高強混凝土抗壓強度尺寸換算系數準確性的影響因素

謝　添　張　萍　李　揚

1安徽省七星工程測試有限公司（230088）

2中國建筑材料科學研究總院綠色建筑材料國家重點實驗室（100024）

高強混凝土抗壓強度尺寸換算系數準確性的影響因素

謝添1張萍2李揚2

1安徽省七星工程測試有限公司（230088）

2中國建筑材料科學研究總院綠色建筑材料國家重點實驗室（100024）

隨著高強混凝土的廣泛應用，越來越多的試驗室對其進行強度測試。由于高強混凝土測試強度高，150mm立方體標準試件受力面積大，對壓力試驗機噸位要求高，一般試驗室多采用100mm立方體非標試件。而目前我國對高強混凝土的標準試件和非標試件尺寸換算系數并沒有明確的標準規定，因此急需要確定準確的尺寸換算系數。文章對高強混凝土抗壓強度尺寸效應換算系數具體試驗過程細節進行分析，發現在測試過程中試模、成型、養護、壓力試驗機等可能影響換算系數準確性的影響因素，并對試驗細節提出了建議。

高強混凝土；抗壓強度；尺寸換算系數；影響因素

0　前言

隨著建筑行業的發展，高強混凝土（抗壓強度≥C50）在建筑上的應用越來越廣泛。按照中國國標GB/T50081-2002規定，采用邊長為150mm的立方體試件為混凝土立方體抗壓強度的標準試件。但是，高強混凝土的測試強度高，標準試件受力面積大，測試需要的壓力機為300及以上噸位，實際檢測過程中一般多采用邊長100mm的立方體為非標準試件。由于混凝土的抗壓強度與尺寸有關，所以采用不同尺寸的混凝土立方體試件測定混凝土強度時存在尺寸換算系數。國標GB/T50081-2002中規定，混凝土強度等級＜C60時，用非標準試件測得的強度值均應乘以尺寸換算系數，100mm立方體試塊尺寸換算系數為0.95；當混凝土強度等級≥C60時，宜采用標準試件；使用非標準試件時，尺寸換算系數應有試驗確定。

對于高強度混凝土，國內的許多單位對邊長100mm非標試件的尺寸換算系數進行了研究［1-7］，研究結果見表1。

從以前的研究可以發現，不同研究單位對高強混凝土邊長150mm的標準試件和100mm的非標試件的尺寸換算系數研究得到的結論相差很大，并且研究多重點放在確定準確的換算系數。本文從可能影響換算系數準確性的因素出發，研究不同實驗條件對換算系數結果準確性的影響，從而有利于提高高強混凝土尺寸效應換算系數的準確性。

1　試驗方案

1.1原材料

水泥：中國聯合水泥集團有限公司P·I42.5水泥；石：碎石（5～20）mm石灰巖；砂：河砂，細度模數2.8；外加劑：聚羧酸高性能減水劑，含固量21%；礦物外加劑：Ⅱ級粉煤灰，大唐同舟科技有限公司；S95礦粉；硅灰，比表面積22.99×103m2/kg；水：自來水。

表1　國內不同單位的研究情況

1.2混凝土配合比

三種強度等級配合比成型混凝土試件，分別成型（100×100×100）mm試件18塊和（150×150×150）mm試件18塊，共108塊。對比在完全相同條件養護、同一加壓速度下的抗壓強度，再計算尺寸換算系數。

表2　混凝土配合比（kg/m3）

1.3試驗過程

1）高強混凝土試模采用鐵模，符合《混凝土試模》（JG3019）中要求的規定。

2）坍落度控制在200～230mm，拌合物狀態良好。

3）混凝土攪拌2min，C80混凝土攪拌時間4 min，攪拌好的混凝土小心均勻裝入混凝土試模內，放置在混凝土振動臺上振動20s，還應防止過振；成型后立即在試模上蓋上塑料布。

4）混凝土試塊帶模預養護24h后進行編號、拆模。

5）拆模后的混凝土試塊及時轉入溫度為（20± 2）℃，相對濕度不低于95%的標準養護室養護28d。標準養護室內的試件應放在支架上，彼此間隔10～20mm，試件表面應保持潮濕，并不得被水直接沖淋。

6）到齡期試件從養護室取出后應盡快進行試驗，試驗前需用濕布覆蓋試件，防止試件干燥。試驗時用干毛巾將試件擦拭干凈，并檢查外觀，當試件有嚴重缺陷時，應廢棄。試件從養護室取出后2h內試驗完畢。若實際測試時間較長，需用塑料膜覆蓋試件，并保證試件防置在溫度為20℃±2℃室內。

7）壓力試驗時所有100mm和150mm立方體試件上下均應加標準鋼墊板。混凝土加壓速度為每秒鐘0.8～1.0MPa。尤其是對150mm立方體試件在接近破壞時必須保持標準要求的加荷速度。

試驗齡期：標養28d，允許偏差20h。

1.4混凝土強度試驗機

A混凝土抗壓強度使用一號壓力機，YE-2000壓力試驗機，最大量程2000kN，壓板尺寸370 mm×370mm；B混凝土抗壓強度使用二號壓力機，YAW6306微機控制電液伺服壓力機，最大量程3 000kN，壓板尺寸600mm×600mm；C組中100mm立方體試塊和150mm立方體第1塊至第6塊混凝土抗壓強度使用二號壓力機；C組中150mm立方體第7塊至第18塊混凝土抗壓強度使用三號壓力機，YAW-3000型壓力機，最大量程3000kN，壓板直徑200mm。

