水工混凝土28d龄期强度控制范围确定方法探讨

郭文康，王述银，兰道银

(长江科学院工程质量检测中心，武汉 430010)

1 研究背景

水工混凝土是指用于水工建筑的混凝土，水工建筑物一般体积较大，相应的混凝土块体尺寸也较大，通常称为水工大体积混凝土［1］。为了避免由于温度的变化产生膨胀或收缩变形而产生温度应力，导致大体积混凝土产生温度裂缝，因此，水工大体积混凝土配合比设计时一般采取如下方法加以控制:①大掺量粉煤灰、磷渣等掺合料，最高掺量可高达60%左右;②选用中热、低热或低热矿渣硅酸盐水泥;③施工过程中控制浇筑温度，采取温控措施等。

由于大掺量粉煤灰、磷渣等掺合料混凝土和选用中热、低热或低热矿渣硅酸盐水泥混凝土均具有早龄期(28 d龄期之前)强度较低、后期强度增长率大的特点，为了充分发挥各种材料的特性并达到温控防裂的效果，水工大体积混凝土大多选择90d，180d甚至365 d等长龄期作为设计龄期。目前，国内关于水工大体积混凝土生产质量控制水平的标准和规范主要有:国家标准《混凝土质量控制标准》(GB 50164—2011)［2］、《混凝土强度检验评定标准》(GB/T 50107—2010)［3］和水工行业标准《水工混凝土施工规范》(DL/T 5144—2001)［4］。上述标准均采用按照标准方法制作和养护的边长为150mm的立方体试件，用标准试验方法测得的28 d龄期抗压强度作为混凝土生产质量控制水平的评定标准值。因此，依据上述标准或规范水工长龄期混凝土的生产质量控制水平仍需选用28d龄期标准值进行评定，但目前国内尚未出台关于水工长龄期混凝土28 d龄期抗压强度标准值确定方法，各工程应用过程中28 d龄期抗压强度标准值的确定方法也不尽相同，为满足水工长龄期混凝土生产质量控制需要，亟待探讨相关确定方法指导工程实践。

中国西南部某大型水电站导流洞工程P·LH 42.5低热硅酸盐水泥C9030和C9040混凝土总量约100万m3，为加强混凝土生产质量管理与控制，提高低热水泥混凝土生产水平，依据国内相关标准，探讨了C9030和C9040强度等级28 d龄期抗压强度标准值，并提出了相应的28 d龄期强度控制指导范围。

2 探讨内容

2.1 28 d龄期抗压强度标准值确定方法

由混凝土的抗压强度随龄期增长的特性可知，在水泥、水、粉煤灰、砂石骨料、外加剂等材料品种及用量一致的情况下，混凝土试件各龄期抗压强度的增长规律基本相同。因此，在达到一定统计量的条件下，按照混凝土强度增长规律推算出的长龄期混凝土28 d龄期抗压强度推算值，经适当修正后便可作为水工长龄期混凝土28 d龄期标准值。基于上述观点，建议采用如式(1)计算公式推算水工长龄期混凝土28 d标准值。

2.2 28 d龄期抗压强度控制范围确定方法

水工长龄期混凝土28 d龄期抗压强度的波动直接影响其后期强度的稳定性，为加强长龄期混凝土生产的质量控制水平，指导工程应用实践，本文探讨了确定水工长龄期混凝土28 d龄期抗压强度控制范围的方法。

A·M·内维尔《混凝土的性能》［5］指出，混凝土试件强度分布规律满足一种典型分布——正态分布或高斯分布，且其假设足以接近真实情况。如图1所示，在2σ和3σ(σ为混凝土强度统计标准方差)范围内，即概率度系数分别为2.0和3.0时混凝土抗压强度保证率可达97.7%和99.9%［5－6］。

图1 正态分布曲线，在所示的一个标准方差距内的混凝土试件百分率［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，混凝土配合比设计时，当选择概率度系数为3.0计算混凝土配置强度时，按照正常混凝土生产质量控制水平，基本上能够保证所有生产的混凝土试件强度均满足设计强度等级要求。因此，水工长龄期混凝土28 d龄期立方体抗压强度控制上限可根据设计龄期立方体抗压强度标准值，按照式(2)进行计算;为确保所生产的混凝土试件均能满足设计强度等级要求，水工长龄期混凝土28 d龄期立方体抗压强度控制下限，可根据混凝土设计龄期立方体抗压强度标准值，按照式(3)进行计算，即根据设计龄期抗压强度标准值及其强度增长系数直接反推计算。

