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蒋元海:关于预应力混凝土管桩混凝土强度检测评定的几点思考

蒋元海:关于预应力混凝土管桩混凝土强度检测评定的几点思考

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关于预应力混凝土管桩混凝土强度检测评定的几点思考


蒋元海1,匡红杰2

(1.嘉兴学院,浙江 嘉兴 314001;2.苏州混凝土水泥制品研究院有限公司,江苏 苏州 215004)


摘   要:简述了预应力混凝土管桩产品出厂前后混凝土强度检测评定的几种方法,分析了“管桩生产用混凝土强度”和“桩身结构混凝土强度”的不同含义,并提出了在预应力混凝土管桩产品质量监管的不同阶段应关注混凝土质量评价的不同要求。


关键词:预应力混凝土管桩;钻芯检测;抗压强度;质量评定;质量监管;性能指标


0   前言


改革开放40多年来,预应力混凝土管桩(以下简称管桩)行业在我国得到了快速的发展,大量的工程应用实践表明,该产品已成为我国基础建设工程领域普遍认可的桩基材料,为经济建设的发展做出了很大的贡献。管桩作为一种工厂化生产的混凝土产品,根据我国产品质量管理制度,被纳入工业产品质量的监管范畴。同时,管桩产品用于建设基础工程,作为建筑工业化产品(又称预制构件),按照我国建设行业的质量监管规则,该类产品进入施工工地后必须纳入建设工程质量的监管范畴。目前,我国由市场监督管理主管部门负责工业化产品的质量管理,住房与城乡建设主管部门负责建设工程的质量管理,由于分属于两个不同的管理机构,管理方式和方法不尽相同。按照惯例,市场监督管理主管部门主要负责产品在生产制作环节中的质量管理,监管的主要依据是产品的国家标准、行业标准或地方标准,并规定只有检验合格后的管桩产品才可出厂;住房与城乡建设主管部门主要负责产品在进入施工工地后各环节的质量管理,主要依据是《建设工程质量管理条例》《房屋建筑工程和市政基础设施工程实行见证取样和送检制度的规定》等法律法规,并规定只有见证取样检验合格后的管桩产品才允许进入施工工地。


     管桩产品的性能指标主要有混凝土强度、外观质量、尺寸偏差、抗弯性能、抗剪性能、保护层厚度等。其中,混凝土强度是产品最重要的技术指标之一,桩身混凝土强度对产品的工程使用质量具有十分重要的影响,生产企业和用户对该质量指标都较关注。


     我国管桩行业已编制国家标准GB/T 13476—2009《先张法预应力混凝土管桩》[1]、行业标准JGJ/T 406—2017《预应力混凝土管桩技术标准》[2]。其中,产品出厂前的生产监管环节主要依据国标GB/T 13476—2009,产品出厂后的监管环节主要依据行业标准JGJ/T 406—2017。上述标准就混凝土强度指标要求分别作了明确规定,但在管桩产品的生产和工程应用实践中,对管桩的混凝土强度的检测评价仍有不同的理解,甚至是误解,本文就“管桩生产用混凝土强度”和“桩身结构混凝土强度”的不同含义和评价方法进行探讨,并提出不同阶段应关注混凝土质量评价的不同要求。


1   国标对混凝土强度的规定

      

不同版本管桩产品国家标准对混凝土强度技术要求的演变过程:


      (1)GB 13476—92《先张法预应力混凝土管桩》中的4.2.1 条文规定:“预应力管桩的离心混凝土强度等级不得低于C50,高强度预应力管桩的离心混凝土强度等级不得低于C80级”。


      (2)GB 13476—1999《先张法预应力混凝土管桩》中的5.1.2条文规定:“预应力管桩用混凝土强度等级不得低于C50,预应力高强混凝土管桩用混凝土强度等级不得低于C80” 。


      (3)GB/T 13476—2009中的5.1.2条文规定:“预应力管桩用混凝土强度等级不得低于C60,预应力高强混凝土管桩用混凝土强度等级不得低于C80”。


      GB 13476—92在参考引用日本标准JIS A 1136《离心成型混凝土抗压强度试验方法》的基础上提出了“离心混凝土强度等级”的概念,其试验方法为采用与管桩生产相同的原材料,经离心密实成型直径200 mm、长300 mm、壁厚40~50 mm的试件,与管桩同条件养护后进行测试,此方法得到的“混凝土强度等级”并非“桩身结构离心混凝土强度等级”。GB 13476—92版标准在实施过程中,有关混凝土的抗压强度检测主要存在以下问题:①离心混凝土强度测定波动误差较大;②实际只有较少数企业偶尔采用离心混凝土试件,大部分仍采用立方体试件。


