混凝土強度分布規(guī)律及其評定結(jié)果在線分析系統(tǒng)設(shè)計與實現(xiàn)

李 猛 岳向陽

（中建西部建設(shè)新疆有限公司 新疆維吾爾自治區(qū)烏魯木齊市 830000）

1 混凝土材料的抽樣

目前，我國對混凝土強度以“強度等級”來表達，混凝土的實際強度值是一些離散的數(shù)值。為設(shè)計、施工和驗收的方便，將不同質(zhì)量的混凝土按標準條件下的立方體抗壓分為若干級別，以符號C及其后面的立方體抗壓強度標準值來表達。如：C20、C30等。

一批混凝土的實際強度不可能是一個值，而是呈現(xiàn)某種分布，強度有高有低。在實際工程中進行質(zhì)量檢驗時，我們不能將所有的混凝土逐一進行試驗而求得結(jié)果，而只能用抽樣檢驗的方法。

所謂抽樣檢驗是指從交驗的一批產(chǎn)品中（批量為N）隨機抽取一個樣本（由幾個單位產(chǎn)品組成）進行檢驗，從而對產(chǎn)品質(zhì)量作出評判的過程。抽樣檢驗的目的在于：通過樣本推斷總體。而其期望在于“用盡量少的樣本量來盡可能準確地判定總體（批）的質(zhì)量”。

對于混凝土的評定規(guī)范規(guī)定：結(jié)構(gòu)混凝土的強度等級必須符合設(shè)計要求。用于結(jié)構(gòu)混凝土強度的試件，應(yīng)在混凝土的澆筑地點隨機抽取。預拌（商品）混凝土應(yīng)隨機從同一運輸車中抽取，試樣應(yīng)在卸料量的1/4～3/4之間采取，取樣與試件留置應(yīng)符合下列規(guī)定：

每拌制100盤且不超過100m3的同配合比的混凝土，取樣不得少于一次。

每工作班拌制的同一配合比的混凝土不足100盤時，取樣不得少于一次。

每一樓層，同一配合比混凝土，取樣不得少于一次。

當一次連續(xù)澆筑超過1000m3時，同一配合比的混凝土每200m3取樣不得少于一次。

對有抗?jié)B要求的混凝土，取樣頻率均應(yīng)為同一工程，同一配合比不得少于一次，留置組數(shù)科根據(jù)實際需要確定。

為了統(tǒng)一和便于比較，規(guī)范以邊長150mm的立方體作為標準試件。當混凝土中粗骨料粒徑不大于31.5mm時，可采用邊長100mm的立方體，評定時，乘以0.95的換算系數(shù)。當混凝土強度等級≥C60時，宜采用標準試件。否則，尺寸換算系數(shù)應(yīng)由試驗確定。

2 混凝土強度的波動規(guī)律-正態(tài)分布

大量的試驗結(jié)果表明，盡管原材料、配合比、攪拌成型、養(yǎng)護、試驗條件完全相同的一批混凝土，其試件強度有高有低，抗壓強度呈現(xiàn)出波動的數(shù)值。有時波動還比較大，但這種波動不是雜亂無章的，當抽樣數(shù)量達到足夠量時，這種波動則遵循一定的規(guī)律。對同強度等級的一批混凝土，強度大多數(shù)都出現(xiàn)在強度平均值附近，距平均值越遠的數(shù)量越少，形成中間多兩側(cè)少的分布。經(jīng)分布假設(shè)檢驗其結(jié)果表明，混凝土強度的波動規(guī)律可用正態(tài)分布來描述。

正態(tài)分布具有兩個參數(shù)：即平均值μ和標準差σ。平均值表達了這批混凝土強度平均水平的高低，平均值越大，則這批混凝土的強度越高。標準差表達了這批混凝土的勻質(zhì)性，勻質(zhì)性越好則標準差越小，曲線越“瘦高”，即各組強度值都集中在平均值附近離散程度越小。在建筑工程中，如能較好的控制混凝土強度波動規(guī)律，基本上可視為正態(tài)分布。

