淺談影響混凝土抗壓強度結果因素及控制

楊浩

摘 要：本文分析了混凝土立方體抗壓強度測試過程中，影響其結果的主要因素在混凝土的生產取樣、試件制作、養護、試壓、數據處理等環節。引起的原因主要是各環節操作不規范所至，要獲得真實的混凝土抗壓強度結果，必須嚴格控制各環節測試條件，才能為混凝土工程結構提供可靠數據。

關鍵詞：影響;混凝土;抗壓強度

1 前言

土建試驗室在核電施工現場質量控制工作中最多的就是混凝土質量控制，尤其對混凝土強度測試是重中之重，其中包括：混凝土生產取樣、抗壓強度試件制作、養護、試壓、數據處理等。但怎樣提高強度測試工作水平，減少在測試工作中對混凝土強度的影響因素，提高測試結果的代表性，準確反映混凝土質量，本文從以下幾個方面進行分析和探討。

2 混凝土抗壓強度影響因素及控制

2.1 混凝土生產取樣及抗壓強度試件制備

2.1.1 混凝土坍落度測試

混凝土取樣應在混凝土正式生產時隨機取樣。攪拌好的混凝土卸料至混凝土運輸罐車，然后快速轉動罐車使混凝土均勻，再緩慢反轉罐體徐徐放出混凝土至小推車中。小推車中的混凝土要迅速的翻拌均勻及時做完坍落度，坍落度測試步驟要嚴格按照《普通混凝土拌合物性能試驗方法標準》GB/T50080-2002進行，尤其是操作時間的控制，從取樣完畢到開始試驗時不得超過15分鐘、坍落度提筒控制在5秒到10秒內、從開始做坍落度到測試完成要在150秒內完成[1]。

混凝土坍落度是隨時間變化的，尤其是聚羧酸高性能減水劑。在混凝土實際施工使用過程中發現聚羧酸高性能減水劑有良好的保坍性能，甚至有坍落度反增長的情況，發生的時間大約在混凝土攪拌出機后15分鐘左右。當坍落度測試時間延長時，混凝土坍落度因反增長而變大，為滿足坍落度設計要求，勢必減水，導致混凝土實際抗壓強度偏高。相反，時間延長時性能不良的外加劑會使混凝土坍落度損失，為滿足坍落度設計要求，勢必加水，導致混凝土實際抗壓強度偏低。上述情況加大了混凝土抗壓強度的離散性，不利于混凝土攪拌站管理和成本節約。

2.1.2 混凝土抗壓強度試件制作

混凝土抗壓強度試件制作前應準備好試模。試模內表面應光滑平整，不得有砂眼、裂紋及劃痕。其內表面粗糙度不得大于3.2μm，組裝后內部尺寸誤差不得大于公稱尺寸的±0.2%，相鄰夾角（90±0.3）°，內表面平整度100mm不大于0.04mm，連接面縫隙不得大于0.2mm[2]。混凝土抗壓強度用試模應經常檢查并按時自校，試模滿足要求是混凝土試件滿足要求的基礎。選用的試模尺寸必須滿足表1的要求[3]。

試驗結果表明[4]，試模不滿足要求時，導致試件受壓面偏斜，當150mm立方體試件受壓面偏斜0.25mm時，試驗測定的抗壓強度約低35%。當試件承壓面中心凹下，會導致試件周圍壓應力比中心高。相反，試件承壓面中心凸起，結果比凹下引起更大的應力集中，抗壓強度降低更多。因此，《普通混凝土力學性能試驗方法標準》GB/T50081-2002要求試件承壓面的平面度公差不得超過0.0005d，相鄰夾角公差不得超過0.5°，各邊長的公差不得超過1mm。

混凝土試模根據骨料粒徑按照表1選用，盡可能的降低試件比尺效應。試件比尺效應是指試件尺寸和形狀對混凝土抗壓強度的影響[4]。混凝土強度是由強度不同的組分組成，混凝土體積越大，包含最低強度組分的可能性就越大。因此，抗壓強度試件強度隨著試件尺寸增大而減小。

