樣數(shù)量一般不少于10組。過少數(shù)量則很難代表混凝土的整體強度，其錯判概率相當大。但在實際操作中又不可能抽取大量試樣，這就勢必影響檢驗結果的代表性，造成過失誤差也就在所難免，特別是同一檢驗批只成型1 組混凝土試件時, 更容易造成“假”不合格問題的發(fā)生。

　　另須注意的是，在抽樣檢驗制作試件時，應測量試模是否符合《混凝土試?！稪G3019 標準中技術要求的規(guī)定。有些小制造廠生產的試模存在質量問題，根本達不到標準技術指標要求，檢測人員在試驗前也沒有測量試件尺寸的習慣。因此，當發(fā)生試件不合格時，無法提供可追溯性的分析依據(jù)。

　　不正確的思維觀念

　　根據(jù)《混凝土強度檢驗評定標準》GB/T50107的規(guī)定，混凝土強度的驗收是按“批”而不是按“組”評定的。但遺憾的是，仍有許多施工單位或工程監(jiān)理按試件“組”的方式來確定合格與否，因此不允許試件28d強度有低于強度標準值100%的情況出現(xiàn)，甚至要求必須達到115%以上；還有要求7d強度就必須達到100%的情況，否則就要找攪拌站說事。這是一種錯誤的觀念, 不僅不符合評定標準要求，而且與JGJ55 規(guī)程也不相符。

　　無論是GB/T50107標準還是JGJ55規(guī)程，所考慮的強度合格概率都是95%，而非100%。有少量試件組的強度代表值小于標準值完全是有可能的，也是正常的。只要其大于最小值的驗收界限，該驗收批仍可評定為合格。我國現(xiàn)行行業(yè)標準《普通混凝土配合比設計規(guī)程》JGJ55中，規(guī)定混凝土的配制強度為：

　　fcu,o ≥ fcu,k+ 1.645σ

　　式中 fcu,o——混凝土配制強度（MPa）；

　　fcu,k——混凝土立方體抗壓強度標準值（MPa）；

　　σ——混凝土強度標準差（MPa）。

　　式中1.645是與合格概率相對應的系數(shù)，即合格概率為95%，這同世界大部分發(fā)達國家是一致的。關于系數(shù)與合格概率的關系，見表1。

　　表1 系數(shù)值與合格概率的關系

　　從表1中可以看出，幾乎不允許一組試件出現(xiàn)不合格的合格概率為99%，相對應的系數(shù)為2.33。合格概率的提高將增加混凝土成本，在一般情況下不宜過分提高合格概率。

　　舉個例子：混凝土立方體抗壓強度標準值為40MPa，強度標準差為4.0MPa，按系數(shù)1.645和2.33計算混凝土配制強度可知：系數(shù)1.645的配制強度為46.6MPa；系數(shù)2.33 的配制強度為49.3MPa。后者比前者高2.7MPa，約需提高膠凝材料用量20kg/m3左右，否則必須提高外加劑摻量，適當降低水膠比后才能實現(xiàn)。因此，提高合格概率顯然存在“強度第一”的觀念，帶來的結果則是水化熱增大、流變性能變差（和外加劑的相容問題）、抗化學腐蝕性下降、收縮增大、開裂敏感性增加對混凝土耐久性產生不良影響。

　　清華大學廉慧珍教授指出：“大量的科學試驗和實踐證明，混凝土高強不一定耐久，也不一定安全，抗壓強度高其它性能未必也高。好的混凝土應是滿足工程的各項性能要求和具有最大勻質性、體積穩(wěn)定而無有害裂縫、便于施工的高性能混凝土。要轉變“強度第一”的觀念，充分認識到混凝土質量的靈魂是耐久性”。

　　結語

　　建筑工程“百年大計，質量第一”。為杜絕混凝土強度發(fā)生真不合格，供方必須加強質量管理，嚴格按有關規(guī)定進行原材料的進場檢驗，優(yōu)化混凝土配合比，嚴格控制混凝土生產過程質量，保證交付的混凝土拌合物滿足設計和施工要求。發(fā)生混凝土強度“假”不合格的原因較多，當發(fā)生時，相關人員應充分調查了解，綜合分析，不應盲目處理，防止發(fā)生錯判漏判而造成不必要的浪費和損失。為預防假不合格問題的發(fā)生，供方技術人員在平時的工作中，應加強與需方相關技術人員的溝通與交流，盡力減少假不合格所帶來的不良后果。