對現(xiàn)行水工混凝土強度評定標準的意見和建議

1.問題的提出

　　一般認為，混凝土生產(chǎn)處于良好受控狀態(tài)時，其強度值的波動服從正態(tài)分布，在混凝土生產(chǎn)過程中對其強度的檢驗，是采用“抽樣檢驗”的方法獲取樣本強度，再按數(shù)理統(tǒng)計的原理推斷檢驗批的總體強度。

　　“抽樣檢驗”必然存在兩類判斷錯誤，第I類錯誤是將本來是合格的批，錯誤的判為不合格了，給生產(chǎn)方（乙方）造成損失和風險，其概率為  （亦稱“錯判概率”）；第II類錯誤是將本來是不合格的批作為合格的予以驗收了，給使用方（甲方）造成使用中的風險，也稱用戶風險，其概率為β（亦稱“漏判概率”）。因此，在制定驗收標準時，不僅要考慮混凝土總體強度的分布特征，還應(yīng)考慮采用樣本推斷總體強度時產(chǎn)生誤判的可能性，并且把這種誤判的風險控制在一個合理的范圍內(nèi)。關(guān)于兩類錯誤的概念可見圖１。

　　圖中高聳的曲線為多個樣本量同為n的樣本平均值的分布曲線，其多個樣本均值平均值的期望等于總體均值,而圖中RP是其中一個樣本的均值，是對驗收批要求的最低樣本平均強度。

　　由于混凝土強度驗收評定時只能獲得樣本均值，并以樣本均值作為合格與否的評價依據(jù)，這樣必然存在驗收風險，即把合格的錯判為不合格的風險（α）和把本來不合格的漏判為合格的風險（β）。如果混凝土強度驗收評定標準要求每個樣本均值（RP）等于合格總體的均值（AQL）,由圖可見，錯判概率α=50%，而漏判概率β幾乎為0，顯然是不合理的。反之，亦然。

　　實際上，《水工混凝土施工規(guī)范》（SDJ207-82）是要求每批的樣本均值都要大于等于合格總體的均值（AQL），樣本均值分布曲線必然向合格總體分布曲線的右方偏移，是明顯不合理的。在當今的市場經(jīng)濟條件下，設(shè)計混凝土強度驗收評定標準時，應(yīng)當考慮使甲、乙雙方合理分擔驗收風險才是合理的。

　　對混凝土強度的檢驗不可能采用全數(shù)檢驗，只能采用抽樣檢驗，制定其檢驗標準時理應(yīng)參照國家標準《抽樣檢驗導(dǎo)則》（GB/T13393-92）的原理和方法進行。國內(nèi)外有關(guān)混凝土強度的驗收標準中，大多是按上述原則設(shè)計的，如GBJ107-87、SL27－91及公路相關(guān)標準，國外ACI318、JIS5308、BS53028、DIN1045、加拿大CSA標準等標準。然而，現(xiàn)行評定水工混凝土質(zhì)量的主要標準《水工混凝土施工規(guī)范》（SDJ207－82）和（DL/T5144—2001）、《水工碾壓混凝土施工規(guī)范》（DL/T5122-2000）卻沒有考慮這一問題，故存在一些不規(guī)范、不合理現(xiàn)象。

2、現(xiàn)行水工混凝土強度檢驗評定標準的抽檢特性分析

　　對現(xiàn)行水工混凝土驗收標準（《水工混凝土施工規(guī)范》（SDJ 207－82）水利行業(yè)還有效 ）和《水工混凝土施工規(guī)范》DL/T5144—2001）混凝土強度驗收評定方法淺析如下： 

(1)、《水工混凝土施工規(guī)范》（SDJ 207－82 ）

該標準混凝土強度驗收的接收概率L(P0)計算結(jié)果和相應(yīng)接收概率曲線如下： 


   
　?、?、由以上圖表可以看出，不同保證率的混凝土當處于合格質(zhì)量水平時，其錯判概率為50%；漏判概率幾乎為零，對施工單位要求過嚴，承擔的驗收風險過大，甲乙雙方的利益很不均等，很不合理。

