高强混凝土抗压强度尺寸换算系数准确性的影响因素

谢　添　张　萍　李　扬

1安徽省七星工程测试有限公司（230088）

2中国建筑材料科学研究总院绿色建筑材料国家重点实验室（100024）

高强混凝土抗压强度尺寸换算系数准确性的影响因素

谢添1张萍2李扬2

1安徽省七星工程测试有限公司（230088）

2中国建筑材料科学研究总院绿色建筑材料国家重点实验室（100024）

随着高强混凝土的广泛应用，越来越多的试验室对其进行强度测试。由于高强混凝土测试强度高，150mm立方体标准试件受力面积大，对压力试验机吨位要求高，一般试验室多采用100mm立方体非标试件。而目前我国对高强混凝土的标准试件和非标试件尺寸换算系数并没有明确的标准规定，因此急需要确定准确的尺寸换算系数。文章对高强混凝土抗压强度尺寸效应换算系数具体试验过程细节进行分析，发现在测试过程中试模、成型、养护、压力试验机等可能影响换算系数准确性的影响因素，并对试验细节提出了建议。

高强混凝土；抗压强度；尺寸换算系数；影响因素

0　前言

随着建筑行业的发展，高强混凝土（抗压强度≥C50）在建筑上的应用越来越广泛。按照中国国标GB/T50081-2002规定，采用边长为150mm的立方体试件为混凝土立方体抗压强度的标准试件。但是，高强混凝土的测试强度高，标准试件受力面积大，测试需要的压力机为300及以上吨位，实际检测过程中一般多采用边长100mm的立方体为非标准试件。由于混凝土的抗压强度与尺寸有关，所以采用不同尺寸的混凝土立方体试件测定混凝土强度时存在尺寸换算系数。国标GB/T50081-2002中规定，混凝土强度等级＜C60时，用非标准试件测得的强度值均应乘以尺寸换算系数，100mm立方体试块尺寸换算系数为0.95；当混凝土强度等级≥C60时，宜采用标准试件；使用非标准试件时，尺寸换算系数应有试验确定。

对于高强度混凝土，国内的许多单位对边长100mm非标试件的尺寸换算系数进行了研究［1-7］，研究结果见表1。

从以前的研究可以发现，不同研究单位对高强混凝土边长150mm的标准试件和100mm的非标试件的尺寸换算系数研究得到的结论相差很大，并且研究多重点放在确定准确的换算系数。本文从可能影响换算系数准确性的因素出发，研究不同实验条件对换算系数结果准确性的影响，从而有利于提高高强混凝土尺寸效应换算系数的准确性。

1　试验方案

1.1原材料

水泥：中国联合水泥集团有限公司P·I42.5水泥；石：碎石（5～20）mm石灰岩；砂：河砂，细度模数2.8；外加剂：聚羧酸高性能减水剂，含固量21%；矿物外加剂：Ⅱ级粉煤灰，大唐同舟科技有限公司；S95矿粉；硅灰，比表面积22.99×103m2/kg；水：自来水。

表1　国内不同单位的研究情况

1.2混凝土配合比

三种强度等级配合比成型混凝土试件，分别成型（100×100×100）mm试件18块和（150×150×150）mm试件18块，共108块。对比在完全相同条件养护、同一加压速度下的抗压强度，再计算尺寸换算系数。

表2　混凝土配合比（kg/m3）

1.3试验过程

1）高强混凝土试模采用铁模，符合《混凝土试模》（JG3019）中要求的规定。

2）坍落度控制在200～230mm，拌合物状态良好。

3）混凝土搅拌2min，C80混凝土搅拌时间4 min，搅拌好的混凝土小心均匀装入混凝土试模内，放置在混凝土振动台上振动20s，还应防止过振；成型后立即在试模上盖上塑料布。

4）混凝土试块带模预养护24h后进行编号、拆模。

5）拆模后的混凝土试块及时转入温度为（20± 2）℃，相对湿度不低于95%的标准养护室养护28d。标准养护室内的试件应放在支架上，彼此间隔10～20mm，试件表面应保持潮湿，并不得被水直接冲淋。

6）到龄期试件从养护室取出后应尽快进行试验，试验前需用湿布覆盖试件，防止试件干燥。试验时用干毛巾将试件擦拭干净，并检查外观，当试件有严重缺陷时，应废弃。试件从养护室取出后2h内试验完毕。若实际测试时间较长，需用塑料膜覆盖试件，并保证试件防置在温度为20℃±2℃室内。

7）压力试验时所有100mm和150mm立方体试件上下均应加标准钢垫板。混凝土加压速度为每秒钟0.8～1.0MPa。尤其是对150mm立方体试件在接近破坏时必须保持标准要求的加荷速度。