混凝土拌合物取樣后，要放置在水平的鐵板上，并來回翻拌至均勻并不得少于三次。將均勻的混凝土裝入已經準備好的試模中，對坍落度不大于70mm的混凝土采用振動臺振實，大于70mm的混凝土用搗棒人工搗實。在振動或人工搗實的過程中，必須嚴格執行《普通混凝土力學性能試驗方法標準》GB/T50081-2002的要求，防止插搗次數和方法不符合規范要求，致使混凝土抗壓強度試件不密實和插搗或振動次數過多導致混凝土離析而影響混凝土抗壓強度降低，不能反映真實強度。

混凝土試件制作完成后，在混凝土拌合物臨近初凝前進行二次抹平，主要是混凝土表面找平，減少混凝土的微裂縫，擠壓出表面的孔隙水，減少混凝土試件尺寸偏差和空隙，減少因此對混凝土抗壓強度的影響。

2.1.3 混凝土抗壓強度試件拆模與養護

試件成型后應立即用不透水的薄膜覆蓋混凝土強度試件表面，防止水分蒸發。在溫度為（20±5）℃的環境中靜置一晝夜至二晝夜，然后編號、拆模。拆模時間要把握準確，提前拆模容易導致試件缺棱少角，延遲拆模會拖延進入標準養護室的時間而影響混凝土抗壓強度。

拆模后應立即放入溫度為（20±2）℃，相對濕度為95%以上的標準養護室中養護，或在溫度為（20±2）℃的不流動Ca（OH）2飽和溶液中養護。標準養護室內的試件要放在支架上，彼此間隔（10～20）mm，試件表面應保持潮濕，并不得被水直接沖淋。養護齡期從攪拌加水開始計時[3]。

混凝土強度試件養護溫度必須滿足要求。一般混凝土養護溫度高，水泥的水化速度就加快，混凝土的早期強度高。但是混凝土的養護溫度太高，雖然混凝土的早期強度高，但后期強度增長不大，甚至可能出現倒縮，這是由于混凝土早期水化反應速度加快，導致其水化產物不均勻分布，造成水化產物少的地方強度偏低，從而降低了混凝土的整體強度。其次，水化稠密程度高的區域包裹在水泥粒子周圍，妨礙了水泥粒子的進一步水化，也會使水化產物減少，造成混凝土整體強度偏低。相反，養護溫度過低，混凝土水化反應就會過于緩慢，直接影響混凝土要求齡期的抗壓強度。

混凝土強度試件養護濕度必須滿足要求。濕度不夠，混凝土水化不能正常進行，甚至停止水化，不僅嚴重影響混凝土強度，而且還會使混凝土結構疏松，影響混凝土耐久性。其次，養護時的濕度對高強度混凝土的強度影響更明顯。以（150×150×150）mm高強度混凝土試件為例來說，在溫度為（20±3）℃，相對濕度為90%的養護室中養護28天比溫度為（20±2）℃，相對濕度為95%的養護室中養護28天的強度降低（10～15）%。

2.2 混凝土抗壓強度測試

2.2.1 混凝土抗壓強度用試驗機

混凝土抗壓強度用試驗機必須滿足《普通混凝土力學性能試驗方法標準》GB/T50081-2002的要求，且當混凝土試件放置試驗機壓板上時要滿足下面幾個要求：a.試驗機上下壓板應與試驗機軸心相同;b.試件軸心與壓板表面垂直;c.試驗機壓板的球座應靈活;d.壓板表面應平整。

試驗表明，試件軸線與試驗機軸線度不大于試件端面尺寸的4%時，對混凝土抗壓強度測定結果無明顯影響。以150mm立方體標準試件為例，其軸心與試驗機不同軸度不應大于6mm，否則對抗壓強度有降低的影響。

