高強(qiáng)混凝土抗壓強(qiáng)度尺寸換算系數(shù)準(zhǔn)確性的影響因素

謝　添　張　萍　李　揚(yáng)

1安徽省七星工程測(cè)試有限公司（230088）

2中國(guó)建筑材料科學(xué)研究總院綠色建筑材料國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室（100024）

高強(qiáng)混凝土抗壓強(qiáng)度尺寸換算系數(shù)準(zhǔn)確性的影響因素

謝添1張萍2李揚(yáng)2

1安徽省七星工程測(cè)試有限公司（230088）

2中國(guó)建筑材料科學(xué)研究總院綠色建筑材料國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室（100024）

隨著高強(qiáng)混凝土的廣泛應(yīng)用，越來(lái)越多的試驗(yàn)室對(duì)其進(jìn)行強(qiáng)度測(cè)試。由于高強(qiáng)混凝土測(cè)試強(qiáng)度高，150mm立方體標(biāo)準(zhǔn)試件受力面積大，對(duì)壓力試驗(yàn)機(jī)噸位要求高，一般試驗(yàn)室多采用100mm立方體非標(biāo)試件。而目前我國(guó)對(duì)高強(qiáng)混凝土的標(biāo)準(zhǔn)試件和非標(biāo)試件尺寸換算系數(shù)并沒(méi)有明確的標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定，因此急需要確定準(zhǔn)確的尺寸換算系數(shù)。文章對(duì)高強(qiáng)混凝土抗壓強(qiáng)度尺寸效應(yīng)換算系數(shù)具體試驗(yàn)過(guò)程細(xì)節(jié)進(jìn)行分析，發(fā)現(xiàn)在測(cè)試過(guò)程中試模、成型、養(yǎng)護(hù)、壓力試驗(yàn)機(jī)等可能影響換算系數(shù)準(zhǔn)確性的影響因素，并對(duì)試驗(yàn)細(xì)節(jié)提出了建議。

高強(qiáng)混凝土；抗壓強(qiáng)度；尺寸換算系數(shù)；影響因素

0　前言

隨著建筑行業(yè)的發(fā)展，高強(qiáng)混凝土（抗壓強(qiáng)度≥C50）在建筑上的應(yīng)用越來(lái)越廣泛。按照中國(guó)國(guó)標(biāo)GB/T50081-2002規(guī)定，采用邊長(zhǎng)為150mm的立方體試件為混凝土立方體抗壓強(qiáng)度的標(biāo)準(zhǔn)試件。但是，高強(qiáng)混凝土的測(cè)試強(qiáng)度高，標(biāo)準(zhǔn)試件受力面積大，測(cè)試需要的壓力機(jī)為300及以上噸位，實(shí)際檢測(cè)過(guò)程中一般多采用邊長(zhǎng)100mm的立方體為非標(biāo)準(zhǔn)試件。由于混凝土的抗壓強(qiáng)度與尺寸有關(guān)，所以采用不同尺寸的混凝土立方體試件測(cè)定混凝土強(qiáng)度時(shí)存在尺寸換算系數(shù)。國(guó)標(biāo)GB/T50081-2002中規(guī)定，混凝土強(qiáng)度等級(jí)＜C60時(shí)，用非標(biāo)準(zhǔn)試件測(cè)得的強(qiáng)度值均應(yīng)乘以尺寸換算系數(shù)，100mm立方體試塊尺寸換算系數(shù)為0.95；當(dāng)混凝土強(qiáng)度等級(jí)≥C60時(shí)，宜采用標(biāo)準(zhǔn)試件；使用非標(biāo)準(zhǔn)試件時(shí)，尺寸換算系數(shù)應(yīng)有試驗(yàn)確定。

對(duì)于高強(qiáng)度混凝土，國(guó)內(nèi)的許多單位對(duì)邊長(zhǎng)100mm非標(biāo)試件的尺寸換算系數(shù)進(jìn)行了研究［1-7］，研究結(jié)果見(jiàn)表1。

從以前的研究可以發(fā)現(xiàn)，不同研究單位對(duì)高強(qiáng)混凝土邊長(zhǎng)150mm的標(biāo)準(zhǔn)試件和100mm的非標(biāo)試件的尺寸換算系數(shù)研究得到的結(jié)論相差很大，并且研究多重點(diǎn)放在確定準(zhǔn)確的換算系數(shù)。本文從可能影響換算系數(shù)準(zhǔn)確性的因素出發(fā)，研究不同實(shí)驗(yàn)條件對(duì)換算系數(shù)結(jié)果準(zhǔn)確性的影響，從而有利于提高高強(qiáng)混凝土尺寸效應(yīng)換算系數(shù)的準(zhǔn)確性。

1　試驗(yàn)方案

1.1原材料

水泥：中國(guó)聯(lián)合水泥集團(tuán)有限公司P·I42.5水泥；石：碎石（5～20）mm石灰?guī)r；砂：河砂，細(xì)度模數(shù)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(jí)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(lái)水。

