混凝土強度檢測能力驗證的方案策劃與實施分析

吳玉龍，卜青青，周紅艷，顧以明，高 峰，耿軍平

（1.昆山市建設(shè)工程質(zhì)量檢測中心，江蘇 昆山 215337；2.江蘇省建設(shè)工程質(zhì)量監(jiān)督總站，江蘇 南京 210036；3.蘇州方正工程技術(shù)開發(fā)檢測有限公司，江蘇 蘇州 215131）

0 引言

近年來，砂石等原材料和外加劑價格上漲，一些商品混凝土廠家為降低成本而使用劣質(zhì)材料生產(chǎn)混凝土，導(dǎo)致工程混凝土強度不合格的情況時有發(fā)生，甚至還引發(fā)了一些工程事故?；炷翉姸炔蛔悖瑯?gòu)件易產(chǎn)生早期裂縫和較大的變形，還影響構(gòu)件的抗?jié)B性能、耐久性能，更重要的是影響結(jié)構(gòu)承載能力［1-2］。因此，對工程實體的混凝土強度進行檢測或抽查顯得尤為重要，而工程檢測機構(gòu)和檢測人員的能力關(guān)乎檢測結(jié)果的有效性和準確性，進行江蘇全省范圍內(nèi)的混凝土強度檢測能力比對，對有效提高全省檢測能力水平意義重大。

為順應(yīng)《省住房城鄉(xiāng)建設(shè)廳關(guān)于做好 2019 年全省建設(shè)工程質(zhì)量檢測能力驗證工作的通知》和《關(guān)于開展 2019 年全省建設(shè)工程主體結(jié)構(gòu)現(xiàn)場檢測能力驗證工作的通知》要求，在江蘇省建設(shè)工程質(zhì)量監(jiān)督總站的組織下，昆山市建設(shè)工程質(zhì)量檢測中心與協(xié)辦方蘇州方正工程技術(shù)開發(fā)檢測有限公司緊密協(xié)作，順利承辦了“2019 年混凝土強度檢測能力驗證”工作。2019 年 10 月 26 日～27 日，全省 263 家檢測機構(gòu)的 789 名檢測人員參加了此次能力驗證活動并達到了預(yù)期的效果。

1 技術(shù)難點和創(chuàng)新方案

1.1 技術(shù)難點

混凝土強度一般是指混凝土的抗壓強度，其常用的檢測方法主要包括回彈法和鉆芯法。鉆芯法作為最直觀、最可靠的混凝土抗壓強度檢測方法優(yōu)勢明顯但也存在不足之處：需要采用膨脹螺栓將鉆芯機固定在構(gòu)件上，并且需要進行 220 V 交流電和冷卻水供應(yīng)。此外，在后期，芯樣必須在實驗室進行加工處理并在壓力試驗機上進行抗壓試驗。因此，就安全性、可實施性和便捷性等各方面而言，鉆芯法不適合用于開展能力驗證等大型活動?；貜椃ㄗ鳛楣こ躺线M行混凝土抗壓強度檢測最常用的方法之一，具有檢測設(shè)備輕便、便于抽查、部位隨機、對結(jié)構(gòu)無損、單人即可操作、方面便捷等優(yōu)勢。采用回彈法開展混凝土抗壓強度檢測能力驗證不僅意義重大，同時也易于實施［3］。

然而，采用回彈法開展能力驗證仍然存在一些問題需要解決：一方面，根據(jù) JGJ/T 23－2011《回彈法檢測混凝土抗壓強度技術(shù)規(guī)程》［4］要求，同一測點只允許彈擊一次、測點的凈距不宜小于 20 mm 以及對相鄰測區(qū)間距和測區(qū)距邊緣距離也作了要求，因此，與鋼筋保護層或鋼筋位置檢測能力驗證有所不同，樣品試件無法循環(huán)利用。另一方面，若采用不同的樣品試件進行能力驗證也存在兩個問題：一是由于不同樣品試件其混凝土在澆筑、振搗及養(yǎng)護過程中都會存在一定差異，不同樣品試件的混凝土強度會存在一定差異；二是由于回彈法是通過混凝土表面硬度推定其抗壓強度的一種方法，因此對于必定存在表面狀態(tài)差別的不同樣品試件而言，回彈值必定受到影響從而最終影響抗壓強度推定結(jié)果。因此無法使每個驗證人員的樣品試件統(tǒng)一化和標準化，使評價結(jié)果的科學(xué)性和合理性大打折扣［5］。