2.2.2 試件檢查與測量

抗壓強度試件從養護地點取出后應及時試驗，試驗前應檢查試件是否有缺棱掉角情況、表面是否附著有浮粒等。當檢查試件有缺棱掉角時，說明拆模時間過早，或者試件拆模后處置不當造成。表面有附著有浮粒時，會到導致本文2.1.2節描述的試模影響混凝土強度情況一致，應予以清理。對于試件尺寸的檢查，一般會忽略，認為混凝土試模已經校正，直接取公稱尺寸，殊不知混凝土試件已超過偏差，這時應取實際測量尺寸，防止負偏差時強度偏小，正偏差時強度偏大。

2.2.3 加荷速度

抗壓強度測試時的加荷速度有較大的影響，必須嚴格控制。試驗的加荷速度應連續均勻，混凝土強度等級小于C30時，加荷速度為（0.3～0.5）MPa/s;混凝土強度等級大于等于C30且小于C60時，加荷速度為（0.5～0.8）MPa/s;混凝土強度等級大于等于C60時，加荷速度為（0.8～1.0）MPa/s。

在混凝土抗壓強度測試中，應力增加速率愈慢，得到的強度愈低，應力增加速率愈快，得到的強度愈高。這是因為當加荷速度較快時，材料變形的增長落后于荷載的增加，故破壞時的強度偏高。而加荷速度較慢時，由于試件破壞荷載大，到接近破壞階段，雖然油門已開至最大，但加荷速度還是達不到規定的要求，結果破壞荷載就會明顯較小而不能正確反映混凝土的真實強度[3]。

2.3 數據處理

2.3.1 測試值的確定與修約

測試結果的數據處理根據統計學原理進行取舍，充分保證抗壓強度測試數據的有效性。混凝土抗壓強度測試值先計算出單個值，然后再按下列要求確定該組強度值：a.三個試件測值的算數平均值作為該組試件的強度值;b.三個測值中的最大值或者最小值中如有一個與中間值的差值超過中間值的15%時，則把最大值和最小一并舍去，取中間值作為該組試件的抗壓強度值;c.最大值和最小值與中間值的差均超過中間值的15%，則該組試件的測試結果無效。在數據處理過程中，數據修約應認真仔細的按照“四舍六入五單雙”進行，防止誤判、錯判，而得到錯誤的結果。

2.3.2 非標準試件的換算系數

非標準試件的換算系數，當混凝土強度等級小于C60，混凝土抗壓強度試件為100mm與200mm立方體時的換算系數分別為0.95和1.05。當混凝土強度等級大于等于C60時，在混凝土成型時盡可能使用標準試模，如果采用的非標準試模，尺寸換算系數應由試驗確定。在尺寸換算系數試驗時要注意下面要點：a.試模必須符合《混凝土試模》JG237-2008的要求;b.試件必須成對用同一方式成型;c.養護必須滿足標準[3]要求的標準養護條件;d.壓力試驗時，150mm立方體試件上下應加標準鋼墊板;e.加荷速度必須符合標準[3]要求，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;f.試驗組數必須大于20對組。只有嚴謹試驗減少誤差，才能真實反映混凝土抗壓強度。

3 結語

通過本文分析，在混凝土立方體抗壓強度測試過程中，影響其結果主要因素在混凝土的生產取樣、試件制作、養護、試壓、數據處理等環節。引起的原因主要是各環節操作不規范所至，要獲得真實的混凝土抗壓強度結果，必須嚴格控制各環節測試條件，才能為混凝土工程結構提供可靠數據。

參考文獻：

[1]中華人民共和國建設部.GB/T50080-2002 普通混凝土拌合物性能試驗方法標準[S].北京：中國建筑工業出版社，2003.

[2]中華人民共和國住房和城鄉建設部.JG237-2008 混凝土試模[S].北京：中國建筑工業出版社，2009.

[3]中華人民共和國建設部.GB/T50081-2002 普通混凝土力學性能試驗方法標準[S].北京：中國建筑工業出版社，2003.

[4]姜福田編著.混凝土力學性能與測定[M].北京：中國鐵道出版社，1989.