水工混凝土标号与强度等级的转换关系
水泥 2006-11-07
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摘 要： 该文叙述了国标GBJ 107 - 87 规定的混凝土标号与强度等级的关系， 着重介绍了水工钢筋混凝土、水工大体积混凝土以及浆砌石坝胶结材料用混凝土的试件尺寸、期龄、保证率、混凝土标号和强度等级的关系。
关键词： 水工混凝土； 混凝土标号； 混凝土强度等级
前言
1987 年国家计委颁布国标《混凝土强度检验评定标准》（GBJ107 - 87） 后， 工业、民用建筑部门在混凝土的设计和施工中均按上述标准， 以混凝土强度等级代替混凝土标号。1996《水工混凝土结构设计规范》（SL/ T191 - 96） 对水工混凝土强度等级定义做出明确规定， 特别是《水工混凝土施工规范》（DL/ T5144 - 2001） 颁布实施后， 水工混凝土也较普遍采用强度等级代替混凝土标号。由于水利枢纽混凝土工程结构复杂， 不同工程部位有不同保证率要求， 特别是我省大坝坝型广泛采用浆砌石坝， 现行的砌石坝设计和施工规范对混凝土强度仍采用混凝土标号， 因此， 对水工混凝土标号与强度等级和其转换关系应有明确的认识。近年来， 在不少在建的浆砌石坝工程中， 施工单位常将工业、民用建筑部门采用的混凝土标号与强度等级的转换关系用在水工混凝土中， 这显然不够全面， 也不正确。正确认识与理解水工混凝土标号与强度的定义和转换关系对指导施工质量的评定、确保工程安全和经济合理有着重要的意义。
1 现行国标GBJ107 - 87 中混凝土标号与强度等级的关系
《混凝土强度检验评定标准》（ GBJ107 - 87） 将混凝土强度等级按立方体抗压强度标准值划分。混凝土强度等级采用符号C 与立方体抗压强度标准值（以N/ mm2 计） 表示。
新标准与已废止的GBJ204 - 83 相比， 混凝土试样尺寸由200mm 立方体改为150mm 立方体， 强度保证率由85 %提高到95 %。经过换算， GBJ107 - 87 附录中给出了混凝土标号与新的混凝土强度等级的对应关系， 如表1 。上述关系主要适用于工业与民用建筑用混凝土。由于水工混凝土的试件尺寸、设计龄期、保证率的不同， 表1 所列的关系不适用于水工混凝土。
 2 水工混凝土标号与强度等级
2．1 《水工混凝土结构设计规范》（SL/ T191 - 96） 和《水工混凝土施工规范》（DL/ T5144 - 2001） 对水工混凝土强度有关内容的改动
（1） 名称改变。强度分级名称由“标号”改称为“强度等级”。
（2） 等级符号改变。过去在立方体抗压强度标准值的数值右上角加符号“ # ”表达， 如200 # 、150 # ……等。现以C及其后面的立方体抗压强度标准值表达， 如C15 、C20……等。建工系统混凝土均采用28d 龄期， 在强度等级符号后不再注明龄期值， C15、C20 ……系指28d 龄期的强度标准值为15MPa、20MPa ……强度等级。水工大体积混凝土普遍采用90d 或180d 龄期， 故在强度等级符号后加龄期下角标，如C9015 、C9020 ……系指90d 龄期的强度标准值为15MPa、20MPa ……水工混凝土强度等级。
（3） 混凝土强度及其标准符号的变化。过去混凝土立方体强度用符号“R”表示， 现在混凝土立方体抗压强度用“fcu”表示， 其中“cu”是立方体的意思。混凝土立方体抗压强度标准值以符号“fuc ，k”表示， 其中k 是标准值的意思。
（4） 计量单位的变化。过去混凝土强度单位为kgf/ cm2 ，现改为N/ mm2 （MPa） 。
（5） 按标准方法制作养护边长为150mm 的立方体试件，在28d （大体积水工混凝土可采用90d 或180d） 期龄， 用标准试验方法测得具有设计保证率的抗压强度标准值， 以确定其混凝土强度等级。