　?、?、SDJ 207-82 是大樣本平均值驗收方案，它混同了驗收函數(shù)中的k與正態(tài)分布總體分布分位值t的區(qū)別 

              
　　在《水工混凝土施工規(guī)范》（SDJ207—82）驗收方法中混同了驗收常數(shù)k與總體不合格率P0分位值t的區(qū)別，從而取k＝t；t是從標準正態(tài)累積函數(shù)求得，而驗收常數(shù)k需要依據(jù)抽樣檢驗的理論和方法，確定驗收條件并全衡甲乙雙方驗收風險，通過計算確定。從基本概念角度說，兩者是截然不同的。

　　如前所述，在制定驗收標準時，應(yīng)設(shè)法將甲、乙雙方的驗收風險控制在一個相對合理的、較小的程度上，該施工規(guī)范在制定混凝土強度驗收標準時，缺少對驗收風險的考慮，從抽樣檢驗的理論角度看，該驗收標準是不夠嚴謹?shù)模彩遣灰?guī)范的。

　　由于上述原因，直接后果是在使用這一驗收條件進行混凝土強度驗收時，其錯判概率（α）高達50％，使混凝土生產(chǎn)者（施工者）的風險太高，要求過嚴。由圖2中  SDJ207-82標準的OC曲線可以看出，當混凝土總體強度保證率達到80%（或95%）時，即混凝土質(zhì)量處于合格水平時，對應(yīng)的接收概率僅有50%。這意味著對本來是合格的混凝土批，在驗收時有50%的可能被錯誤當作不合格品而拒收了，顯然這種驗收的標準對施工單位是過分嚴格、不盡合理的。

　　Ⅲ、采用大批量驗收難于指正任意工程部位的實際質(zhì)量

　　混凝土的質(zhì)量，在每一盤，每個施工日，乃至整個施工期都有變化，因此在實施混凝土質(zhì)量檢查時，極為重要的問題是明確混凝土任何部分的質(zhì)量是否都達到了規(guī)定的要求。為此，需要將混凝土工程的任意部位（如任意單元工程）作為一個驗收批，加以檢驗，以便確認其質(zhì)量。在這種情況下，如果能以適當?shù)尿炇诊L險率，估計出混凝土的任何部份都符合質(zhì)量標準的要求，則可以認為該工程混凝土達到了所要求的質(zhì)量。

　　SDJ 207-82采用大批量驗收，特別是在對整個分部工程或單位工程混凝土作為一個驗收批，進行強度評定驗收時，當強度保證率不能滿足規(guī)范要求時，往往難于指證是哪個具體部位的混凝土質(zhì)量不合格。如，當同標號配合比相同的30組試件作為一個驗收批，按每300～500m3混凝土取一組試件，要求9000～15000m3混凝土構(gòu)成一個驗收批。這種工程量大、施工時段長的質(zhì)量評定方法，以往的工程驗收實踐中常會出現(xiàn)同標號混凝土在一個分部工程中難以達到30組試件，使得混凝土質(zhì)量難于按標準要求評定，即使大型工程的一個分部工程能達到同標號30組試件，但施工歷時很長，有的超過半年、一年，甚至更長，混凝土原材料和生產(chǎn)的工藝條件及質(zhì)量控制水平均可能發(fā)生顯著變化，可能造成混凝土強度偏離正態(tài)分布，喪失了統(tǒng)計分析方法的理論基礎(chǔ)。

　　由于構(gòu)成驗收批的方量大、組數(shù)多、歷時長，一旦出現(xiàn)不合格批，涉及的混凝土量較大，處理的難度相對較大，有時根本無法也不可能處理，這時驗收評價還有什么意義呢？

　?、?、SDJ207－82規(guī)范沒有設(shè)置最小值驗收條款

　　SDJ207-82規(guī)范的評定標準中，沒有設(shè)置低強混凝土的限制條文，對混凝土質(zhì)量出現(xiàn)較大波動時（σ值增大），不能嚴格控制，不能保證過分低于設(shè)計要求的混凝土基本上不出現(xiàn)。眾所周知，當混凝土生產(chǎn)管理水平不佳，失去控制，σ值增大時，生產(chǎn)者可以用提高平均強度的方法保證混凝土總體強度保證率滿足80%的要求，但是，這時的混凝土質(zhì)量與波動小的混凝土質(zhì)量卻大不相同。這可從圖3給予證明。 
 