      为解决GB 13476—92版标准实施过程中的问题,GB 13476—1999版及GB/T 13476—2009版修订中提出了“管桩用混凝土强度等级”的概念,并引用GBJ 81—85《混凝土力学性能试验方法》的试验方法(试件尺寸为150 mm×150 mm×150 mm),采用与管桩生产相同的原材料,经振动密实成型,同条件养护后进行测定。


      从上述管桩产品的国家标准对混凝土要求的表述可知,“管桩混凝土强度”是指“管桩生产用混凝土强度”,而不是“桩身结构混凝土强度”。


2   出厂前的混凝土强度检测


      对于管桩,“桩身结构混凝土强度”与“管桩生产用混凝土强度”是两个不同的概念,但“桩身结构混凝土强度”比“管桩生产用混凝土强度”更具代表性。“桩身结构混凝土强度”不但与“管桩生产用混凝土强度”有关,还与管桩原材料、离心制度、养护制度、设备性能等其他生产因素有关。为了便于产品的质量监管,在管桩原材料、离心制度、养护制度、设备性能等生产环节相对稳定的前提下,可通过测定“管桩生产用混凝土强度”来推定“桩身结构混凝土强度”,从工艺角度考虑,认为“管桩生产用混凝土强度”合格的情况下,“桩身结构混凝土强度”也合格。


      管桩生产企业通常关注产品质量是否合格、是否符合标准的相关要求,通过生产中的各环节对管桩产品质量进行控制。通常情况下,管桩生产企业认为GB/T 13476—2009中的“管桩混凝土强度”,并不是“桩身结构混凝土强度”,而是“管桩生产用混凝土强度”。GB/T 13476—2009中的“试验方法”规定:“检验出厂强度的试件,拆模后与管桩同条件养护。混凝土抗压强度试验方法应符合GB/T 50081—2019《混凝土物理力学性能试验方法标准》[3]的有关规定”。但GB/T 50081—2019测定的抗压强度并不是混凝土的真实强度值,也不是混凝土或混凝土制品(构件)本身的结构强度,而是上述强度的推定值。但混凝土在GB/T 50081—2019规定条件下,其试验值可相对合理地反应混凝土结构强度,业内对该试验强度值的认可度也较高。


3   管桩出厂前的混凝土强度评定


      GB/T 13476—2009中的“检验规则”规定:出厂检验判定规则为检查混凝土抗压强度检验的原始记录,评定按GB/T 50107—2010《混凝土强度检验评定标准》的有关规定执行[4];型式检验判定规则为检查同批次管桩用混凝土抗压强度检验的原始记录,评定方法同样按GB/T 50107—2010的有关规定执行 。


      管桩生产企业的原始记录作为出厂检验及型式检测的判定依据是否合适?若是有多份原始记录如何甄别?作为管桩生产企业及市场监督管理主管部门也许可以认同,一旦管桩产品进入施工工地后,用户单位及建设工程质量主管部门是否会认可GB/T 13476—2009中的规定?


      GB/T 50107—2010对混凝土强度的评定主要有以下3个方法:①生产条件长时间保持一致的情况(标准差已知);②生产条件长时间难以保持一致的情况(标准差未知);③样本容量较少的情况,且不能采用统计方法评定的情况。


      GB/T 50107—2010虽没有明确管桩用混凝土强度评定可以采用哪种方法,但在标准的条文说明明确了“预制构件生产可采用标准差已知的方法”,即5.1.2条文规定的统计方法。


3.1   生产条件长时间保持一致的情况


      在生产条件长时间保持一致的情况下(标准差已知),建议采用5.1.2条文规定的统计方法。


      例1:现有C80混凝土强度等级的PHC管桩,保持生产条件长期稳定,前一个检验批的混凝土强度标准差为4.0 MPa,则:


mfcu≥fcu,k+0.7σ0=80+0.7×4.0=82.8 MPa   (1)


fcu,min≥fcu,k-0.7σ0=80-0.7×4.0=77.2 MPa  (2)


fu,min≥0.90fcu,k=0.90×80=72.0 MPa (3)


式中:σ0为前一个检验批的混凝土立方体抗压强度标准差,当计算结果小于2.5 MPa时,取2.5 MPa;mfcu为同一检验批的混凝土立方体抗压强度平均值;fu,min为同一检验批的混凝土立方体抗压强度最小值;fcu,k为混凝土立方体试块抗压强度标准值。