根據(jù)工程實踐經(jīng)驗，綜合上述兩個因素，回彈法檢測不同樣品試件的抗壓強度可能存在 ±2 MPa 的偏差，這個偏差不可忽略。因此，將能力驗證檢測結(jié)果直接與設(shè)計值比對進行能力評定顯然欠缺合理性。Z 值統(tǒng)計法是一種常用來進行能力驗證結(jié)果統(tǒng)計和評定的優(yōu)良方法，它適用于對同一樣品試件某一參數(shù)的大容量重復(fù)試驗，依據(jù)檢測隨機誤差呈正態(tài)分布的原理，將結(jié)果中與中位值偏離大的小概率事件結(jié)果評定為不滿意。然而，對于不同的樣品試件或同一樣品試件的不同部位進行混凝土表面硬度或抗壓強度檢測，并不能認為是對同一參數(shù)的重復(fù)性試驗，因此，采用 Z 值統(tǒng)計的方法進行結(jié)果評定也是不合理的［6］?？梢姡捎迷O(shè)計值或 Z 值統(tǒng)計法對回彈法檢測混凝土抗壓強度能力驗證結(jié)果進行評定，缺乏科學(xué)性和公平性，容易招來非議。

1.2 創(chuàng)新方案

1.2.1 創(chuàng)新對策

鑒于以上分析，回彈檢測的對象無論是同一試件不同部位或是不同試件，都無法規(guī)避混凝土抗壓強度存在偏差的問題。因此，為克服該問題，創(chuàng)造性地提出了“分割回彈檢測和數(shù)據(jù)處理評價，分別對驗證人員回彈檢測的現(xiàn)場操作水平（數(shù)據(jù)不作采集）和數(shù)據(jù)處理水平進行考核”的新思路。在此基礎(chǔ)上，鑒于單純的回彈法數(shù)據(jù)處理考核難度低，經(jīng)專家研究，制定了以“現(xiàn)場操作水平考核+鉆心修正回彈數(shù)據(jù)處理水平考核”聯(lián)合方式的創(chuàng)新方案，從根本上解決了上述的核心問題。

1.2.2 現(xiàn)場操作水平考核

按照 JGJ/T 23－2011《回彈法檢測混凝土抗壓強度技術(shù)規(guī)程》要求，每位檢測人員對現(xiàn)場樣品試件進行回彈操作，并對整個過程中環(huán)境條件檢查、儀器檢查和率定、測區(qū)和測點布置、回彈動作、碳化深度測量以及原始記錄等進行全面考核，現(xiàn)場助理裁判事先進行回彈法統(tǒng)一培訓(xùn)，在能力驗證現(xiàn)場進行全過程旁站監(jiān)視、錄像、20 分鐘倒計時并在《現(xiàn)場操作水平考核記錄表》對按各環(huán)節(jié)具體要求打分，再交由專家組綜合評判，滿分 100 分，《現(xiàn)場操作水平考核記錄表》如圖 1 所示。

1.2.3 數(shù)據(jù)處理水平考核

圖1 現(xiàn)場操作水平考核記錄表

數(shù)據(jù)處理水平考核是鉆芯修正回彈數(shù)據(jù)處理水平考核的簡稱，依據(jù) GB/T 50784－2013《混凝土結(jié)構(gòu)現(xiàn)場檢測技術(shù)標準》，采用總體修正量的鉆芯修正法對檢驗批回彈法檢測結(jié)果進行修正，考核時間為 150 min。每位能力驗證人員提交的《結(jié)果報告單》中需要詳細寫出核心計算步驟和符合性評定過程，主要涵蓋芯樣試件尺寸偏差及判別和抗壓強度計算、芯樣混凝土抗壓強度異常數(shù)據(jù)檢驗、判別和處理、總體修正量法芯樣混凝土抗壓強度推定區(qū)間計算與適用性判別、總體修正量計算、修正后檢驗批混凝土抗壓強度推定區(qū)間計算以及結(jié)果評定等等［7］。閱卷專家組按《數(shù)據(jù)處理水平考核評分細則》對每份《結(jié)果報告單》進行綜合評分，滿分 100 分，《數(shù)據(jù)處理水平考核評分細則》如圖 2 所示。

