鐵路工程材料標(biāo)號(hào)與強(qiáng)度等級(jí)的關(guān)系

2006-09-27 00:00

　　工程材料的強(qiáng)度采用強(qiáng)度等級(jí)取代標(biāo)號(hào)來表示，符合與國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)和國(guó)外先進(jìn)標(biāo)準(zhǔn)接軌的趨勢(shì)，也是我國(guó)貫徹法定計(jì)量單位及對(duì)同一標(biāo)準(zhǔn)化內(nèi)容的各類標(biāo)準(zhǔn)應(yīng)協(xié)調(diào)統(tǒng)一的需要。經(jīng)過各方面的多年努力，這項(xiàng)工作已經(jīng)完成。當(dāng)前搞清材料標(biāo)號(hào)與強(qiáng)度等級(jí)的關(guān)系，對(duì)工程設(shè)計(jì)、施工、監(jiān)理工作以及標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范的制修訂工作很有必要。本文就鐵路工程中使用量大面廣的混凝土與砌體材料的標(biāo)號(hào)與強(qiáng)度等級(jí)的關(guān)系予以簡(jiǎn)述。

1 　水泥

　　標(biāo)號(hào)：水泥標(biāo)號(hào)是按規(guī)定齡期的抗壓強(qiáng)度和抗折強(qiáng)度劃分，強(qiáng)度以kgf/ cm² 計(jì)。硅酸鹽水泥、普通水泥的強(qiáng)度齡期為3 d、28 d ，礦渣水泥、火山灰水泥、粉煤灰水泥和復(fù)合水泥的強(qiáng)度齡期為3 d、7 d、28 d。強(qiáng)度的檢驗(yàn)方法按《水泥膠砂強(qiáng)度檢驗(yàn)方法》（GB177 85）（簡(jiǎn)稱GB 法，此標(biāo)準(zhǔn)已于1999 年5 月1 日廢止）執(zhí)行。各類水泥的強(qiáng)度共設(shè)275、325、425、425R、525、525R、625、625R 和725R 九個(gè)標(biāo)號(hào)。

　　強(qiáng)度等級(jí)：水泥強(qiáng)度等級(jí)也按規(guī)定齡期的抗壓強(qiáng)度和抗折強(qiáng)度劃分，唯強(qiáng)度以MPa 計(jì)。各類水泥的強(qiáng)度齡期統(tǒng)一為3 d、28 d。強(qiáng)度的檢驗(yàn)方法按《水泥膠砂強(qiáng)度檢驗(yàn)方法（ ISO 法）》（GB/ T17671 1999）（簡(jiǎn)稱ISO 法，此標(biāo)準(zhǔn)于1999 年5 月1 日實(shí)施）執(zhí)行。常用各類水泥的強(qiáng)度共設(shè)32. 5 、32. 5R、42. 5 、42. 5R、52. 5 、52. 5R、62. 5 和62. 5R八個(gè)等級(jí)。相應(yīng)的產(chǎn)品新標(biāo)準(zhǔn)是《硅酸鹽水泥、普通硅酸鹽水泥》（GB175 1999）、《礦渣硅酸鹽水泥、火山灰質(zhì)硅酸鹽水泥及粉煤灰硅酸鹽水泥》（GB1344 1999）和《復(fù)合硅酸鹽水泥》（GB12958 1999）。這三項(xiàng)標(biāo)準(zhǔn)于1999 年12 月1 日起實(shí)施?？紤]水泥生產(chǎn)、檢驗(yàn)及使用方面的實(shí)際情況，規(guī)定了為期1 年的過渡期。過渡期內(nèi)新老標(biāo)準(zhǔn)的水泥并行，從而實(shí)現(xiàn)平穩(wěn)過渡。

