混凝土標(biāo)號(hào)與強(qiáng)度等級(jí)

長(zhǎng)期以來(lái)，我國(guó)混凝土按抗壓強(qiáng)度分級(jí)，并采用“標(biāo)號(hào)”表征。1987年GBJ107-87標(biāo)準(zhǔn)改以“強(qiáng)度等級(jí)”表達(dá)。DL/T5057-1996《水工混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范》，DL/T5082-1998《水工建筑物抗冰凍設(shè)計(jì)規(guī)范》，DL5108-1999《混凝土重力壩設(shè)計(jì)規(guī)范》等，均以“強(qiáng)度等級(jí)”表達(dá)，因而新標(biāo)準(zhǔn)也以“強(qiáng)度等級(jí)”表達(dá)以便統(tǒng)一稱謂。水工混凝土除要滿足設(shè)計(jì)強(qiáng)度等級(jí)指標(biāo)外，還要滿足抗?jié)B、抗凍和極限拉伸值指標(biāo)。不少大型水電站工程中重要部位混凝土，常以表示混凝土耐久性的抗凍融指標(biāo)或極限拉伸值指標(biāo)為主要控制性指標(biāo)。
過(guò)去用“標(biāo)號(hào)”描述強(qiáng)度分級(jí)時(shí)，是以立方體抗壓強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值的數(shù)值冠以中文“號(hào)”字來(lái)表達(dá)，如200號(hào)、300號(hào)等。

根據(jù)有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定，，混凝土強(qiáng)度等級(jí)應(yīng)以混凝土英文名稱第一個(gè)字母加上其強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值來(lái)表達(dá)。如C20、C30等。

水工混凝土僅以強(qiáng)度來(lái)劃分等級(jí)是不夠的。水工混凝土的等級(jí)劃分,應(yīng)是以多指標(biāo)等級(jí)來(lái)表征。如設(shè)計(jì)提出了4項(xiàng)指標(biāo)C9020、W0.8、F150、εp0.85×10-4,即90 d抗壓強(qiáng)度為20 MPa、抗?jié)B能力達(dá)到0.8 MPa下不滲水、抗凍融能力達(dá)到150次凍融循環(huán)、極限拉伸值達(dá)到0.85×10-4。作為這一等級(jí)的水工混凝土這4項(xiàng)指標(biāo)應(yīng)并列提出,用任一項(xiàng)指標(biāo)來(lái)表征都是不合適的。作為水電站樞紐工程,也有部分廠房和其它結(jié)構(gòu)物工程,設(shè)計(jì)只提出抗壓強(qiáng)度指標(biāo)時(shí),則以強(qiáng)度來(lái)劃分等級(jí)，如其齡期亦為28 d,則以C20、C30表示。

2 混凝土強(qiáng)度及其標(biāo)準(zhǔn)值符號(hào)的改變

在以標(biāo)號(hào)表達(dá)混凝土強(qiáng)度分級(jí)的原有體系中，混凝土立方體抗壓強(qiáng)度用“R”來(lái)表達(dá)。
根據(jù)有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定，建筑材料強(qiáng)度統(tǒng)一由符號(hào)“f”表達(dá)�；炷亮⒎襟w抗壓強(qiáng)度為“fcu”。其中，“cu”是立方體的意思。而立方體抗壓強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值以“fcu,k”表達(dá)，其中“k”是標(biāo)準(zhǔn)值的意思，例如混凝土強(qiáng)度等級(jí)為C20時(shí)，fcu,k=20N/mm2（MPa），即立方體28d抗壓強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值為20MPa。

水工建筑物大體積混凝土普遍采用90d或180d齡期，故在C符號(hào)后加齡期下角標(biāo)，如C9015，C9020指90d齡期抗壓強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值為15MPa、20MPa的水工混凝土強(qiáng)度等級(jí)，C18015則表示為180d齡期抗壓強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值為15MPa。

3 計(jì)量單位的變化

過(guò)去我國(guó)采用公制計(jì)量單位，混凝土強(qiáng)度的單位為kgf/cm2�，F(xiàn)按國(guó)務(wù)院已公布的有關(guān)法令，推行以國(guó)際單位制為基礎(chǔ)的法定計(jì)量單位制，在該單位體系中，力的基本單位是N（牛頓），因此，強(qiáng)度的基本單位為1 N/m2，也可寫作1Pa。標(biāo)號(hào)改為強(qiáng)度等級(jí)后，混凝土強(qiáng)度計(jì)量單位改以國(guó)際單位制表達(dá)。由于N/m2（Pa），數(shù)值太小，一般以1N/mm2=106N/m2(MPa)作為混凝土強(qiáng)度的實(shí)際使用的計(jì)量單位，讀作“牛頓每平方毫米”或“兆帕”。

新標(biāo)準(zhǔn)中強(qiáng)度計(jì)量單位均采用MPa（兆帕）表達(dá)。

4 配制強(qiáng)度計(jì)算公式的變更

原標(biāo)準(zhǔn)混凝土配制強(qiáng)度的計(jì)算公式為：

R配＝R標(biāo)/-t·Cv

新標(biāo)準(zhǔn)混凝土配制強(qiáng)度計(jì)算公式為：

fcu,o=fcu,k+t·σ

式中：fcu,o—混凝土配制強(qiáng)度MPa；

fcu,k—混凝土設(shè)計(jì)齡期的強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值MPa；

t —概率度系數(shù)