　　圖中波動大的和波動小的混凝土，都能滿足保證率80％的要求。按上述SDJ207-82標準兩種混凝土都應(yīng)判為合格。但是混凝土總體中小于0.8倍混凝土標準強度的那一部分卻很不相同。波動小的混凝土中小于0.8倍混凝土標準強度的僅占總體的1.1%左右，而波動大的混凝土中，小于0.8倍混凝土標準強度的占總體的12%左右，這顯然偏高了。人們當然不希望混凝土結(jié)構(gòu)中存在過多的強度遠低于混凝土標準強度的混凝土，這對建筑物的安全運行是很不利的。顯然，SDJ207-82標準對波動大、生產(chǎn)不穩(wěn)定的混凝土起不到嚴格控制的作用。當混凝土生產(chǎn)失控時，不能及時發(fā)現(xiàn)，采取對策。所以國內(nèi)外不少混凝土強度評定標準中均設(shè)置了最小值條文，對混凝土中強度過低的混凝土加以限制，以加嚴對波動太大混凝土的控制，但如上所述，設(shè)置應(yīng)合理，并與平均值方案相互匹配。

   美國混凝土學(xué)會規(guī)范ACI 318 設(shè)置了最小值驗收條款，若不能達到最小值條款標準，則要求檢測結(jié)構(gòu)物的混凝土強度。 
 
(2)、《水工混凝土施工規(guī)范》DL/T5144—2001的強度驗收評定標準

　　《水工混凝土施工規(guī)范》（DL/T5144—2001）是水電系統(tǒng)用于取代SDJ207—82規(guī)范的新規(guī)范。該標準混凝土強度驗收標準采用方差已知方案，樣本量n最小可為2。該標準打破了用強度保證率評價混凝土強度質(zhì)量的極不合理的現(xiàn)狀，這一點是值得肯定的。

Ⅰ、DL/T5144—2001 的實際驗收常數(shù)

　　可以看出，DL/T5144-2001中的混凝土強度驗收尺度較原標準（SDJ207-82）有大幅度下降，在n≥30時驗收常數(shù)k降低了80%，使大體積混凝土由0.84降低為0.168，鋼筋混凝土由1.645降低為0.33左右。這樣大幅度地降低混凝土強度驗收標準是否合理，筆者認為值得商榷。
在DL/T5144-2001標準的條文說明中稱 ，按美國ACI214-77標準：“對于任何設(shè)計，其所需要的平均強度可根據(jù)使用的標準差由下式計算：    
                 
　　在美國混凝土學(xué)會標準ACI 318—99中對混凝土強度提出要求的平均強度(即配制強度)和強度驗收標準兩個方面的要求，其中第5.3.2.1節(jié)中規(guī)定配制強度就是按式3計算的，并取n=3，t=2.33 ；在5.6.2.3節(jié)中另對混凝土強度的驗收標準作了兩條規(guī)定，可見美國混凝土學(xué)會并不是按混凝土配制強度驗收混凝土的 。另外，從ACI 214標準的4.2.2節(jié)準則2也可以看出，式3 是用來計算混凝土配制強度的。除SD207-82標準之外，尚沒有見到直接用配制強度作為強度驗收標準的實際例子。

　　加拿大國家標準（CSA標準）是原引美國混凝土強度驗收標準，要求任意連續(xù)3組強度平均值不低于標號。在加拿大人為小浪底編制的合同技術(shù)條款中，混凝土強度驗收標準，只是把“任意連續(xù)3組”改成了“任意連續(xù)5組”而已。中國公司在巴基斯坦一項引水工程中，混凝土強度評定采用英國標準，以連續(xù)4組為一個驗收批，要求平均強度不低于1.4S。
 
　　如前所述，混凝土強度驗收標準，不應(yīng)只考慮強度保證率（合格質(zhì)量水平）一個參數(shù)，還應(yīng)控制錯判和漏判慨率，使工程建設(shè)的甲方（建設(shè)單位）和乙方（施工單位）合理分擔驗收風險。
 
Ⅱ、DL/T5144-2001標準中，混凝土強度的接收概率 
    

 
 
　　由上圖4可以看出：

①、同是保證率95%、樣本量30的混凝土，新標準    DL/T 5144-2001標準和老標準SDJ 207-82相比OC曲線相距甚遠，前者偏右，質(zhì)量要求降低明顯。

