混凝土试块最优取样方法及数量研究

赵金凤

(盘锦市大洼区水利技术推广中心，辽宁 盘锦 124200)

1 研究背景

混凝土工程对混凝土相关性能的检测试验，是控制工程质量的重要手段。为了保证工程质量，作为试验检验部门，必须严格把控好质量检测这一关键环节，严格按照国家现行标准，行业标准，精心操作，认真试验，以保证试验数据准确可靠，检测结论正确规范，做到行为公正、方法科学、数据准确、服务规范[1- 3]。为保证最终混凝土的质量，必须进行混凝土试块的制作、送检，将试块的试验结果作为整体混凝土的结果，因此，合理的取样方法及数量是判断混凝土质量，影响整个工程质量的重要环节之一[4]。

不同取样方法和取样数量均会直接影响最终相关材料的检测结果，从而对整个工程质量施工和设计造成影响。楚彬等[5]研究了不同取样数量和方法对土壤理化性质的影响，指出检测结果的误差随取样数量的增加而减小，且最优方法为随机取样法；王铠[6]研究了腐蚀地下水对混凝土影响的取样方法，最终指出在取样时对样本的运输时间过长，会对样本本身指标产生较大影响；常学志等[7]研究了南水北调中线工程料场的取样方法，采用系统取样的方法提高了砂料的细度模数，使最终砂料满足规范要求。

常用的取样方法主要有随机取样法、网络取样法、对角线取样法和“W”型取样法等[8]，本文为研究混凝土取样的适宜方法和数量，设置不同的取样数量，在不同混凝土温度下确定混凝土的最优取样方法和数量。本文的研究成果可为混凝土质量的保证提供经验及理论支撑。

2 试验设计

选择同一台机器，相同配比，其余情况均相同的混凝土材料进行试块制作、取样及检测，在每一样点调查最终混凝土试块的抗压强度、抗压性能及抗渗性能，选择不同的取样方法(随机法、网格法和对角线法)，在不同混凝土温度下(10、15和20℃)，分析不同取样方法和取样数量与整体全部取样时检测结果的差异，最终选出最优方法和取样数量。

(1)随机取样。将样点由南向北，自西向东方向进行编号，根据Excel软件随机抽取不同样本数量的序号，每次取样数量下随机生成5次，最后结果取5次的平均值。

(2)网络法取样。以等间距的方式设置不同的取样数量，取样数量依次为4、9、16、36、49逐渐递增，取样间隔相等。

(3)对角线法取样。以左下角的取样点为顶点，以等距的方式设置不同的取样数量。

根据不同的取样方法进行取样，制作混凝土试块，分别测定不同试块的性能指标并与整体检测结果对比，混凝土试块检测方法参考文献[8- 9]。

3 结果与分析

3.1 不同取样方式下混凝土抗压强度误差分析

图1为不同取样方式下，混凝土试块抗压强度检测结果的误差对比分析。由图1可以看出，不同取样方式下混凝土抗压强度的相对误差均随取样数量的增加总体呈现先下降后平稳的趋势，表明当取样数量达到一定水平时，数量并不与精度完全成正比。网格法取样和对角线法取样误差曲线变化趋势较稳定，而随机取样法的误差趋势线不稳定，当取样数量大于12时，随机取样法的误差要明显低于其余方法。同时对比不同温度下混凝土的抗压强度情况可知，温度越高，随机取样法结果的稳定性越高，而其余2种方法稳定性较差。这表明在检测混凝土抗压强度时，随机取样法为最适宜的取样方法。

图1 不同取样方式下混凝土抗压强度检测结果误差分析

3.2 不同取样方式下混凝土抗冻性能误差分析

图2为不同混凝土试块抗渗性能误差分析。由图2可以看出，当混凝土温度为10℃时，3种取样方法的误差趋势线差异较小，随着取样数量增加，抗冻性能误差呈现先降低后平稳的趋势，随机取样产生的误差较低；在混凝土为20℃的情况下，随机取样误差出现了较大的波动，当取样数量大于8时，随机取样误差低于了其余2种方法，而对角线法误差变化幅度较高，不宜在此情况下选择该方法进行取样；在混凝土为30℃的情况下，3种取样方式的误差呈现降低趋势并且随机取样产生的误差均低于对角线和网格取样误差。

图2 不同取样方式下混凝土抗冻性能检测结果误差分析

3.3 不同取样方式下混凝土抗渗性能误差分析

图3为不同混凝土试块抗渗性能误差分析。由图3可以看出，当取样数量大于15时，随机取样产生的误差均低于其他取样方法。当混凝土温度为10℃时，3种取样方法的误差趋势线差异较小，随着取样数量增加，抗冻性能误差呈现先降低后平稳的趋势，当取样数量高于13时，随机取样的误差较低；在混凝土为20℃的情况下，随机取样误差出现了较大的波动，当取样数量大于15时，随机取样误差低于了其余2种方法，而当取样数量低于15时，网络线法的精度最高；在混凝土为30℃的情况下，3种取样方式的误差呈现降低趋势并且随机取样产生的误差均低于对角线和网格取样误差。

图3 不同取样方式下混凝土抗渗性能检测结果误差分析

3.4 混凝土取样数目的确定

表1为不同置信度区间所确定的不同情况下混凝土试块的取样数目。由表1可以看出，混凝土试块的合理取样数目均随着允许误差范围的降低而增大。不同混凝土温度不同调查指标下的合理取样数目不同，3个调查指标在2个置信度水平下、允许误差在10%和15%情况下的合理取样数目最高为17个，最少为1个，在允许误差为5%时，2个置信度水平的最高取样量为41个，最少为11个。

4 结语

本文研究了不同混凝土温度下，当选择不同的取样方法和取样数量时，对不同情况的混凝土试块的抗压强度、抗冻性能和抗渗性能的误差进行比较，最终得出了混凝土试块的最优取样方法和最优取样数量。本文的结论可为混凝土试验方案试块取样的制定提供依据，为保证混凝土工程的质量打下坚实基础。本文在研究过程中仅对混凝土的抗压强度等3个指标进行了调查，在今后的研究中可从其他指标考虑，进一步完善混凝土取样方法和数量的制定。同时，可从生产混凝土的水泥、砂、石、外加剂等原材料的取样出发，进一步完善和研究影响混凝土性能的整体取样方案。

表1 混凝土试块合理取样数目确定