　　標(biāo)號(hào)與強(qiáng)度等級(jí)：水泥強(qiáng)度從標(biāo)號(hào)到強(qiáng)度等級(jí)的變化，主要是由于采用了不同的強(qiáng)度檢驗(yàn)方法，即由GB 法改為ISO 法。這是我國(guó)水泥標(biāo)準(zhǔn)為向國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)靠攏并與其保持一致做出的重大修改。兩種檢驗(yàn)方法在膠砂組成（標(biāo)準(zhǔn)砂、灰砂比、水灰比）、攪拌方法、振實(shí)成型方法、養(yǎng)護(hù)、加載速度、試驗(yàn)條件控制和儀器設(shè)備等方面有明顯的差別。經(jīng)試驗(yàn)對(duì)比，老標(biāo)準(zhǔn)水泥采用GB 法和ISO 法的試驗(yàn)結(jié)果是：抗折強(qiáng)度差值不大，對(duì)水泥強(qiáng)度指標(biāo)的影響可忽略不計(jì)；而抗壓強(qiáng)度用ISO 法檢驗(yàn)的則普遍較用GB 法檢驗(yàn)的降低了大約一個(gè)強(qiáng)度等級(jí)。如標(biāo)號(hào)為425 的水泥，其強(qiáng)度等級(jí)相當(dāng)于32. 5。就平均統(tǒng)計(jì)水平來看，標(biāo)號(hào)與強(qiáng)度等級(jí)的關(guān)系大致是425 號(hào)→32. 5 級(jí)、525 號(hào)→42. 5級(jí)、625 號(hào)→52. 5 級(jí)。

2 　混凝土

　　標(biāo)號(hào)：混凝土標(biāo)號(hào)是指按標(biāo)準(zhǔn)方法制作、養(yǎng)護(hù)的邊長(zhǎng)為20 cm 的立方體標(biāo)準(zhǔn)試件，在28 d 齡期用標(biāo)準(zhǔn)試驗(yàn)方法所測(cè)得的抗壓極限強(qiáng)度，以kgf/ cm² 計(jì)。如500 號(hào)混凝土，其試件抗壓極限強(qiáng)度為500 kgf/ cm² 。當(dāng)采用非標(biāo)準(zhǔn)尺寸的試件時(shí)，應(yīng)換算成標(biāo)準(zhǔn)試件的強(qiáng)度，換算系數(shù)分別是：邊長(zhǎng)15 cm 的立方體試件為0. 95 ，邊長(zhǎng)10 cm 的立方體試件為0. 90 ?；炷恋臉?biāo)號(hào)通常采用150、200、250、300、350、400、450、500、550、600?！惰F路混凝土及砌石工程施工規(guī)范》（TBJ210 86）（此標(biāo)準(zhǔn)于1997 年7 月1 日廢止）和《鐵路橋涵設(shè)計(jì)規(guī)范》（TBJ2 85）（此標(biāo)準(zhǔn)于2000 年2月1 日廢止）均作如此規(guī)定。

　　強(qiáng)度等級(jí)：混凝土的強(qiáng)度等級(jí)按立方體試件抗壓強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值劃分。立方體試件抗壓強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值則是指按標(biāo)準(zhǔn)方法制作、養(yǎng)護(hù)的邊長(zhǎng)為150 mm的立方體標(biāo)準(zhǔn)試件，在28 d 齡期用標(biāo)準(zhǔn)試驗(yàn)方法所測(cè)得的抗壓強(qiáng)度總體分布中的一個(gè)值，強(qiáng)度低于該值的百分率不得超過5 % ，亦即保證率為95 %?；炷恋膹?qiáng)度等級(jí)采用混凝土（concrete）的代號(hào)C 與其立方體試件抗壓強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值的兆帕數(shù)表示，如立方體試件抗壓強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值為50 MPa 的混凝土，其強(qiáng)度等級(jí)以“C50”表示。當(dāng)采用非標(biāo)準(zhǔn)尺寸的試件時(shí)，應(yīng)換算成標(biāo)準(zhǔn)試件的強(qiáng)度，換算系數(shù)分別是：邊長(zhǎng)200 mm的立方體試件為1. 05 ，邊長(zhǎng)100 mm的立方體試件為0. 95 。《鐵路混凝土強(qiáng)度檢驗(yàn)評(píng)定標(biāo)準(zhǔn)》（TB10425 94）（此標(biāo)準(zhǔn)于1994 年4 月1 日起實(shí)施）中關(guān)于強(qiáng)度分級(jí)的規(guī)定即如此，該標(biāo)準(zhǔn)與國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)《混凝土強(qiáng)度檢驗(yàn)評(píng)定標(biāo)準(zhǔn)》（GBJ107 87）和國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)《混凝土———按強(qiáng)度的分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)》（ ISO3893）是一致的?；炷恋膹?qiáng)度等級(jí)通常采用C15、C20、C25、C30、C35、C40、C45、C50、C55、C60。強(qiáng)度等級(jí)為C60 及其以上的混凝土屬高強(qiáng)混凝土。