三種試驗機示值誤差小于±1%，均滿足國標中對實驗機的規定。

2　試驗結果及分析

2.1高強度混凝土試驗結果

對三組不同強度混凝土的試驗室抗壓強度測定結果如表3所示，其中1代表邊長100mm的非標試件，2代表邊長150mm的標準試件。

表3　高強度混凝土抗壓強度

從表3中的數據可以看出，三組配合比的混凝土100mm的非標試件的抗壓強度的波動都比150mm的標準試件小。其中，B組的數據最為明顯，100mm試件的標準差6.454，離散系數7.1%；150 mm試件的標準差12.866，離散系數14.8%，是100 mm試件2倍左右。因此，100mm的非標試件測定的強度的受到試驗條件影響可能更小，采用波動性小100mm非標試件測定的強度可能更準確。通過計算三組試塊的尺寸換算系數在0.90～0.96之間。

2.2影響測量準確性的因素

1）試驗機壓板尺寸

從表3中的數據可以看出，采用不同的壓力機得到抗壓強度的數值的離散性是不同的。二號壓機所測定的混凝土的強度值的波動最大。顯然，選用不同的壓力機會對測量的準確性產生影響。

為方便比較，采用相同配合比，相同大小150 mm標準試件的C-2組試塊，采用二號和三號兩種不同的壓力機進行比較，如表4。

表4　壓力機試驗準確性對比

從三種壓力機的對比可以看出，采用二號壓力機測定的平均強度都比較高，測量的強度的波動性較大，標準差達到9.414，離散系數達到10.0%，是三號機的2倍左右。

圖1　兩種壓力的壓板

圖2　C80-1混凝土150mm試塊破壞形式

造成這種情況的主要原因可能是二號試驗機的壓板為600mm×600mm，比三號機直徑200mm壓板要大很多，可能容易造成偏心，兩種試驗機的壓板尺寸如圖1所示。并且，對于邊長150mm的試塊比100mm的更容易出現偏心情況。偏心后的試塊如圖2。

因此試驗時，試件的承壓面應與成型時的頂面垂直，試件的中心應與試驗機下壓板中心對準，開動試驗機，當上壓板與試件或鋼墊板接近時，調整球座使接觸均衡，防止試驗過程中出現偏心。

2）模具

C60及以上強度等級混凝土采用鐵模。塑料試模容易發生變形，造成混凝土測試強度降低。對于邊長100mm和150mm的立方體試塊，在塑料模具中的變形程度是不同的，對各自強度的影響不同進而影響兩者之間的換算系數。試模各面必須互相垂直，內表面光滑平整，以確保成型的試塊達到規定。

3）成型

高強度混凝土由于其黏度較高，比普通混凝土更難保證入模后在試模內分布均勻。需要合理掌握振動臺的震動時間，時間太短混凝土中的氣泡無法排出，時間太長，造成石子下沉，混凝土強度降低。一般來說，在150mm的試模中成型比100mm的試模成型混凝土的均勻性更好一點，造成兩者之間的換算系數增大，所以在混凝土成型過程中一定要保證混凝土中骨料分布均勻。

4）養護

養護過程必須采用（20±2）℃，相對濕度95%以上養護，防止高強度混凝土水化受到影響。高強混凝土水膠比低，150mm的標準試件體積較大，必須保證95%以上的相對濕度才能充分養護。如果相對濕度不夠，會造成兩者之間的換算系數降低。

3　結論

通過3種不同強度的高強混凝的試驗，對可能影響系數準確度的部分因素進行了的討論，主要結論有：1）高強度混凝土試驗壓力機壓板要適合混凝土試件的大小，測試過程中上下壓板保持水平，防止試驗中出現偏心現象；2）高強度混凝土試模應選擇鐵模，成型過程比普通混凝土要求更高，來確保混凝土的均勻性；3）高強度混凝土養護溫度（20±2）℃，濕度必須達到相對濕度95%以上，確保邊長150mm的標準試件也能得到充分養護。4）混凝土試件在GB/T50081-2002標準規定溫度（20±2）℃，相對濕度大于95%條件下養護至28d齡期后按加壓速度0.8～1.0MPa/s測100mm3非標試塊混凝土抗壓強度尺寸換算系數可以取0.90～0.96。

［1］冷發光.粉煤灰高性能混凝土試件強度尺寸效應研究［J］.混凝土，2000，（9）：18-19.

［2］劉增晨，蔣利，成莞莞等，高強混凝土抗壓抗拉強度的尺寸效應［J］.科學技術與工程，2015，15（30）：209-212.

［3］高志揚，許力，何林，等.高強混凝土抗壓強度尺寸效應綜述［J］.混凝土，2011，（5）：33-35.

［4］李家康.高強混凝土立方體抗壓強度的尺寸效應［J］.建筑材料學報，2004，7（3）：81-84.

［5］林熙，季錫賢，殷新博，等.C60～C100高強混凝土強度尺寸效應的研究［J］.硅酸鹽通報，2013，32（10）：2090-2093.

［6］高春勇，王玲，姚燕，等.高強混凝土立方體抗壓強度測試影響因素分析.［J］.中國硅酸鹽學會2003年學術年會水泥基材料論文集（下冊），2003：25-30.

［7］董莉莉.不同強度等級混凝土抗壓強度尺寸效應研究［J］.工程材料與設備，2015，33（6）：187-193.