②、新標準DL/T 5144-2001標準對強度質(zhì)量的要求隨樣本量增大明顯降低，樣本量2組和樣本量30組OC曲線相比，后者明顯靠右。隨樣本量繼續(xù)增大這一問題更加突出。

③、DL/T5144-2001標準設(shè)置的最小值驗收條款與上述平均值條款正好相反。對強度質(zhì)量的要求隨樣本量增大明顯加嚴，樣本量為2的OC曲線在右上方，而樣本量為30組的OC曲線卻跑到了左下方。由此也可以看出，該標準設(shè)定的平均值驗收條款與最小值驗收條款是不能很好匹配的。

Ⅲ、DL/T5144-2001標準似乎較少考慮如何利用抽樣檢驗的理論和方法劃分驗收批、確定驗收常數(shù)

　　由該標準平均值驗收函數(shù)的接收概率曲線（OC曲線）圖5可以看出，隨著組數(shù)n的加大曲線明顯向右偏移，驗收標準越來越寬松，特別使左上段曲線平緩鑒別力很低，對要求強度保證率為95%的混凝土，當強度不合格率P0已明顯大于0.05時仍能以高概率被接收，例如當n=30、P0=0.3左右時，該標準仍將以85%以上的概率接收這批混凝土（見圖5）。

Ⅳ、DL/T5144設(shè)置了最小值驗收條文，但該條文只區(qū)分強度等級，不區(qū)分樣本量n的大小，使得n越大驗收尺度越嚴，當n達到30以上時，批能否被接收將由最小值驗收條文決定（見圖6），從這一點也可以看出該標準設(shè)置的兩個驗收條文是不怎么匹配的。 

 
3、對混凝土強度評定標準的建議

⑴、抽樣檢驗類型

　　對于水工混凝土強度平均值的驗收標準，建議采用不合格品率計量標準型一次抽檢的方差已知方案。這是國際標準化組織（ISO）推薦的方法，歐洲標準、英國、德國等國家采用，也是我國GBJ 107—87、DL/T5144—2001采用的方法。關(guān)鍵是如何確定驗收常數(shù)k及估計小樣本的總體均方差σ兩個問題。下面就解決這兩個問題提出個人的建議。

⑵、混凝土強度質(zhì)量參數(shù)設(shè)定的原則和建議

   按國標《不合格品率的計量標準型一次抽樣檢驗程序及表》（GB/T 8053—2001)和國標《抽樣檢驗導(dǎo)則》（GB/T13393-92）規(guī)定，對混凝土強度總體質(zhì)量的要求有：可接受質(zhì)量水平P0（合格質(zhì)量水平）；極限質(zhì)量（最低質(zhì)量）水平P1 ；以及相應(yīng)的錯判概率α和漏判概率β。當一批混凝土的不合格率≤P0時，認為該批混凝土強度合格，應(yīng)以高概率接收該批混凝土產(chǎn)品；當一批混凝土的不合格率≥P1時，認為該批混凝土強度不合格，應(yīng)以小概率接收即以高概率拒收該批混凝土產(chǎn)品。 

①、混凝土強度的合格水平 (P0)

　　現(xiàn)行混凝土強度質(zhì)量參數(shù)為強度保證率(1-P0)，按GBJ 207-82和混凝土重力壩設(shè)計規(guī)范的規(guī)定， 28天齡期，大體積混凝土強度保證率應(yīng)達到80％及以上，即P0=0.2；按許可應(yīng)力法設(shè)計的混凝土強度保證率應(yīng)達到90％及以上，即P0=0.1。

按水工鋼筋混凝土設(shè)計規(guī)范和《混凝土強度評定標準》（GBJ 107-87）、國際標準ISO3938規(guī)定，混凝土強度保證率應(yīng)為95％，即P0=0.05。

②、混凝土強度質(zhì)量下限(P1)

　　按ISO標準為0.5；國家標準GBJ 107-87取0.5，相應(yīng)的β值為0.11；水閘施工規(guī)范為0.4；本文建議，水工鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)為0.4；按許可應(yīng)力法設(shè)計的混凝土和大體積混凝土為0.5。