　　標(biāo)號(hào)與強(qiáng)度等級(jí)：兩者主要差別在兩個(gè)方面，一是所用標(biāo)準(zhǔn)試件尺寸不同，標(biāo)號(hào)和強(qiáng)度等級(jí)所用立方體試件邊長(zhǎng)分別是200 mm和150 mm；二是取值方法的不同，強(qiáng)度等級(jí)有明確的統(tǒng)計(jì)概念，即強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值是強(qiáng)度總體分布中的平均值減去1. 645 倍標(biāo)準(zhǔn)差（從而使保證率為95 %），而標(biāo)號(hào)則沒有明確的數(shù)理統(tǒng)計(jì)概念，據(jù)推算其保證率約在85 %的水平上?？紤]標(biāo)準(zhǔn)試件尺寸的變化和強(qiáng)度等級(jí)的數(shù)理統(tǒng)計(jì)定義，混凝土標(biāo)號(hào)可近似換算為如表1 所示的強(qiáng)度等級(jí)。

3 　砌體

　　鐵路工程建筑物所用的砌體結(jié)構(gòu)主要是石砌體和混凝土塊砌體，它是由石材（片石、塊石、粗料石）、混凝土砌塊等塊體（masonry units ，代號(hào)MU）和砌筑用砂漿（mortar ，代號(hào)M）組成。

3. 1 　塊體

　　標(biāo)號(hào)：石材標(biāo)號(hào)是以邊長(zhǎng)為20 cm 的立方體試件在浸水飽和狀態(tài)下的抗壓極限強(qiáng)度表示，以kgf/ cm² 計(jì)。如200 號(hào)石材其試件抗壓極限強(qiáng)度即200 kgf/ cm² 。當(dāng)采用邊長(zhǎng)為7. 07 cm 或5 cm 的立方體試件時(shí)，其抗壓極限強(qiáng)度應(yīng)分別乘以0. 85 或0. 80 的換算系數(shù)。《鐵路混凝土及砌石工程施工規(guī)范》（TBJ210 86）作此規(guī)定。由于石材的力學(xué)指標(biāo)資料較缺乏系統(tǒng)性，相關(guān)規(guī)范中規(guī)定的換算系數(shù)很不一致。如國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)《磚石結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范》（GBJ373）中，若以邊長(zhǎng)為20 cm 的立方體試件為標(biāo)準(zhǔn)試件，則邊長(zhǎng)為0. 7 cm 或0. 5 cm 的立方體試件的換算系數(shù)的約為0. 7 或0. 6。鐵路工程常用的石材標(biāo)號(hào)為200、300、400、500、600、700 和800。

　　混凝土砌塊標(biāo)號(hào)與混凝土標(biāo)號(hào)含義相同，鐵路工程混凝土砌塊通常采用的標(biāo)號(hào)為150、200、250 和300。

　　強(qiáng)度等級(jí)：石材強(qiáng)度等級(jí)是以邊長(zhǎng)為70 mm 的立方體試件在浸水飽和狀態(tài)下的抗壓極限強(qiáng)度表示，以MPa計(jì)，并冠以代號(hào)MU。如MU40 的石材，其試件的抗壓極限強(qiáng)度為40 MPa 。當(dāng)采用邊長(zhǎng)為200 mm、150 mm、100 mm或50 mm 的非標(biāo)準(zhǔn)立方體試件時(shí)，其抗壓極限強(qiáng)度應(yīng)分別乘以1. 43 、1. 28、1. 14 或0. 86 的換算系數(shù)?！惰F路混凝土與砌體工程施工及驗(yàn)收規(guī)范》（TB10210 97）即作此規(guī)定。這也是與現(xiàn)行國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)《砌體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范》（GBJ388）一致的。鐵路工程常用的石材強(qiáng)度等級(jí)為MU30、MU40、MU50、MU60、MU70、MU80 和MU100。