1.2.4 樣品試件方案

圖2 數(shù)據(jù)處理水平考核評分細則

1）樣品試件來源。在“創(chuàng)新方案”下，回彈數(shù)據(jù)已不作采集分析，因此不再對樣品試件的均質(zhì)性提出高要求。然而，一方面，由于樣品試件表面仍需要進行劃分測區(qū)、回彈檢測和碳化測量，因而每名人員都應(yīng)具備獨立的操作面。如果循環(huán)利用樣品試件就一定會造成相互干擾而無法順利實施，因此制備大量樣品試件是必要的。另一方面，通常情況尺寸小的樣品試件不易滿足人員操作空間需要，因而采用大尺寸的樣品試件也是必要的。這兩方面都大大增加了制作成本。承辦單位正計劃采購一批樁基靜載用的壓重配塊（尺寸3 000 mm×670 mm×800 mm），可以作為能力驗證的樣品試件，同時還解決了費用問題。

2）樣品試件布置和檢測區(qū)域劃分。由于回彈數(shù)據(jù)不作采集，測區(qū)數(shù)量的多少基本不會對驗證結(jié)果產(chǎn)生影響，因此，測區(qū)越少越有利于減少樣品試件制作數(shù)量。然而，如果僅設(shè)定驗證 1～4 個測區(qū)，就會面臨 3 個問題：首先，在測區(qū)中隨機選擇測量碳化深度受到限制；其次，依據(jù) JGJ/T 23－2011《回彈法檢測混凝土抗壓強度技術(shù)規(guī)程》要求，構(gòu)件檢測的最小測區(qū)數(shù)量不應(yīng)小于 5 個，導(dǎo)致與規(guī)范不符且缺乏科學(xué)性；最后，測區(qū)太少也不利于現(xiàn)場有充足的時間考核打分。因此，綜合考慮驗證的規(guī)范性、科學(xué)性和樣品試件數(shù)量，采取按照高度小于 300 mm 的小型構(gòu)件回彈 5 個測區(qū)進行評定。

將每個樣品試件正視面（后視面）劃分為 4 個檢測區(qū)域，并使每個檢測區(qū)域的尺寸為 1 500 mm（長）×300 mm（高），符合小型構(gòu)件要求，每名驗證人員獨立使用一個檢測區(qū)域，即每個樣品試件可供 8 人依次操作。根據(jù)全省檢測機構(gòu)和驗證人員數(shù)量以及其他因素，制作樣品試件 100 塊，并且，為節(jié)省場地空間將樣品試件分兩層疊放。樣品試件疊放與檢測區(qū)域劃分示意圖如圖 3 所示。

圖3 樣品試件疊放與檢測區(qū)域劃分示意圖（Ⅰ面指代正視面）（單位：mm）

2 實施過程

2019 年 7 月，承辦方首先進行了方案設(shè)計并論證， 8 月～9 月進行了樣品試件制作和數(shù)據(jù)處理水平考核 的試題編制，并順利通過專家組的評審和確認。10 月 26 日～27 日，各檢測機構(gòu)的驗證人員在協(xié)辦方所在地進行了分批報到、抽簽、測試和考核完成了全省共 263 家檢測機構(gòu) 789 名人員的驗證工作，現(xiàn)場照片如圖 4 所示。

3 驗證結(jié)果和分析

3.1 驗證結(jié)果

依據(jù)相關(guān)標準規(guī)范，對驗證人員的現(xiàn)場操作水平考核和數(shù)據(jù)處理水平考核得分進行專家組綜合評審，綜合成績的滿分為 100 分，其中現(xiàn)場操作權(quán)重 30 %，數(shù)據(jù)處理權(quán)重 70 %。當數(shù)據(jù)處理水平考核出現(xiàn)顛覆性結(jié)論時，直接判為不滿意結(jié)果（以零分統(tǒng)計）。驗證人員能力評定標準如表 1 所示。