σ—混凝土強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)差MPa。

原標(biāo)準(zhǔn)的公式和變更后本標(biāo)準(zhǔn)采用的公式所設(shè)計(jì)的配制強(qiáng)度沒(méi)有實(shí)質(zhì)上的差別。主要引自美國(guó)混凝土學(xué)會(huì)的ACI214-77《混凝土強(qiáng)度試驗(yàn)結(jié)果評(píng)定的推薦方法》（1989年重新批準(zhǔn)發(fā)布）。ACI214-77稱：對(duì)于任何設(shè)計(jì)，其需要的平均強(qiáng)度f(wàn)cr，可根據(jù)使用的離差系數(shù)（CV）或標(biāo)準(zhǔn)離差（б）由公式（1）或（1a）計(jì)算求得。

Fcr=Fc′/1-t·Cv
（1）
Fcr=Fc′+tσ
（1α）

式中：Fcr —需要的平均強(qiáng)度

Fc′—規(guī)定的設(shè)計(jì)強(qiáng)度

t —概率度系數(shù)

Cv—以小數(shù)表示的離差系數(shù)預(yù)測(cè)值

σ—標(biāo)準(zhǔn)差的預(yù)測(cè)值

現(xiàn)行國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)及國(guó)內(nèi)各行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，對(duì)混凝土配合比設(shè)計(jì)強(qiáng)度計(jì)算和混凝土生產(chǎn)質(zhì)量控制，均采用以混凝土強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)差(σ)為主要參數(shù)的計(jì)算方法。國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)GB50204-1992《混凝土結(jié)構(gòu)工程施工及驗(yàn)收規(guī)范》和JGJ55-2000《普通混凝土配合比設(shè)計(jì)規(guī)程》,以及有關(guān)建工系統(tǒng)混凝土的強(qiáng)度保證率（P）均采用95%，相應(yīng)的概率度系數(shù)（t）為1.645，因而混凝土配制強(qiáng)度的計(jì)算公式均為：

fcu,o＝fcu,k＋1.645σ

新標(biāo)準(zhǔn)對(duì)混凝土配制強(qiáng)度公式fcu,o＝fcu,k＋tσ中,以t值取代常數(shù)1.645，這是因?yàn)樗せ炷凉こ探Y(jié)構(gòu)復(fù)雜，不同的混凝土壩型，不同部位分區(qū)混凝土對(duì)混凝土強(qiáng)度保證率（P）有不同的要求，如重力壩混凝土強(qiáng)度的保證率一般要求80%，有些輕型壩P值要求85%～90%，而部分廠房和其它工程結(jié)構(gòu)物混凝土P值要求為95%。對(duì)于不同混凝土對(duì)P值的要求，根據(jù)表1查得其相應(yīng)的概率度t值。

表1 保證率和概率度系數(shù)關(guān)系


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保證率
P（%） 65.5 69.2 72.5 75.8 78.8 80.0 82.9 85 90.0 93.3 95.0 97.7 99.9

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概率度
系數(shù)t 0.40 0.50 0.60 0.70 0.80 0.84 0.95 1.04 1.28 1.50 1.65 2.0 3.0

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5 強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)差的選用

混凝土施工開工初始階段，缺少混凝土施工的實(shí)測(cè)抗壓強(qiáng)度統(tǒng)計(jì)資料，標(biāo)準(zhǔn)差σ值可按新標(biāo)準(zhǔn)表2中的數(shù)值參考選用。

表2 標(biāo)準(zhǔn)差σ值


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混凝土強(qiáng)度等級(jí) ≤C9015 C9020～C9025 C9030～C9035 C9040～C9045 ≥C9050

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σ（90d） 3.5 4.0 4.5 5.0 5.5

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混凝土等級(jí)均以90天齡期為代表，如果其它齡期（如28天，180天）可相應(yīng)換算后選用。

混凝土進(jìn)入正常施工階段，應(yīng)根據(jù)前一個(gè)月（如一個(gè)月內(nèi)還達(dá)不到統(tǒng)計(jì)所需試件組數(shù)n值要求時(shí)，可延遲至3個(gè)月內(nèi)）相同強(qiáng)度等級(jí)，相同混凝土配合比的混凝土強(qiáng)度資料，進(jìn)行混凝土強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)差σ值的計(jì)算，其公式為：



式中：fcu,i —第i組的試件強(qiáng)度，MPa；

mfcu—n組試件強(qiáng)度平均值，MPa；

n — 試件組數(shù)，應(yīng)大于30。

混凝土標(biāo)準(zhǔn)差的下限取值：通過(guò)施工實(shí)測(cè)強(qiáng)度值，計(jì)算的σ值，對(duì)于小于或等于C9025級(jí)混凝土，σ小于2.5MPa時(shí)，σ值用2.5 MPa；對(duì)于大于或等于C9030級(jí)混凝土，計(jì)算的σ小于3.0 MPa時(shí)，σ取用3.0 MPa。

σ值是28天齡期的實(shí)測(cè)強(qiáng)度值計(jì)算的。90天齡期的σ值一般要略大一些，但28天的σ值已基本反映了混凝土的質(zhì)量波動(dòng)，這亦是結(jié)合了混凝土質(zhì)量控制的需要，90天的統(tǒng)計(jì)結(jié)果滯后了一些。28天的統(tǒng)計(jì)成果可有效的掌握施工質(zhì)量的波動(dòng)，并根據(jù)需要及時(shí)修正和調(diào)整配制混凝土抗壓強(qiáng)度時(shí)所采用的σ值。實(shí)際上是要求以28天的混凝土強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)差（σ）進(jìn)行動(dòng)態(tài)控制，以保證混凝土質(zhì)量。