混凝土质量控制和配合比计算

五、混凝土质量控制混凝土生产中的质量波动是客观存在的，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。在混凝土施工过程中，原材料、施工养护、试验条件，气候因素的变化，均可能造成混凝土质量的波动，影响到混凝土和易性、强度和耐久性。由于强度是混凝土的主要技术指标，其他性能可从强度得到间接反映，故以强度为例分析波动的因素。(一)混凝土质量波动的原因原材料的质量波动。砂细度模数和级配，粗骨料最大粒径和级配，超逊径含量，骨料含泥量，骨料含水量，水泥强度，外加剂质量等。施工和养护引起的混凝土质量波动。计量，混凝土搅拌时间和运输时间长短，振捣时间长短，浇水养护时间，气温和湿度变化等。试验条件变化引起的混凝土质量波动。取样代表性，成型质量，试件的养护条件变化，试验机自身误差以及试验人员操作的熟练程度等。由于混凝土的抗压强度与混凝土其它性能有相关性，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。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。用数理统计方法可求出几个特征统计量:强度平均值、强度标准差(σ)以及变异系数(Cv)。强度标准差越大，说明强度的离散程度越大，混凝土质量愈不均匀。也可用变异系数来评定，值越小，混凝土质量愈均匀。我国《混凝土强度检验评定标准》GB107-1987根据强度标准差的大小，将混凝土生产单位的质量管理水平划分为“优良”、“一般”及“差”三等。混凝土强度等级＜C20≥C20生产单位生产管理水平优良一般差优良一般差强度标准差预拌混凝土和预制混凝土构件厂≤3.0≤4.0＞4.0≤3.5≤5.0＞5.0集中搅拌混凝土的施工现场≤3.5≤4.5＞4.5≤4.0≤5.5＞5.5强度等于和高于要求强度等级的百分率P，%≥95≥85≤85≥95≥85≤85用数理统计方法可求出几个特征统计量:强度平均值、强度标准差(σ)以及变异系数(Cv)。强度标准差越大，说明强度的离散程度越大，混凝土质量愈不均匀。也可用变异系数来评定，值越小，混凝土质量愈均匀。（二）混凝土质量（强度）波动的规律混凝土的质量波动符合正态分布规律。由于各种原因，即使在正常的原材料供应和施工条件下，混凝土的强度有时偏高，有时偏低，但总是在配制强度的附近波动。质量控制越严，施工管理水平越高，则波动的幅度越小；反之，则波动的幅度越大。正态分布的特点：1.曲线形态呈钟型，在对称轴的两侧曲线上各有一个拐点。拐点至对称轴的距离等于1个标准差。2.曲线以平均强度为对称轴两边对称。3.曲线与横座标之间围成的面积为总概率，即100%。4.曲线越窄、越高，表明混凝土匀质性好，施工管理水平高。若曲线宽且矮，施工管理水平差。因此从概率分布曲线可以比较直观地分析混凝土质量的波动情况。对同一种混凝土进行系统的随机抽样，测试结果表明其强度的波动规律符合正态分布。可用两个特征统计量——强度平均值和强度标准差(σ)作出描述。强度平均值对应于正态分布曲线中的概率密度峰值处的强度值，即曲线的对称轴所在之处。故强度平均值反映了混凝土总体强度的平均水平，但不能反映混凝土强度的波动情况。NiicuNcucucumcufNfffNf1,,2,1,,1)(1强度标准差（又称均方差）强度标准差是正态分布曲线上两侧的拐点离开强度平均值处对称轴的距离，它反映了强度离散性（即波动）的情况。σ值越大，强度分布曲线越矮而宽，说明强度的离散程度较大，反映了生产管理水平低下，强度质量不稳定。1)(12,,NffNimcuicuA混凝土的强度质量比B混凝土的稳定，生产管理水平也更高。变异系数由于混凝土强度的标准差随强度等级的提高而增大，故也可采用变异系数(CV)作为评定混凝土质量均匀性的指标。