　　混凝土砌塊強(qiáng)度與混凝土強(qiáng)度的含義相同，但表示其強(qiáng)度的符號(hào)應(yīng)采用塊體的代號(hào)“MU”，而不應(yīng)采用混凝土的代號(hào)“C”。鐵路工程常用的混凝土砌體強(qiáng)度等級(jí)應(yīng)為MU15、MU20、MU25 和MU30。

　　標(biāo)號(hào)與強(qiáng)度等級(jí)：采用邊長(zhǎng)為200 mm的立方體試件所測(cè)得的抗壓極限強(qiáng)度是石材標(biāo)號(hào)，換算為邊長(zhǎng)70 mm立方體試件的抗壓極限強(qiáng)度（可用乘以換算系數(shù)1. 43 的方法求得此值）則是石材的強(qiáng)度等級(jí)。因此可近似認(rèn)為：石材標(biāo)號(hào)×1. 43 = 強(qiáng)度等級(jí)。如采用邊長(zhǎng)為200 mm的立方體試件測(cè)得石材抗壓極限強(qiáng)度為200 kgf/ cm² ，則該石材標(biāo)號(hào)為200 號(hào)；其強(qiáng)度等級(jí)需換算為邊長(zhǎng)為70 mm 的立方體試件的抗壓極限強(qiáng)度，即200 kgf/ cm² （20 MPa） ×1. 43 = 28. 6 MPa ，強(qiáng)度等級(jí)為MU28. 6。在實(shí)際工作中選擇石材的最低強(qiáng)度時(shí)，可近似認(rèn)為200 號(hào)相當(dāng)于MU30、400 號(hào)相當(dāng)于MU60 ；若將300 號(hào)以MU30 替代，其石材強(qiáng)度顯然不足。雖然砌體結(jié)構(gòu)的強(qiáng)度與砌塊的強(qiáng)度不是線性比例關(guān)系，還與砂漿的強(qiáng)度有關(guān)，但也應(yīng)引起足夠重視?？傊?，石材標(biāo)號(hào)與其強(qiáng)度等級(jí)的比值可視為1∶1. 43 。

3. 2 　水泥砂漿

　　標(biāo)號(hào)：水泥砂漿標(biāo)號(hào)是以邊長(zhǎng)為7. 07 cm 的立方體試件，在標(biāo)準(zhǔn)條件下養(yǎng)護(hù)28 d 的抗壓極限強(qiáng)度表示，以kgf/ cm² 計(jì)。如200 號(hào)水泥砂漿其試件抗壓極限強(qiáng)度為200 kgf/ cm² 。鐵路工程常用水泥砂漿標(biāo)號(hào)為50 、75 、100、150、200?！惰F路混凝土及砌石工程施工規(guī)范》（TBJ210 86）即作此規(guī)定。

　　強(qiáng)度等級(jí)：水泥砂漿強(qiáng)度等級(jí)是以邊長(zhǎng)為70. 7 mm 的立方體試件在標(biāo)準(zhǔn)條件下養(yǎng)護(hù)28 d 的抗壓極限強(qiáng)度表示，以MPa 計(jì)，并冠以代號(hào)M。如M20 的水泥砂漿，其試件抗壓極限強(qiáng)度為20 MPa 。鐵路工程常用水泥砂漿強(qiáng)度等級(jí)為M5 、M7. 5、M10、M15、M20。《鐵路混凝土與砌體工程施工及驗(yàn)收規(guī)范》（TB10210 97）作此規(guī)定，與有關(guān)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)的規(guī)定相一致。鐵路砌體工程中所用的砂漿強(qiáng)度等級(jí)要求：主體工程不得小于M10 ，一般工程不得小于M5。

　　標(biāo)號(hào)與強(qiáng)度等級(jí)：由于水泥砂漿是用作砌筑工程中的膠結(jié)料，其實(shí)際強(qiáng)度指標(biāo)離散性較大，較缺乏統(tǒng)計(jì)方面的資料，且由于包括試件尺寸在內(nèi)的強(qiáng)度試驗(yàn)方法沒有變化，所以一般可認(rèn)為50 號(hào)相當(dāng)于M5 級(jí)、75 號(hào)相當(dāng)于M7. 5 級(jí)，其余類推，兩者存在一一對(duì)應(yīng)關(guān)系。

原作者：薛吉崗

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