表1　國(guó)內(nèi)不同單位的研究情況

1.2混凝土配合比

三種強(qiáng)度等級(jí)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(duì)比在完全相同條件養(yǎng)護(hù)、同一加壓速度下的抗壓強(qiáng)度，再計(jì)算尺寸換算系數(shù)。

表2　混凝土配合比（kg/m3）

1.3試驗(yàn)過(guò)程

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

2）坍落度控制在200～230mm，拌合物狀態(tài)良好。

3）混凝土攪拌2min，C80混凝土攪拌時(shí)間4 min，攪拌好的混凝土小心均勻裝入混凝土試模內(nèi)，放置在混凝土振動(dòng)臺(tái)上振動(dòng)20s，還應(yīng)防止過(guò)振；成型后立即在試模上蓋上塑料布。

4）混凝土試塊帶模預(yù)養(yǎng)護(hù)24h后進(jìn)行編號(hào)、拆模。

5）拆模后的混凝土試塊及時(shí)轉(zhuǎn)入溫度為（20± 2）℃，相對(duì)濕度不低于95%的標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)室養(yǎng)護(hù)28d。標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)室內(nèi)的試件應(yīng)放在支架上，彼此間隔10～20mm，試件表面應(yīng)保持潮濕，并不得被水直接沖淋。

6）到齡期試件從養(yǎng)護(hù)室取出后應(yīng)盡快進(jìn)行試驗(yàn)，試驗(yàn)前需用濕布覆蓋試件，防止試件干燥。試驗(yàn)時(shí)用干毛巾將試件擦拭干凈，并檢查外觀，當(dāng)試件有嚴(yán)重缺陷時(shí)，應(yīng)廢棄。試件從養(yǎng)護(hù)室取出后2h內(nèi)試驗(yàn)完畢。若實(shí)際測(cè)試時(shí)間較長(zhǎng)，需用塑料膜覆蓋試件，并保證試件防置在溫度為20℃±2℃室內(nèi)。

7）壓力試驗(yàn)時(shí)所有100mm和150mm立方體試件上下均應(yīng)加標(biāo)準(zhǔn)鋼墊板?；炷良訅核俣葹槊棵腌?.8～1.0MPa。尤其是對(duì)150mm立方體試件在接近破壞時(shí)必須保持標(biāo)準(zhǔn)要求的加荷速度。

試驗(yàn)齡期：標(biāo)養(yǎng)28d，允許偏差20h。

1.4混凝土強(qiáng)度試驗(yàn)機(jī)

A混凝土抗壓強(qiáng)度使用一號(hào)壓力機(jī)，YE-2000壓力試驗(yàn)機(jī)，最大量程2000kN，壓板尺寸370 mm×370mm；B混凝土抗壓強(qiáng)度使用二號(hào)壓力機(jī)，YAW6306微機(jī)控制電液伺服壓力機(jī)，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(qiáng)度使用二號(hào)壓力機(jī)；C組中150mm立方體第7塊至第18塊混凝土抗壓強(qiáng)度使用三號(hào)壓力機(jī)，YAW-3000型壓力機(jī)，最大量程3000kN，壓板直徑200mm。

三種試驗(yàn)機(jī)示值誤差小于±1%，均滿足國(guó)標(biāo)中對(duì)實(shí)驗(yàn)機(jī)的規(guī)定。

2　試驗(yàn)結(jié)果及分析

2.1高強(qiáng)度混凝土試驗(yàn)結(jié)果

對(duì)三組不同強(qiáng)度混凝土的試驗(yàn)室抗壓強(qiáng)度測(cè)定結(jié)果如表3所示，其中1代表邊長(zhǎng)100mm的非標(biāo)試件，2代表邊長(zhǎng)150mm的標(biāo)準(zhǔn)試件。

表3　高強(qiáng)度混凝土抗壓強(qiáng)度

從表3中的數(shù)據(jù)可以看出，三組配合比的混凝土100mm的非標(biāo)試件的抗壓強(qiáng)度的波動(dòng)都比150mm的標(biāo)準(zhǔn)試件小。其中，B組的數(shù)據(jù)最為明顯，100mm試件的標(biāo)準(zhǔn)差6.454，離散系數(shù)7.1%；150 mm試件的標(biāo)準(zhǔn)差12.866，離散系數(shù)14.8%，是100 mm試件2倍左右。因此，100mm的非標(biāo)試件測(cè)定的強(qiáng)度的受到試驗(yàn)條件影響可能更小，采用波動(dòng)性小100mm非標(biāo)試件測(cè)定的強(qiáng)度可能更準(zhǔn)確。通過(guò)計(jì)算三組試塊的尺寸換算系數(shù)在0.90～0.96之間。

2.2影響測(cè)量準(zhǔn)確性的因素

1）試驗(yàn)機(jī)壓板尺寸

從表3中的數(shù)據(jù)可以看出，采用不同的壓力機(jī)得到抗壓強(qiáng)度的數(shù)值的離散性是不同的。二號(hào)壓機(jī)所測(cè)定的混凝土的強(qiáng)度值的波動(dòng)最大。顯然，選用不同的壓力機(jī)會(huì)對(duì)測(cè)量的準(zhǔn)確性產(chǎn)生影響。