变异系数愈小,表示混凝土质量愈稳定；变异系数值大，则表示混凝土质量稳定性差。vSCx强度保证率除混凝土强度质量的稳定性之外，还须考虑符合设计要求的强度等级的合格率，即强度保证率。是指在混凝土强度总体中，不小于设计要求的强度等级标准值（fcu,k）的概率P(％)。强度正态分布曲线下的面积为概率的总和，等于100％。221()2ttPtedtmcumcukcumcukcufCvfffft,,,,,P：强度保证率t：概率度，或称为保证率系数混凝土设计强度等级如混凝土配合比设计规范中规定，为使混凝土实际平均强度大于等于设计强度等级的保证率达到95%以上，此时相应的保证率系数t=1.645，则在配置混凝土过程中：t0.000.500.800.841.001.041.201.281.401.501.60P（%）50.069.278.880.084.185.188.590.091.993.394.5t1.6451.701.751.811.881.962.002.052.332.503.00P（%）95.095.596.096.597.097.597.798.099.099.499.87标准正态分布概率,,,1.645cuhcukcukfftf（三）混凝土质量控制混凝土质量控制的目标是使所生产的混凝土能按规定的保证率满足设计要求。三个过程混凝土生产前的初步控制。人员、设备、组成材料的检验及配合比的确定与调整等。混凝土生产过程中的控制。称量、搅拌、运输、浇筑、振捣及养护等。混凝土生产后的合格性控制。批量划分，批取样数，检测方法和验收界限等。（四）混凝土强度检验评定按照《混凝土强度检验评定标准》GB107-1987进行，有统计法和非统计法两种方法。1、组批同强度等级、龄期、生产工艺、配合比施工现场还应按单位工程的验收项目划分。2、取样每100盘，不超过100m3，不少于1次；每工作班，少于100盘，不少于1次。1块？1组？几组？3、每组试件的取值1）抗压强度取三个试件的算术平均值；2）3个测值中如有1个与中间值的差值超过中间值的15%时，则取中间值作为该组试件的抗压强度值；3）如有2个测值与中间值的差均超过中间值的15%，则该组试件的试验结果无效。4、尺寸换算系数边长200mm，1.05边长150mm，1.00边长100mm，0.955、统计法1）混凝土的生产条件在较长时间内能保持一致，且同一品种混凝土的强度变异性能保持稳定时，应由连续的三组试件代表一个验收批，强度要求如下：fcu,m≥fcu,k+0.7fcu,min≥fcu,k-0.7且fcu,min≥0.85fcu,k，强度等级不高于C20fcu,min≥0.9fcu,k，强度等级高于C20同一验收批混凝土强度的平均值设计的混凝土强度的标准值验收批混凝土强度的标准差同一验收批混凝土强度的最小值验收批混凝土强度的标准差，应根据前一检验期内同一品种混凝土试件的强度数据确定。△fcu,i：前一检验期内第i验收批混凝土试件中强度的最大值与最小值之差；m：前一检验期内验收批总批数（三个月内，不少于15批）。miicufm1,059.02）混凝土的生产条件不能满足上述条件的规定时，或在前一检验期内的同一品种混凝土没有足够的强度数据用以确定验收批混凝土强度标准差时，由不少于10组的试件代表一个验收批，强度要求如下：。fcu,m-λ1Sfcu≥0.9fcu,kfcu,min≥λ2fcu,kSfcu：验收批混凝土强度的标准差，当的计算值小于0.06fcu,k时，取=0.06fcu,k；λ1、λ2：合格判定系数试件组数10～1415～24≥25λ11.71.651.60λ20.90.851)(12,,NffSNimcuicufcu6、非统计法对零星生产的预制构件或现场搅拌批量不大的混凝土，可采用非统计方法评定，验收批强度要求如下：fcu,m≥1.15fcu,kfcu,min≥0.95fcu,k7、当对混凝土的试件强度代表性有怀疑时，可采用钻取芯样或其他非破损检验方法，推定结构、构件混凝土强度，作为是否应进行处理的依据。