（6） 水利枢纽混凝土工程结构复杂， 不同工程部位有不同保证率（ P） 要求。如大体积混凝土一般要求P = 80 % ，体积较大的钢筋混凝土工程要求P = 85 %～90 % ， 薄壁结构钢筋混凝土工程要求P = 95 %。
2.2 水工钢筋混凝土结构用混凝土
2.2.1 水工钢筋混凝土结构用混凝土强度等级确定
原标准规定水工混凝土强度等级为强度总体分布的平均值减去1.27 倍标准差（保证率90 %） ， 《水工混凝土结构设计规范》（SL/ T191 - 96） 改为强度总体分布的平均值减去1.645 倍标准差（保证率95 %） 。用公式表示为：
f cu ，k =μ f cu ，15 - 11645σfcu =μ fcu ，15 （1 – 1.645δ fcu） （1）
式中： f cu ，k为混凝土立方体抗压强度标准值， 即混凝土强度等级值， MPa ；
μ fcu ，15为混凝土立方体（边长150mm） 抗压强度总体分布平均值；
σ fcu为混凝土立方体抗压强度标准差；
δ fcu为混凝土立方体抗压强度变异系数。
2.2.2 原标准混凝土标号（R） 与新标准（ SL/ T191 - 96）混凝土强度等级（C） 之间的换算关系
R 与C 的换算关系如式（2） ， 结果见表2 。
式中： 0.95 为试件尺寸由200mm 立方体改为150mm 立方体的尺寸效应系数；
0.1 为计量单位换算系数；
δ fcu ，15为混凝土立方体抗压强度变异系数。
 2.3 水工大体积混凝土
根据《水工混凝土施工规范》（DL/ T5144 - 2001） 和《混凝土重力坝设计规范》（DL5108 - 1999） 对水工大体积混凝土（大坝常态混凝土） 的规定， 其强度标准值为按照标准方法制作养护的边长为150mm 的立方体试件， 采用90d龄期， 用标准试验方法测得的抗压强度总体分布中的一个值， 强度低于该值的百分率不超过20 %。混凝土立方体抗压强度标准值fcu ，k = 10N/ mm2 的混凝土， 其强度等级表示为C9010 。水工大体积混凝土立方体抗压强度标准值可用下式表示。
fcu ，k =μf cu ，15 （1 – 0.842σf cu ，15） （3）
同《水工混凝土施工规范》（SDJ207 - 82） 定义的混凝土设计标号相比， 混凝土试块尺寸一致（均为150mm 立方体） ， 强度保证率取值一致（均为80 %） ， 设计期龄一致（均为90d） 。因此， 水工大体积混凝土标号与强度等级的换算可简化为强度单位的换算， 即将kgf/ cm2 换算为N/ mm2 ， 以符号C90 表示（注明设计龄期） 。
2.4 浆砌石坝胶结材料用混凝土
我省浆砌石坝所用胶结材料一般均为2 级配混凝土。根据《浆砌石坝设计规范》（SL25 - 91） 和《浆砌石坝施工技术规定》（SD120 -84） 的规定， 混凝土标号根据150mm 立方体试件28d 龄期的极限抗压强度确定， 强度保证率为80 %。立方体抗压强度标准值采用（3） 式计算。其混凝土标号与强度等级的换算亦可简化为强度单位换算， 即将kgf/ cm2 换算为N/ mm2 ，以符号C 表示， 并说明设计混凝土强度保证率为80 %。如浆砌石用标号R100 的混凝土可改写为强度保证率为80 %的C10 强度等级的混凝土。
3 结语
混凝土标号R 和强度等级C 的计算均与混凝土试件尺寸、设计龄期及强度保证率等三个因素有关。设计、施工、质检人员应掌握设计、施工规程、规范对所采用混凝土的试件尺寸、龄期、强度保证率的规定， 才能正确计算混凝土的标号、强度等级以及转换关系。 |
| 原作者： 程光化 |
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