下面就中建西部建設(shè)某批次C30級取樣收集成型的混凝土試件為例，論述分析過程：

（1）從數(shù)據(jù)庫中查詢開發(fā)區(qū)廠、強度等級為C30、普通混凝土、2019-05-21至2019-06-21的混凝土強度檢測結(jié)果數(shù)據(jù)。

（2）如將上述數(shù)據(jù)用間距4MPa分成10組，則可根據(jù)分組強度計算得出頻率表，見圖2。

以Y軸為頻率值，X軸為強度值建立直角坐標系，描繪出頻率直方圖，見圖3。

（3）計算出試塊強度的平均值和標準差，mfc（uμ）=36.3MPa，sfc（uσ）=3.1MPa，見表1。根據(jù)概率密度函數(shù)可計算對應(yīng)正態(tài)分布值。以Y軸為頻率值，X軸為強度值建立直角坐標系，見圖4；在根據(jù)頻率直方圖近似地描繪出正態(tài)分布曲線，見圖5。

圖1 強度數(shù)據(jù)查詢結(jié)果

圖2 強度計算頻率

圖3 強度頻率直方

表1 強度均值、標準差、組數(shù)

圖4 強度正太分布曲線值

3 混凝土強度檢驗評定

混凝土強度檢驗評定應(yīng)分批進行，構(gòu)成同一驗收批的混凝土質(zhì)量狀態(tài)應(yīng)大體一致。規(guī)范規(guī)定混凝土強度等級、齡期、生產(chǎn)工藝條件配合比應(yīng)相同。對施工現(xiàn)場的現(xiàn)澆混凝土，應(yīng)按單位工程驗收項目劃分驗收批進行統(tǒng)計評定。

圖5 頻率直方圖-正態(tài)分布曲線

混凝土強度檢驗評定有兩種方法：統(tǒng)計方法和非統(tǒng)計方法。查詢原始數(shù)據(jù)后先計算出 λ1、λ2、λ3、λ4、組數(shù)、平均值、最小值、標準差的值，當標準差小于 2.5 時取 2.5。分別計算 mfcu-λ1×Sfcu≥fcu，k，fcu，min≥λ2×fcu，k，mfcu≥λ3×fcu，k，fcu，min≥0.95fcu，k，根據(jù)組數(shù)選用對于評定規(guī)則，最終計算出此條件下該批次混凝土強度評定結(jié)果，見圖6。

圖6 強度評定結(jié)果

4 信息系統(tǒng)設(shè)計與實現(xiàn)

基于以上過程，以finereport開發(fā)平臺為例，實現(xiàn)該信息系統(tǒng)功能設(shè)計。實現(xiàn)強度檢測結(jié)果的在線查詢，自動生成該查詢結(jié)果批次的強度評定結(jié)果和強度正態(tài)分布曲線。

（1）引入數(shù)據(jù)庫查詢語句，并設(shè)置單位、預拌廠、等級、類型、開始日期、截止日期為篩選條件。

（2）然后設(shè)計頻率直方圖—正態(tài)分布曲線圖表，7d、28d變化曲線圖表，評定結(jié)果列表，檢測記錄明細表4個組件，并關(guān)聯(lián)對應(yīng)數(shù)據(jù)集。

（3）最后查看運行結(jié)果，可根據(jù)頂部篩選條件，查詢對應(yīng)取樣和檢測結(jié)果明細，并生成對應(yīng)評定結(jié)果，直方圖與正態(tài)分布曲線，強度變化曲線。

5 結(jié)論

（1）運用SQL數(shù)據(jù)庫語句結(jié)合概率密度函數(shù)可快速計算各分段強度的正態(tài)分布曲線值。

（2）運用SQL數(shù)據(jù)庫語句結(jié)合強度檢測結(jié)果評定規(guī)則，可對結(jié)果數(shù)據(jù)按規(guī)則進行批量評定。

（3）基于以上兩點，可利用信息化工具簡單快速實現(xiàn)混凝土強度分布規(guī)律及其評定結(jié)果在線分析系統(tǒng)的開發(fā)設(shè)計。

（4）后期結(jié)合數(shù)據(jù)分析工具與算法模型，可進一步對混凝土質(zhì)量進行更加科學、直觀、便捷的評定分析。