六、混凝土配合比设计（一）混凝土配合比设计的基本要求1、混凝土拌合物须具有与施工条件相适应的和易性。2、满足混凝土结构设计的强度等级。3、具有适应所处环境条件下的耐久性。4、在保证上述三项基本要求前提下的经济性。（二）混凝土配合比设计的依据1、混凝土配合比设计基本参数的确定水灰比（W/C）、单位用量（W0）和砂率（Sp）三个基本参数是达到混凝土配合设计的四项基本要求的关键。2、三个参数的确定原则1）水灰比水灰比：根据强度和耐久性确定。原则：满足混凝土设计强度和耐久性的基础上，选用较大水灰比，以节约水泥，降低混凝土成本。2）单位用水量单位用水量：根据施工和易性确定。原则：满足施工和易性的基础上，按坍落度要求和粗骨料品种、最大粒径尽量选用较小的单位用水量，以节约水泥。因为当W/C一定时，用水量越小，所需水泥用量也越少。3）砂率砂率：根据混凝土和易性、强度和耐久性确定。原则：砂子的用量填满石子的空隙略有富余。应尽可能选用最优砂率，并根据砂子细度模数、坍落度要求等加以调整，有条件时宜通过试验确定。（三）混凝土配合比设计计算的材料基准1、混凝土配合比设计以计算1m3混凝土中各材料用量为基准；2、骨料以干燥状态为基准。所谓干燥状态的骨料系指细骨科含水率小于0.5％，粗骨料含水率小于0.2％。3、如果以饱和面干骨科为基准进行计算时，则应作相应的修改。（四）混凝土配合比设计方法和原理体积法（绝对体积法）重量法（假定表观密度法）1、体积法基本原理体积法的基本原理为混凝土的总体积等于砂子、石子、水、水泥体积及混凝土中所含的少量空气体积之总和。Vh=Vw+Vc+VS+Vg+VkVh、Vc、Vw、Vs、Vg、Vk：混凝土、水泥、水、砂、石子、空气的体积可以写成C0、W0、S0、G0：1m3混凝土中水泥、水、砂、石子的质量（kg）；ρw、ρc、ρs、ρg：水、水泥的密度，砂、石子的表观密度（g/cm3）；10α：混凝土中空气体积；α：混凝土含气量百分率（%），在不使用引气型外加剂时，取α=1。100010GSWCVVVVVVgosowocokgScwh2、重量法基本原理混凝土的总重量等于各组成材料重量之和。当混凝土所用原材料和三项基本参数确定后，混凝土的表观密度（即1m3混凝土的重量）接近某一定值。可预先能假定出混凝土表观密度ρ0h，在2350～2450kg/m3之间。C0、W0、S0、G0：1m3混凝土中水泥、水、砂、石子的质量（kg）；)m1(GSWC3hooooo（五）混凝土配合比设计初步计算配合比根据原始技术资料调整获得满足和易性要求基准配合比强度和耐久性满足设计要求试验室配合比砂、石料含水率换算成施工配合比1、配合比设计步骤1）确定混凝土配制强度（1）当生产单位或施工单位具有统计资料时，σ可根据实际情况自行控制取值，但强度等级小于等于C25时，不应小于2.5MPa；当强度等级≥C30时，不应小于3.0MPa；（2）当无统计资料和经验时：645.1,,kcutcuff混凝土设计强度等级＜C20C20～C50＞C50σ（MPa）4.05.06.02）确定水灰比碎石：αa=0.46，αb=0.07卵石：αa=0.48，αb=0.33Kc水泥强度等级富余系数，一般取1.05～1.15。如水泥已存放一定时间，则取1.0；如存放时间超过3个月，或水泥已有结块现象，可能小于1.0，必须通过试验实测。maxcebat,cucea)CW(fffCW小于且应k,ceccefKfbceat,cuWCff3）确定混凝土拌和用水量W0（查表得到???）项目指标卵石最大粒径（mm）碎石最大粒径（mm）102031.540162031.540坍落度（mm）10～3035～5055～7075～90190200210215170180190195160170180185