表1 导流洞低热水泥混凝土配合比设计参数Table 1 Designed mix parameters of low heat Portland cement concrete of diversion tunnel

3 实际工程混凝土数值统计及计算结果

中国西南部某大型水电站导流洞工程C9030和C9040泵送混凝土总量约100万m3，为控制大体积混凝土的绝热温升，减少温度裂缝，混凝土均采用P·LH42.5低热硅酸盐水泥并掺加Ⅰ级粉煤灰(掺量为25%)。混凝土主要设计参数列于表1。

由于采用P·LH42.5低热硅酸盐水泥和掺粉煤灰生产的混凝土均具有绝热温升低、早期强度低后期强度增长快的特点，混凝土配合比设计时一般采用90，180d龄期作为设计龄期。

3.1 28 d龄期抗压强度标准值

根据该工程现有C9030和C9040泵送混凝土抗压强度数据资料，计算其28 d和90d抗压强度平均值、抗压强度增长系数A和抗压强度增长系数的倒数a，计算结果列于表2。

表2 混凝土立方体抗压强度增长系数统计分析结果Table 2 Statistical analysis results of the growth factor of concrete’s compressive strength

根据室内配合比研究试验成果计算得到修正常数b，并将计算所得的参数a和b以及 fcu，k代入式(1)计算28 d龄期混凝土立方体抗压强度标准值。修正常数及28 d龄期立方体抗压强度标准值计算结果列于表3。

表3 混凝土28 d龄期立方体抗压强度标准值计算结果Table 3 Calculated results of the standard value of compressive strength of 28d-age concrete

从表3可知，C9030和C9040低热硅酸盐水泥混凝土28 d龄期立方体抗压强度标准值可分别选用21MPa和26MPa。

3.2 28 d龄期抗压强度控制范围

根据表1所列混凝土强度标准差σ和表2所列的抗压强度增长系数的倒数a，对导流洞工程使用的C9030和C9040低热硅酸盐水泥混凝土28 d龄期立方体抗压强度控制范围按式(2)和式(3)进行了计算。计算结果列于表4。

表4 混凝土28 d龄期立方体抗压强度控制范围计算结果Table 4 Calculated results of the control range of compressive strength of 28d-age concrete

从表4可知，为不断提高长龄期混凝土拌和生产质量控制水平，保证混凝土生产系统生产出满足混凝土强度等级要求且质量稳定可靠，建议C9030和C9040低热硅酸盐水泥混凝土生产时混凝土试件立方体抗压强度控制范围可分别选择为20～28MPa和26～36MPa。

4 结论

通过理论分析与工程应用相结合，本文探讨了水工长龄期混凝土28d龄期立方体抗压强度标准值和控制范围的确定方法，主要结论如下:

(1)水工长龄期混凝土28 d龄期立方体抗压强度标准值可根据混凝土强度增长系数可按照计算式(1)进行计算确定;

(2)水工长龄期混凝土28d龄期立方体抗压强度控制范围建议根据混凝土强度标准偏差及强度增长系数按式(2)和式(3)进行计算。

［1］杨华全，李文伟.水工混凝土研究与应用［M］.北京:中国水利水电出版社，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，混凝土质量控制标准［S］.北京:中国建筑工业出版社，2011.(GB 50164—2011，Standard for Quality Control of Concrete［S］.Beijing:China Architecture ＆ Building Press，2011.(in Chinese))

［3］GB/T 50107—2010，混凝土强度检验评定标准［S］.北京:中国建筑工业出版社，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，水工混凝土施工规范［S］.北京:中国电力出版社，2002.(DL/T 5144—2001，Specifications for Hydraulic Concrete Construction［S］.Beijing:China Electric Power Press，2002.(in Chinese))

［5］A·M·内维尔.混凝土的性能(原著第四版)［M］.刘数华，冷发光，李新宇，等译.北京:中国建筑工业出版社，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，水工混凝土配合比设计规程［S］.北京:中国电力出版社，2009.(DL/T 5330—2005，Code for Mix Design of Hydraulic Concrete［S］.Beijing:China Electric Power Press，2009.(in Chinese ))