X-R控制圖在混凝土試塊強(qiáng)度分析中的應(yīng)用

沈鴻珍

(濱州學(xué)院，山東 濱州 256600)

我國(guó)建筑的快速發(fā)展和日益增長(zhǎng)的規(guī)模，使得混凝土作為基本的建筑復(fù)合材料廣泛應(yīng)用于工程中，而混凝土立方體試塊抗壓強(qiáng)度作為基本的性能，其標(biāo)準(zhǔn)試塊抗壓強(qiáng)度的優(yōu)劣一直為現(xiàn)場(chǎng)人員關(guān)注，需要對(duì)工程混凝土試塊強(qiáng)度的質(zhì)量進(jìn)行分析優(yōu)缺點(diǎn)，制定措施進(jìn)而指導(dǎo)實(shí)踐。而現(xiàn)在市場(chǎng)的激烈競(jìng)爭(zhēng)，也需要混凝土廠在滿足客戶的需求下，進(jìn)一步深入分析，優(yōu)化混凝土性能和增強(qiáng)需求性。X-R法是常規(guī)控制圖[1]中常見的方法，利用統(tǒng)計(jì)技術(shù)把數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化為圖形，進(jìn)而分析過(guò)程變化或評(píng)定生產(chǎn)和波動(dòng)分布狀態(tài)，找出原因或有意的信息反饋生產(chǎn)或服務(wù)過(guò)程。因此，本文對(duì)實(shí)踐中的某學(xué)校民用航空實(shí)驗(yàn)實(shí)訓(xùn)樓混凝土試塊立方體抗壓強(qiáng)度質(zhì)量進(jìn)行分析，試?yán)每刂茍DX-R法和非統(tǒng)計(jì)方法為質(zhì)量管理與控制方法進(jìn)行研究和評(píng)定，以期找出實(shí)踐中混凝土試塊過(guò)程的不足和異常因素，試分析出相應(yīng)的措施，以期提高現(xiàn)場(chǎng)混凝土質(zhì)量管理。

1 工程概況及試塊數(shù)據(jù)

1.1 工程概況

工程為某學(xué)校民用航空實(shí)驗(yàn)實(shí)訓(xùn)樓，總面積24 000 m2，框架結(jié)構(gòu)，混凝土采用C30,商品混凝土。

1.2 試塊數(shù)據(jù)

文中的試塊為本工程現(xiàn)場(chǎng)按同條件下標(biāo)準(zhǔn)制作而成，在檢測(cè)機(jī)構(gòu)的標(biāo)準(zhǔn)室養(yǎng)護(hù)28 d，進(jìn)行立方體抗壓強(qiáng)度實(shí)驗(yàn)，得到其抗壓強(qiáng)度值，如表1。立方體(150 mm×150 mm×150 mm)抗壓強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)試塊，按照有關(guān)規(guī)定實(shí)驗(yàn)采用 3 個(gè)試件為 1 組，每一個(gè)時(shí)間點(diǎn)按同條件下標(biāo)準(zhǔn)成型制作2組，6個(gè)試塊。利用控制圖X-R法和非統(tǒng)計(jì)方法進(jìn)行分析，為覆蓋38小組，即114個(gè)試塊，把一個(gè)時(shí)間點(diǎn)的2個(gè)小組為1組，總共19組。

2 非統(tǒng)計(jì)方法數(shù)理統(tǒng)計(jì)

由表1所述，19組中的一組，是由每一個(gè)時(shí)間點(diǎn)按同條件下標(biāo)準(zhǔn)成型制作2組組成。當(dāng)混凝土現(xiàn)場(chǎng)攪拌制作試塊組數(shù)小于10組時(shí)，可采用非統(tǒng)計(jì)法評(píng)定[2]。采用非統(tǒng)計(jì)法評(píng)定時(shí)，要同時(shí)滿足式(1)要求。

表1 C30混凝土試塊立方體抗壓強(qiáng)度值

mfcu≥λ3·fcu·kfcu·min≥λ4·fcu·k

(1)

式中，mfcu為立方體抗壓強(qiáng)度的平均值；fcu·min為抗壓強(qiáng)度的最小值，fcuk為體抗壓強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值；合格評(píng)定系數(shù)由文獻(xiàn)[2]查得，λ3為1.15，λ4為0.95。由表1可知，每組抗壓強(qiáng)度的平均值mfcu的最小值為38.7 MPa；114塊試塊立方體抗壓強(qiáng)度的最小值fcu·min為34.7 MPa。

(2)

由式(2)知，符合非統(tǒng)計(jì)方法評(píng)定，所以19組該批混凝土強(qiáng)度評(píng)定為合格。但是利用非統(tǒng)計(jì)方法評(píng)定范圍比較寬泛，沒有很好的反映出每組混凝土強(qiáng)度值的平均值波動(dòng)分布和質(zhì)量特性的極差的散差變化等，所以采用控制圖X-R法進(jìn)一步分析，試找出原因或有意的信息反饋生產(chǎn)、服務(wù)過(guò)程或預(yù)防的作用。