      若受检的连续3组试件,混凝土立方体抗压强度平均值不小于82.8 MPa,最小值不小于77.2 MPa,则该批PHC管桩用混凝土抗压强度合格。


3.2   生产条件长时间难以保持一致的情况


      在管桩生产条件长时间难以保持一致的情况下(标准差未知,样本容量不少于10组),可采用5.1.3条文规定的统计方法。


      例2:现有C80混凝土强度等级的PHC管桩,一个月的受检样本为30组, 受检批的混凝土强度标准差为4.0 MPa,则:


mfcu≥fcu,k+λ1Sfcu=80+0.95×4.0=83.8 MPa    (4)


 fcu,min≥λ2 fcu,k=80×0.85=68.0 MPa    (5)


式中:Sfcu为同一检验批混凝土立方体抗压强度的标准差。λ1、λ2为合格评定系数,查得λ1、λ2分别为0.95、0.85。


      若受检的连续30组试件,混凝土立方体抗压强度平均值不小于83.8 MPa,最小值不小于68.0 MPa,则判该批PHC管桩用混凝土抗压强度合格。


3.3   样本容量较少,且不能采用统计方法评定的情况


      管桩在受检样本量达不到10组,且无法按统计方法评定时,可采用 5.2条文规定的非统计方法。


      例3:现有C80混凝土强度等级的PHC管桩,受检样本为6组,λ3、λ4分别为1.10、0.95,则:


mfcu≥λ3 fcu,k=1.10×80=88.0 MPa      (6)


fcu,min≥λ4 fcu,k=80×0.95=76.0 MPa     (7)


      若受检的连续6组试件,混凝土立方体抗压强度平均值不小于88.0 MPa,最小值不小于76.0 MPa,则判该批PHC管桩用混凝土抗压强度合格。


      根据以上列举的3个示例可知,对于管桩生产企业,虽然GB/T 50107—2010推荐采用5.1.2条文中的统计方法,但鉴于生产波动性和产品生产控制实际情况,也可采用5.1.3条文的统计方法。


4   进入工地后的混凝土强度检测


      管桩属于建筑工业产品,进入施工工地后,其产品质量监管主体由市场监督主管部门转变为建设工程质量监督主管部门。管桩产品必须接受《建设工程质量管理条例》《房屋建筑工程和市政基础设施工程实行见证取样和送检制度的规定》等法律法规的监管,符合用户(或施工单位)对进入施工现场产品的见证取样检测(或第三方检测机构的检测评估)规定。管桩生产企业出具的出厂检测报告(或型式检测报告)一般情况下难以代表用户对产品质量的认可。


      《建设工程质量管理条例》规定:“未经检验或者检验不合格的,不得使用”、“应当在建设单位或者工程监理单位监督下现场取样,并送具有相应资质等级的质量检测单位进行检测” 。《房屋建筑工程和市政基础设施工程实行见证取样和送检制度的规定》规定:“由施工单位的现场试验人员对工程中涉及结构安全的试块、试件和材料在现场取样”、“涉及结构安全的试块、试件和材料见证取样和送检的比例不得低于有关技术标准中规定应取样数量的30%”。


      管桩混凝土强度合格对用户而言表现为管桩具有较好的耐打性,能顺利打(压)到设计标高。但在实际工程中,由于地质条件变化、施工熟练程度、桩基设备运行、管桩型号、管桩壁厚、桩身混凝土强度、管桩养护时间等多种不同因素,经常会发生管桩施工中桩身开裂或桩头混凝土的破损等现象。此时,管桩用户习惯性地先怀疑桩身结构混凝土强度,不认同管桩生产企业的出厂检测报告(型式检测报告)中的混凝土检测结果(即管桩生产用混凝土强度)。


      20世纪90年代,当发生桩身开裂或桩头混凝土破损的情况,建设工程质量监督主管部门的工程技术人员通常采用钻芯法检测管桩桩身结构混凝土抗压强度,依据中国工程建设标准化协会的协会


标准CECS 03∶88《钻芯法检测混凝土强度技术规程》评定,然而由于CECS 03∶88主要针对普通混凝土、强度等级比较低的情况,而管桩属于特种混凝土(离心混凝土),混凝土强度等级较高。实际操作过程中,依据CECS 03∶88评定的混凝土强度普遍偏低,有些甚至达不到设计强度的50%。此外,由于离心混凝土的外分层造成结构的不均匀性,结构工程中常用的普通混凝土回弹法不适用于管桩桩身结构混凝土强度的测定,而其它非破损检测混凝土强度的试验方法用于管桩桩身结构混凝土强度检测目前还不成熟。