③、甲乙雙方驗收風險概率β，α

　　《建筑工程施工質(zhì)量驗收統(tǒng)一標準》（GB 50300-2001）規(guī)定，在制定檢驗批的抽檢方案時，對生產(chǎn)方風險α和使用方風險β可按下列規(guī)定采?。褐骺仨椖喀梁挺戮灰顺^5％（混凝土強度被列為主控項目）；一般項目α不宜超過5％，β不宜超過10％?！堕l施工規(guī)范》（SL  27-91）當n=5～30時,α=0.28～0.1, β＝0.2～0.02。國家標準GBJ 107-87，當n=3時α=0.05，β=0.11。

　　由于混凝土強度屬主控項目，雙方的驗收風險都不應(yīng)太大。但考慮到水工混凝土以往評定標準中施工方的驗收風險過大（50％），業(yè)主方的驗收風險過?。ú坏?.0004%）的現(xiàn)實，應(yīng)適當減小施工方的風險α，增大業(yè)主方的驗收風險β；但為保持新老標準的平穩(wěn)過渡，避免施工質(zhì)量水平的大起大落，也不宜一次將施工方風險降低過多，以達到雙方風險對等的程度。鑒于此，本人認為，水工混凝土強度驗收時的雙方風險，施工方風險α在25％左右，業(yè)主方風險β在5～10％左右為宜。

④、驗收批的樣本量n的確定

　　采用方差已知方案，在已知P0、P1、α、β時，可用公式初算。

　　在上述設(shè)定條件下，n為5左右。根據(jù)混凝土單元工程評定驗收的實際需要及其他混凝土標準的現(xiàn)實，當保證率95%和９０％時，取n=3；當保證率80%時，取n=6。．

（3）、平均值驗收條款中的驗收常數(shù)k

  采用方差已知，分批驗收的方法，連續(xù)3（或6）組混凝土試件組成一個驗收批。
建議的具體驗收方案如下：

①、混凝土類別及強度質(zhì)量標準 
   

②、方差已知方案（σ已知）

（一）、適用范圍：

  　用于商品和自動化集中攪拌生產(chǎn)的混凝土。 

（二）、 批量劃分

　　混凝土強度應(yīng)分批進行驗收；施工現(xiàn)場的現(xiàn)澆混凝土應(yīng)按單元工程劃分驗收批。一個驗收批的混凝土應(yīng)由設(shè)計齡期、強度等級、耐久性要求相同以及生產(chǎn)工藝條件、原材料和配合比基本相同的混凝土組成。Ⅰ、Ⅱ類混凝土和變態(tài)混凝土連續(xù)3組試件強度為一個驗收批；Ⅲ類混凝土連續(xù)6組試件強度為一個驗收批。

（三）、抗壓強度取樣頻度

Ⅰ、Ⅱ類混凝土和變態(tài)混凝土28天齡期，每100盤，但不超過200方同配合比混凝土取1組抗壓試件；Ⅲ類混凝土，每100盤，但不超過500方同配合比混凝土取1組抗壓試件。設(shè)計齡期可適當減少取樣頻度。

每一作業(yè)班,同拌和機拌制的同配合比混凝土不足100盤時，其取樣數(shù)量不得少于1組。

（四）、混凝土強度驗收評定標準

任一驗收批混凝土強度應(yīng)同時滿足下列兩個條件：

◆、平均值驗收條件

驗收函數(shù)式為 


          
　　當混凝土設(shè)計齡期、強度等級、耐久性要求相同以及生產(chǎn)工藝條件和配合比基本相同混凝土的試件組數(shù)不足45組時按本文附錄查表計算；等于大于45組時按公式計算。
混凝土類別系數(shù)和驗收常數(shù)表

　　不同類別混凝土驗收風險α、β和相應(yīng)的接受概率曲線（OC曲線）見下表和圖７

平均值條文的驗收風險：
 

      可以看出，當前國內(nèi)標準對同強度試件少于45組時無法估計總體均方差σ。美國ＡCI318標準采用的總體均方差σ估計方法尚缺乏嚴格的理論依據(jù)。
   
②、本文建議采用國標《正態(tài)分布變差系數(shù)置信上限》（GB/T 11791—89），在樣本不足45時較準確地估計總體均方差σ。該方法有可靠的理論基礎(chǔ)，并在一些行業(yè)中實際應(yīng)用。具體方法是：

   當樣本均方差滿足0.06＜CVs＜0.3 且n≥6時， 可由下式近似計算總體離差系數(shù)的置信上限CVU