某工程混凝土强度在结构工程检测中的评价
2015-03-25
根据现场检测数据，如何对混凝土强度进行科学、准确地推定，关系到工程的验收和加固、改造的质量问题。现场检测混凝土强度的方法主要有钻芯法、回弹法、超声―回弹综合法和后装拔出法，其中最常用的是钻芯修正回弹法。本文结合工程实例，比较几种芯样修正及强度推定方法，并就修正和推定中的一些问题进行探讨。
1 混凝土强度推定的基本概念
（1）检测批。检测批是由基本相同的制造条件、一定时间内制造出来的同种单位产品构成。对这一概念的理解和应用很容易产生误解。一般认为只要是同一型号的产品都可以进入同一检测批。结果使在原材料、施工工艺、设备等不尽相同的条件下产生的产品列入同一检测批，造成最终检测结果的误判。这一概念正确的理解是：在同型号、同原材料、同工艺、同设备条件下、施工时间相近所生产的产品可视为同一检测批。在混凝土强度检测选择检测批时时，要求该检测批的混凝土应是配合比相同、施工工艺及龄期相近、检测方法统一，由一定数量构件构成的检测对象。
（2）样本。按一定程序从检测批中抽取的一组（一个或多个）个体。样本是检测批的一部分，其所包含的数目称为样本大小和样本容量。在混凝土强度检测中，就是我们要进行检测的测区的集合，如检测某一构件的强度，布置 10个测区，可以构成一个样本；布置 100个测区，也可以构成一个样本。样本具有随机性，因此，用样本的统计量反映检测批特征量在数值上是不确定的，但检测准确度总是随着样本容量的增大而提高。选择样本时，首先要求确认测区混凝土属于检测批的一部分，与检测批的混凝土应是配合比相同、施工工艺及龄期相近、检测方法统一；其次，要保证一定的测区数量，以便对检测批的特征值进行准确的估计。
（3）抽样方案。常用的抽样方法有三种，即简单随机抽样，系统随机抽样和分层随机抽样。当抽样样品量较少时，我们采用简单随机抽样；当抽样样品量较大时，我们可采用系统随机抽样；当不同班组（或车间）生产同一型号的产品时，考虑各班组、车间生产的产品质量可能波动,为了取得有代表性的样本，我们采用分层随机抽样方案。抽样数量可根据不同检测方法的相关检测规范规定的要求抽取。
（4）统计量。统计量是根据样本数据计算出来的量，是样本的函数，如样本中混凝土强度的均值、样本方差等。由于统计量是样本的函数，随着样本的变化，其值是变化的，但与样本存在确定的关系，样本一旦确定，统计量也就确定。在混凝土强度检测中，对同一个评定单元，不同检测单位、不同检测人员、选择不同的测区，得到的统计量是不同的。
（5）检测批特征量估计及推定区间。人们要认识客观事物，就需要了解检测批的性质。以数据来表示的检测批特征值是多种多样的，有表示集中程度的均值；也有表示离散程度的方差或标准差。随机抽样不能得到被推定参数的准确数值，只能得到被推定参数的估计值，因此，推定结果应该是一个区间。在混凝土结构工程中，混凝土强度代表值是检测批强度分布函数中具有 95%保证率的特征值，对于一个具体的评定单元，如某一层柱，其混凝土强度代表值应是唯一的客观存在，是一个确定值，在一定的置信水平上应包含在检测给定的推定区间之内。对该层柱混凝土强度的检测，都是利用样本统计量来得到这个确定值的推定值。因此，从理论上来讲，对同一个评定单元，虽然不同检测单位、不同检测人员、选择不同的测区，得到的统计量是不同的，但给定的推定区间应是部分重叠的。
2 混凝土强度的推定实例
（1）工程概况。某工程采用钢筋混凝土结构，共5层，为建设项目的筹建办公室。由于项目一直未建，后为另一建设方收购，改为办公大楼。在把装修装饰层去除后，发现楼板混凝土有多处露筋，工程观感质量较差，工艺粗糙，于是业主委托广东省电力工程质量监督土建检测（后更为：广东精信电力工程质量检测有限公司）进场对混凝土强度进行检测，而后根据检测结果采取加固措施。
（2）检测及推定方法。根据现场具体情况，本工程进行了混凝土强度检测、钢筋保护层厚度检测，钢筋检测、截面尺寸等检测。
下文以1至4层设计强度为C25的混凝土柱就回弹法检测混凝土强度，并在回弹测区内钻取混凝土芯样进行修正进行展开。本批次检测共钻取 50个芯样，对现场检测数据分别按钻芯法、回弹法、钻芯修正回弹法，一一对应修正量法、一一对应修正系数法进行统计推定并进行总结；柱混凝土强度推定结果见表 1。
3 结果综述
从该工程混凝土强度的检测、推定结果得出如下结论：
（1）5种推定方法中单独采用钻芯法的推定结果最低，采用回弹法的推定结果最高，其他 3种方法的推定结果相近，误差在 5%之内。钻芯法的推定结果最低，是由于样本标准差大，与芯样钻取、切割、补平等制备环节的各种不利影响有关；回弹法的推定结果最高，是由于回弹只反映表面特征有关。
（2）钻芯―回弹法推定强度（21.46MPa）是样本具有 95%保证率的特征值，而一一对应修正量法、一一对应修正系数法得到的推定区间为检测批具有 95%保证率的特征值在置信度 90%水平时的接收区间。
从本实例中可以看出，样本特征值 21.46MPa落 在 20.07～21.48MPa和 20.77～21.96MPa区 间之内。
（3）推定区间上限与下限的差值，满足《建筑结构检测技术标准》规定的“不宜大于相邻强度等级的差值和上限与下限算术平均值的 10%两者中较大值”的要求。
（4）根据检测结果、混凝土构件外观质量等情况，建议使用混凝土的强度等级按 C20进行核算。
4 问题与探讨
（1） 现有的结构混凝土强度检测方法中，除钻芯法外，都是间接方法，其测强曲线的准确性依赖于种种条件。由于混凝土材料和施工条件的复杂性，因此，在检测中应尽可能钻取芯样进行修正。
（2）《建筑结构检测技术标准》对推定区间有严格的要求。而根据经验，由于芯样钻取、切割、补平等制备环节中各种不利因素的影响和芯样数量的限制，工程中钻芯法的推定区间不太容易满足《建筑结构检测技术标准》 的相关要求。因此，在进行批量检测时，应优先采用芯样修正回弹法的无损检测方法。
当严格按照 《钻芯法检测混凝土强度技术规程》进行芯样钻取、切割、补平、试压后，得到的推定区间仍不能满足 《建筑结构检测技术标准》的相关要求，有需要采用芯样批评定时，应结合工程具体情况，分析样本是否来自同一个检测批，必要时按照《正态性检验》（GB/T4882）和《正态分布异常值的判断和处理》（GB/T4883）进行处理。
（3）理论上来讲，采用尽可能多的芯样，得到的芯样修正系数更准确，而实际检测中又不可能大量钻取芯样。根据本例分析结果，当芯样数量大于 10个且推定区间满足《建筑结构检测技术标准》的相关要求，修正系数的偏离不超过 5%，能满足准确度要求。
（4）按照《回弹法检测混凝土抗压强度技术规程》JGJ/T23-2001得到的推定强度是样本具有95%保证率的特征值，不同检测单位、不同检测人员、选择不同的测区，得到的结果是不同的，易造成困惑。按照《建筑结构检测技术标准》得到的强度推定区间，是评定单元强度代表值的接收区间，从概念上与相应的设计规范和施工质量验收标准的有关规定也是一致的。