3 X-R控制圖法數(shù)理統(tǒng)計(jì)

X-R法是常規(guī)控制圖[1]中常見的方法，一般通過(guò)收集整理數(shù)據(jù)，利用X-R統(tǒng)計(jì)計(jì)算方法和精準(zhǔn)畫出圖形，分析判斷質(zhì)量和存在的問(wèn)題，及時(shí)消除異常信息，改進(jìn)措施。

(3)

(4)

進(jìn)一步利用控制圖數(shù)理技術(shù)計(jì)算出相應(yīng)的控制限值，如公式(5)，UCL為均值和極差上控制限，LCL為均值和極差下控制限，CL為均值和極差中心線，計(jì)算如下：

=41.097MPa

=39.353MPa

(5)

式中：D4、D3、A2為常數(shù)，通過(guò)常規(guī)控制圖[1]查得。圖1為R圖和圖2為X圖。

4 X-R控制圖和非統(tǒng)計(jì)方法結(jié)果分析

4.1 非統(tǒng)計(jì)方法結(jié)果分析

由式(2)知，數(shù)理統(tǒng)計(jì)的試塊強(qiáng)度符合非統(tǒng)計(jì)方法評(píng)定，混凝土試塊強(qiáng)度均評(píng)定為合格，114塊數(shù)據(jù)中抗壓強(qiáng)度最小值為34.7 MPa，仍符合設(shè)計(jì)用的C30混凝土的要求。由表1知，混凝土強(qiáng)度總均值為40.225 MPa，19組中均值最高為42.833 MPa，最低為38.7 MPa，均遠(yuǎn)高于C30。現(xiàn)場(chǎng)試塊質(zhì)量良好，混凝土廠配制的混凝土強(qiáng)度性能充分滿足要求。

4.2 X-R控制圖法結(jié)果分析

4.2.1 極差控制圖分析

一般來(lái)說(shuō)，控制圖上的點(diǎn)子反映出生產(chǎn)過(guò)程的穩(wěn)定程度[4]。記入的X—R值均在控制界限以內(nèi)時(shí)，可以判定是穩(wěn)定狀態(tài)[5]。由圖1所示，19組試塊樣本的極差值點(diǎn)隨機(jī)分布在極差控制圖繪制的UCL上控制限和LCL下控制限之間，19組強(qiáng)度值極差點(diǎn)隨機(jī)分布在強(qiáng)度值極差中心線CL上下，離散度穩(wěn)定，而且19組極差點(diǎn)隨機(jī)排列，沒有連續(xù)7點(diǎn)全在CL之上、之下，或全上升、下降現(xiàn)象，控制圖準(zhǔn)確指出無(wú)缺陷點(diǎn)。每組試塊過(guò)程中處于穩(wěn)定狀態(tài)。每組強(qiáng)度值極差點(diǎn)與總極差均值離散度穩(wěn)定和無(wú)缺陷點(diǎn)，說(shuō)明現(xiàn)場(chǎng)有關(guān)技術(shù)人制作試塊過(guò)程中處于統(tǒng)計(jì)控制狀態(tài)。

圖1 樣本極差控制圖

如點(diǎn)在控制界限上，則應(yīng)看作是線外點(diǎn)；如果越出控制界限以外，則應(yīng)探求導(dǎo)致該點(diǎn)在控制界限以外的原因，并設(shè)法消除和防止其重復(fù)發(fā)生[5]。由圖1可知，第4、11點(diǎn)近處在界限上，可看做線外點(diǎn)，對(duì)兩點(diǎn)狀況進(jìn)行研究分析。由表1知，第11組平均值為39.9 MPa，該組內(nèi)試塊強(qiáng)度的離散度不大，平均值約超過(guò)C30混凝土2個(gè)標(biāo)號(hào)，控制圖X-R法極差為1.8，超出LCL下控制限0.079；第4組6個(gè)試塊強(qiáng)度的離散度較大，控制圖X-R法極差為7.5，超出UCL上控制限0.447，平均值超過(guò)C30混凝土2個(gè)標(biāo)號(hào)多，個(gè)別強(qiáng)度約3個(gè)標(biāo)號(hào)，兩組強(qiáng)度與標(biāo)準(zhǔn)強(qiáng)度C30混凝土富余較多。本工程主體工期為4月到6月，環(huán)境條件溫度13～30℃，時(shí)有風(fēng)，有試塊保暖防風(fēng)措施；原材料混凝土為商品混凝土，設(shè)備商品混凝土罐車運(yùn)輸，運(yùn)輸距離13 km，商品混凝土泵澆筑；工地現(xiàn)場(chǎng)2名技術(shù)員。經(jīng)過(guò)現(xiàn)場(chǎng)調(diào)研、走訪分析，如果如下：

(1)個(gè)別人員未在一盤拌合物或同一車拌合物規(guī)定處取樣。加強(qiáng)對(duì)現(xiàn)場(chǎng)人員質(zhì)量控制知識(shí)的學(xué)習(xí)和培訓(xùn)；多名技術(shù)員制作試塊、測(cè)試等，工藝必須增強(qiáng)責(zé)任意識(shí)，遵循規(guī)范。