為方便比較，采用相同配合比，相同大小150 mm標(biāo)準(zhǔn)試件的C-2組試塊，采用二號(hào)和三號(hào)兩種不同的壓力機(jī)進(jìn)行比較，如表4。

表4　壓力機(jī)試驗(yàn)準(zhǔn)確性對(duì)比

從三種壓力機(jī)的對(duì)比可以看出，采用二號(hào)壓力機(jī)測(cè)定的平均強(qiáng)度都比較高，測(cè)量的強(qiáng)度的波動(dòng)性較大，標(biāo)準(zhǔn)差達(dá)到9.414，離散系數(shù)達(dá)到10.0%，是三號(hào)機(jī)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(hào)試驗(yàn)機(jī)的壓板為600mm×600mm，比三號(hào)機(jī)直徑200mm壓板要大很多，可能容易造成偏心，兩種試驗(yàn)機(jī)的壓板尺寸如圖1所示。并且，對(duì)于邊長(zhǎng)150mm的試塊比100mm的更容易出現(xiàn)偏心情況。偏心后的試塊如圖2。

因此試驗(yàn)時(shí)，試件的承壓面應(yīng)與成型時(shí)的頂面垂直，試件的中心應(yīng)與試驗(yàn)機(jī)下壓板中心對(duì)準(zhǔn)，開(kāi)動(dòng)試驗(yàn)機(jī)，當(dāng)上壓板與試件或鋼墊板接近時(shí)，調(diào)整球座使接觸均衡，防止試驗(yàn)過(guò)程中出現(xiàn)偏心。

2）模具

C60及以上強(qiáng)度等級(jí)混凝土采用鐵模。塑料試模容易發(fā)生變形，造成混凝土測(cè)試強(qiáng)度降低。對(duì)于邊長(zhǎng)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(duì)各自強(qiáng)度的影響不同進(jìn)而影響兩者之間的換算系數(shù)。試模各面必須互相垂直，內(nèi)表面光滑平整，以確保成型的試塊達(dá)到規(guī)定。

3）成型

高強(qiáng)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(nèi)分布均勻。需要合理掌握振動(dòng)臺(tái)的震動(dòng)時(shí)間，時(shí)間太短混凝土中的氣泡無(wú)法排出，時(shí)間太長(zhǎng)，造成石子下沉，混凝土強(qiáng)度降低。一般來(lái)說(shuō)，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(diǎn)，造成兩者之間的換算系數(shù)增大，所以在混凝土成型過(guò)程中一定要保證混凝土中骨料分布均勻。

4）養(yǎng)護(hù)

養(yǎng)護(hù)過(guò)程必須采用（20±2）℃，相對(duì)濕度95%以上養(yǎng)護(hù)，防止高強(qiáng)度混凝土水化受到影響。高強(qiáng)混凝土水膠比低，150mm的標(biāo)準(zhǔn)試件體積較大，必須保證95%以上的相對(duì)濕度才能充分養(yǎng)護(hù)。如果相對(duì)濕度不夠，會(huì)造成兩者之間的換算系數(shù)降低。

3　結(jié)論

通過(guò)3種不同強(qiáng)度的高強(qiáng)混凝的試驗(yàn)，對(duì)可能影響系數(shù)準(zhǔn)確度的部分因素進(jìn)行了的討論，主要結(jié)論有：1）高強(qiáng)度混凝土試驗(yàn)壓力機(jī)壓板要適合混凝土試件的大小，測(cè)試過(guò)程中上下壓板保持水平，防止試驗(yàn)中出現(xiàn)偏心現(xiàn)象；2）高強(qiáng)度混凝土試模應(yīng)選擇鐵模，成型過(guò)程比普通混凝土要求更高，來(lái)確?；炷恋木鶆蛐裕?）高強(qiáng)度混凝土養(yǎng)護(hù)溫度（20±2）℃，濕度必須達(dá)到相對(duì)濕度95%以上，確保邊長(zhǎng)150mm的標(biāo)準(zhǔn)試件也能得到充分養(yǎng)護(hù)。4）混凝土試件在GB/T50081-2002標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定溫度（20±2）℃，相對(duì)濕度大于95%條件下養(yǎng)護(hù)至28d齡期后按加壓速度0.8～1.0MPa/s測(cè)100mm3非標(biāo)試塊混凝土抗壓強(qiáng)度尺寸換算系數(shù)可以取0.90～0.96。

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

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

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

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

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

［6］高春勇，王玲，姚燕，等.高強(qiáng)混凝土立方體抗壓強(qiáng)度測(cè)試影響因素分析.［J］.中國(guó)硅酸鹽學(xué)會(huì)2003年學(xué)術(shù)年會(huì)水泥基材料論文集（下冊(cè)），2003：25-30.

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