试验龄期：标养28d，允许偏差20h。

1.4混凝土强度试验机

A混凝土抗压强度使用一号压力机，YE-2000压力试验机，最大量程2000kN，压板尺寸370 mm×370mm；B混凝土抗压强度使用二号压力机，YAW6306微机控制电液伺服压力机，最大量程3 000kN，压板尺寸600mm×600mm；C组中100mm立方体试块和150mm立方体第1块至第6块混凝土抗压强度使用二号压力机；C组中150mm立方体第7块至第18块混凝土抗压强度使用三号压力机，YAW-3000型压力机，最大量程3000kN，压板直径200mm。

三种试验机示值误差小于±1%，均满足国标中对实验机的规定。

2　试验结果及分析

2.1高强度混凝土试验结果

对三组不同强度混凝土的试验室抗压强度测定结果如表3所示，其中1代表边长100mm的非标试件，2代表边长150mm的标准试件。

表3　高强度混凝土抗压强度

从表3中的数据可以看出，三组配合比的混凝土100mm的非标试件的抗压强度的波动都比150mm的标准试件小。其中，B组的数据最为明显，100mm试件的标准差6.454，离散系数7.1%；150 mm试件的标准差12.866，离散系数14.8%，是100 mm试件2倍左右。因此，100mm的非标试件测定的强度的受到试验条件影响可能更小，采用波动性小100mm非标试件测定的强度可能更准确。通过计算三组试块的尺寸换算系数在0.90～0.96之间。

2.2影响测量准确性的因素

1）试验机压板尺寸

从表3中的数据可以看出，采用不同的压力机得到抗压强度的数值的离散性是不同的。二号压机所测定的混凝土的强度值的波动最大。显然，选用不同的压力机会对测量的准确性产生影响。

为方便比较，采用相同配合比，相同大小150 mm标准试件的C-2组试块，采用二号和三号两种不同的压力机进行比较，如表4。

表4　压力机试验准确性对比

从三种压力机的对比可以看出，采用二号压力机测定的平均强度都比较高，测量的强度的波动性较大，标准差达到9.414，离散系数达到10.0%，是三号机的2倍左右。

图1　两种压力的压板

图2　C80-1混凝土150mm试块破坏形式

造成这种情况的主要原因可能是二号试验机的压板为600mm×600mm，比三号机直径200mm压板要大很多，可能容易造成偏心，两种试验机的压板尺寸如图1所示。并且，对于边长150mm的试块比100mm的更容易出现偏心情况。偏心后的试块如图2。

因此试验时，试件的承压面应与成型时的顶面垂直，试件的中心应与试验机下压板中心对准，开动试验机，当上压板与试件或钢垫板接近时，调整球座使接触均衡，防止试验过程中出现偏心。

2）模具

C60及以上强度等级混凝土采用铁模。塑料试模容易发生变形，造成混凝土测试强度降低。对于边长100mm和150mm的立方体试块，在塑料模具中的变形程度是不同的，对各自强度的影响不同进而影响两者之间的换算系数。试模各面必须互相垂直，内表面光滑平整，以确保成型的试块达到规定。

3）成型

高强度混凝土由于其黏度较高，比普通混凝土更难保证入模后在试模内分布均匀。需要合理掌握振动台的震动时间，时间太短混凝土中的气泡无法排出，时间太长，造成石子下沉，混凝土强度降低。一般来说，在150mm的试模中成型比100mm的试模成型混凝土的均匀性更好一点，造成两者之间的换算系数增大，所以在混凝土成型过程中一定要保证混凝土中骨料分布均匀。

4）养护

养护过程必须采用（20±2）℃，相对湿度95%以上养护，防止高强度混凝土水化受到影响。高强混凝土水胶比低，150mm的标准试件体积较大，必须保证95%以上的相对湿度才能充分养护。如果相对湿度不够，会造成两者之间的换算系数降低。

3　结论

通过3种不同强度的高强混凝的试验，对可能影响系数准确度的部分因素进行了的讨论，主要结论有：1）高强度混凝土试验压力机压板要适合混凝土试件的大小，测试过程中上下压板保持水平，防止试验中出现偏心现象；2）高强度混凝土试模应选择铁模，成型过程比普通混凝土要求更高，来确保混凝土的均匀性；3）高强度混凝土养护温度（20±2）℃，湿度必须达到相对湿度95%以上，确保边长150mm的标准试件也能得到充分养护。4）混凝土试件在GB/T50081-2002标准规定温度（20±2）℃，相对湿度大于95%条件下养护至28d龄期后按加压速度0.8～1.0MPa/s测100mm3非标试块混凝土抗压强度尺寸换算系数可以取0.90～0.96。

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