(2)有個(gè)別組內(nèi)試塊強(qiáng)度值比其他試塊強(qiáng)度值較低，取樣的拌合物未拌和，忽視了拌合物分兩層入?，F(xiàn)象，個(gè)別試模內(nèi)粗骨料較少?，F(xiàn)場(chǎng)制定有針對(duì)性的質(zhì)量控制體系，包括設(shè)備和混凝土拌合物的使用，有效控制各施工段點(diǎn)的質(zhì)量。

4.2.2 均值控制圖分析

如圖2所示，19組強(qiáng)度均值點(diǎn)隨機(jī)排列，沒有連續(xù)7點(diǎn)全在CL之上、之下，或全上升、下降現(xiàn)象，控制圖準(zhǔn)確指出無(wú)缺陷點(diǎn)。但是有7個(gè)強(qiáng)度均值點(diǎn)明顯超出UCL上控制限或超出LCL下控制限，即圖2中圓圈所示，而且有2個(gè)強(qiáng)度均值點(diǎn)近處于控制限上，離散度大，出現(xiàn)嚴(yán)重異常狀況，19組強(qiáng)度均值點(diǎn)未受控制，需要分析探求超出控制界限的原因。本工程主體施工工期內(nèi)的混凝土拌合物、環(huán)境、設(shè)備、人員等如上所述，經(jīng)過(guò)現(xiàn)場(chǎng)調(diào)研、走訪分析，如果如下：

圖2 立方體抗壓強(qiáng)度均值控制圖

(1)由式(5)和圖2知樣本總均值40.225 MPa，及所述非統(tǒng)計(jì)方法均評(píng)定為混凝土強(qiáng)度合格，試塊強(qiáng)度平均值超過(guò)C30混凝土2個(gè)標(biāo)號(hào)多；同時(shí)對(duì)本工程主體回彈法檢測(cè)抗壓強(qiáng)度數(shù)據(jù)查看，回彈測(cè)區(qū)強(qiáng)度換算總平均值為36.9 MPa，超過(guò)C30混凝土1個(gè)標(biāo)號(hào)多，可得出本工程中應(yīng)用的混凝土強(qiáng)度比設(shè)計(jì)用C30混凝土高1～2個(gè)標(biāo)號(hào)，混凝土廠配制的混凝土強(qiáng)度性能充分而且富余較多?；炷翉S可以取樣對(duì)混凝土拌合物和配合比等的復(fù)試，分析查看發(fā)生變化的可能性，起到預(yù)防控制的作用。同時(shí)節(jié)約水泥等原材料，節(jié)約成本。

(2)本工程主體工期為4～6月，溫度13～30℃，時(shí)有風(fēng)，要足夠重視試塊早期養(yǎng)護(hù)，做好保暖防風(fēng)措施，標(biāo)準(zhǔn)試塊要及時(shí)送標(biāo)養(yǎng)室 。

(3)由試塊強(qiáng)度值和主體回彈強(qiáng)度換算總平均值可知，表1中90%的試塊強(qiáng)度偏高于主體混凝土強(qiáng)度，歸其原因：一方面是取樣不規(guī)范，人為提高試塊混凝土強(qiáng)度；另一方面是商品混凝土罐車在運(yùn)輸中或到澆筑工地后，并未按照有關(guān)要求進(jìn)行罐車旋轉(zhuǎn)攪拌，直接卸料，此時(shí)取樣得到的拌合物內(nèi)的粗骨料多，裝入試模后很容易提高強(qiáng)度。所以必須專業(yè)人員取樣，用事實(shí)的拌合物攪拌或拌合均勻，現(xiàn)場(chǎng)人工振搗制作試塊，遵循規(guī)范，避免人為提高試塊混凝土強(qiáng)度；混凝土廠加強(qiáng)運(yùn)輸人員的混凝土有關(guān)知識(shí)學(xué)習(xí)和正確執(zhí)行，避免罐車運(yùn)輸過(guò)程中不轉(zhuǎn)、少轉(zhuǎn)等現(xiàn)象。

5 結(jié)束語(yǔ)

本文采用控制圖X-R法和非統(tǒng)計(jì)方法對(duì)實(shí)例進(jìn)行分析，取得了有效結(jié)果。在工程過(guò)程中，X-R控制圖法做為一種輔助的數(shù)理統(tǒng)計(jì)方法，簡(jiǎn)單易行，進(jìn)行管理分析現(xiàn)場(chǎng)混凝土性能，可以掌握異常因素的信息，制定有效的措施，起到有效性能監(jiān)控 ，使現(xiàn)場(chǎng)混凝土性能更真實(shí)，過(guò)程更穩(wěn)定等，一定程度上可以改善評(píng)定準(zhǔn)確度，提高客戶的滿意度，節(jié)約成本和提高產(chǎn)品品質(zhì)。