表1 人員能力評定標準

對綜合成績在各得分區(qū)間的人數(shù)進行統(tǒng)計分析，人員能力評定結(jié)果如下：714 名人員為滿意結(jié)果，占比 90.49 %；37 名人員可疑結(jié)果，占比 4.69 %；38 名人員為不滿意結(jié)果，占比 4.82 %，人員能力評定結(jié)果如表 2 所示。在此基礎(chǔ)上，對檢測機構(gòu)能力進行了綜合評定結(jié)果如下：228 家檢測機構(gòu)為滿意結(jié)果，占比 86.69 %；29 家檢測機構(gòu)為可疑結(jié)果，占比 11.03 %；6 家檢測機構(gòu)為不滿意結(jié)果，占比 2.28 %，檢測機構(gòu)能力評定結(jié)果如表 3 所示，人員及檢測機構(gòu)能力分布如圖 5 所示。

表2 人員能力評定結(jié)果

圖4 能力驗證實施過程現(xiàn)場照片

表3 檢測機構(gòu)能力評定結(jié)果

圖5 人員及檢測機構(gòu)能力分布圖

3.2 結(jié)果和問題分析

1）從驗證結(jié)果而言，90.49 % 的人員和 86.69 % 的檢測機構(gòu)為滿意結(jié)果，4.69 % 的人員和 11.03 % 的檢測機構(gòu)為可疑結(jié)果，僅有 4.82 % 的人員和 2.28 % 的檢測機構(gòu)出現(xiàn)不滿意結(jié)果，間接表明本次能力驗證難度不大，對熟練或基本掌握混凝土抗壓強度檢測能力的人員和檢測機構(gòu)均可以順利通過能力驗證，而不通過能力驗證的人員和檢測機構(gòu)都明顯表現(xiàn)出在該項檢測能力上的不足，亟需進一步學(xué)習(xí)或培訓(xùn)以滿足工程檢測的要求。

2）根據(jù)《現(xiàn)場操作水平考核記錄表》、錄像以及巡查記錄，對人員在能力驗證過程中出現(xiàn)的問題匯總分析，主要包括：儀器或標示未檢查、率定操作彈擊桿旋轉(zhuǎn)方式錯誤、測區(qū)布置不符合要求或測區(qū)未編號、彈擊操作過快或伴有沖擊、碳化深度的記錄測區(qū)與實際不對應(yīng)、記錄碳化深度值時修約錯誤、芯樣抗壓強度或異常值檢驗計算錯誤、異常值剔除錯誤、n 值取值錯誤、推定區(qū)間系數(shù) k0.5和 k0.05取值錯誤以及將高度和直徑看反或錯誤采用芯樣抗壓強度推定區(qū)間直接評判導(dǎo)致顛覆性結(jié)論等等。此外，將已知量數(shù)據(jù)看錯、計算單位錯誤或遺漏以及數(shù)據(jù)修約錯誤等問題普遍存在。

4 結(jié)論和建議

在主辦單位的組織下，承辦單位與協(xié)辦單位緊密合作較為成功地完成了本次能力驗證工作，受到了廣泛好評，總結(jié)有以下結(jié)論和建議。

1）驗證結(jié)果表明：大多數(shù)檢測機構(gòu)和人員較好地掌握了混凝土抗壓強度的檢測操作和數(shù)據(jù)分析，能較好地運用；小部分檢測機構(gòu)和人員在現(xiàn)場回彈法檢測的儀器檢查或率定、測區(qū)布置、碳化深度測量以及數(shù)據(jù)處理水平考核的數(shù)據(jù)分析和結(jié)果評定存在較多問題。各檢測機構(gòu)和人員可參照本文匯總的問題，進行對標找茬，有效提高檢測能力水平。

2）本次能力驗證方案設(shè)計科學(xué)并通過創(chuàng)新考核方式克服技術(shù)難點，從源頭保證了比對活動的科學(xué)性和公平性；有效的組織、全面的監(jiān)督和合理的評分機制也是驗證活動順利實施的保障，相關(guān)經(jīng)驗可供參考借鑒。