      30多年前,广东管桩企业生产的大量产品销往中国香港、中国澳门等地。港澳等地的用户及工程质量监管部门对产品的混凝土强度依据中国香港CS1∶1990(实际就是英国标准BS 1881—120∶1983《钻芯取样测定混凝土抗压强度试验方法》)标准的规定抽取2%进行检测,即从供货的每100条PHC管桩中,随机抽取2条桩进行桩身结构混凝土强度钻芯检测,规定当桩身结构混凝土强度达到80 MPa才能允许进场施工。


      2002~2003年,为替代弥补CECS 03∶88在管桩桩身结构混凝土检测中的不足,苏州混凝土水泥制品研究院在调研基础上,组织国内主要管桩生产企业,在非等效采用英国标准BS 1881—120∶1983的基础上,编制了GB/T 19496—2004《钻芯检测离心高强混凝土抗压强度试验方法》,标准发布实施后应用效果较好。


      国内有些地区参照90年代港澳地区对管桩质量的监管办法,也出台了有关管桩质量监控的规定,对所有进入施工工地的管桩产品按比例进行桩身结构混凝土强度钻芯检测,有些地区还进一步要求对管桩施工工程中的产品再抽取一定比例进行桩身结构混凝土强度钻芯检测。但很多检测机构对钻芯检测方法并不熟悉,缺少必须的试验设备和试验条件,将芯样的钻取、两端的切割、芯样的磨平等对检测结果影响很大的分项工作委托给缺乏操作经验的劳务人员,检测机构人员仅负责混凝土芯样抗压强度测定,桩身结构混凝土强度的检测过程不符合GB/T 19496—2004和JGJ/T 406—2017的有关规定,检测结果与桩身结构混凝土强度真实值必定相差较大。因此,对GB/T 19496—2004、JGJ/T 406—2017等标准的推广和应用产生了一定阻碍。


5   进入工地后的混凝土强度评定


      一般情况下 ,管桩用户及建设工程质量监督主管部门不会简单认同生产企业出具的管桩出厂检验报告(型式检验报告)中对混凝土强度的评价,而要求依据上述钻芯检测及有关标准规范进行评定


      JGJ/T 406—2017中的9.1.6条文规定:“当对桩身混凝土强度存在异议时,可对管桩桩身混凝土强度进行抽检,检测方法宜采用钻芯法或管桩全截面抗压试验方法”。


      GB/T 19496—2002附录A对桩身结构混凝土强度具体评价细则进行了规定。JGJ/T 406—2017附录K对测定的全截面桩身结构混凝土抗压强度评价也进行了规定。


      在此需要指出的是:桩身结构混凝土强度的评价不同于管桩生产用混凝土强度的评价,二者的试验方法不同,评价的细则也完全不一样,不能简单混淆。


6   结论


      (1)现场施工关注管桩的“桩身结构混凝土强度”,而不是“管桩生产用混凝土强度”,但基于现阶段“桩身结构混凝土强度”测定方法复杂、测定人员操作经验不足、测定结果离散性较大等因素,混凝土制品生产行业内更习惯采用“管桩生产用混凝土强度”来推定“桩身结构混凝土强度”。


      (2)混凝土强度是混凝土配合比、成型过程、养护过程的综合体现。大量的验证试验表明,在原材料及生产条件较长时间内稳定、技术可靠的前提下,“管桩用混凝土强度”与“桩身结构混凝土强度”是一致的,两者会有差异,但差值不会很大,在容许范围内,可以等效取用。


参考文献:


[1] 国家质量监督检验检疫总局,国家标准化管理委员会.先张法预应力混凝土管桩:GB/T 13476—2009[S].北京:中国标准出版社,2009.


[2] 住房和城乡建设部.预应力混凝土管桩技术标准:JGJ/T 406—2017[S].北京:中国建筑工业出版社,2018.


[3] 中华人民共和国住房和城乡建设部,国家市场监督管理总局.混凝土物理力学性能试验方法标准:GB/T 50081—2019[S].北京:中国建筑工业出版社,2019.


[4] 中华人民共和国住房和城乡建设部.混凝土强度检验评定标准:GB/T 50107—2010[S].北京:中国建筑工业出版社,2010.


来源:《混凝土与水泥制品》杂志2022年第12期 


(责任编辑:何雯丽)



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