混凝土立方體抗壓強(qiáng)度的影響因素及其控制方法

黃禮維

（中國(guó)水利水電第五工程局有限公司，四川 成都 610066）

0 引言

混凝土作為目前世界上最常用的建筑材料，在建設(shè)工程的各個(gè)領(lǐng)域中應(yīng)用廣泛，由于組成混凝土的原材料因進(jìn)場(chǎng)批次多、性能不一致，導(dǎo)致混凝土立方體抗壓強(qiáng)度波動(dòng)性大，即使相同的配合比使用相同生產(chǎn)廠家不同批次的原材料，其立方體抗壓強(qiáng)度都會(huì)存在差距，有的差距甚至很大。在施工過(guò)程中為保證混凝土力學(xué)性能滿(mǎn)足相關(guān)設(shè)計(jì)要求，工程技術(shù)人員會(huì)通過(guò)大量的技術(shù)手段進(jìn)行質(zhì)量控制，并以抽樣方法檢測(cè)混凝土立方體抗壓強(qiáng)度，以檢測(cè)結(jié)果評(píng)定混凝土施工質(zhì)量，作為混凝土質(zhì)量驗(yàn)收的依據(jù)。

抽樣檢測(cè)過(guò)程中，影響混凝土抗壓強(qiáng)度的因素眾多，本文對(duì)混凝土立方體抗壓強(qiáng)度試驗(yàn)各環(huán)節(jié)中的影響因素進(jìn)行分析，確定試驗(yàn)中關(guān)鍵控制環(huán)節(jié)和重點(diǎn)控制內(nèi)容，確保檢測(cè)混凝土立方體抗壓強(qiáng)度與混凝土實(shí)際強(qiáng)度基本一致，從而能夠優(yōu)化混凝土配合比設(shè)計(jì)，減少膠凝材料使用，做到節(jié)約能源的目的。

1 影響因素分析

影響混凝土立方體抗壓強(qiáng)度試驗(yàn)結(jié)果的因素存在于成型準(zhǔn)備、成型過(guò)程、環(huán)境控制、破形過(guò)程和結(jié)果計(jì)算等五個(gè)階段中。

1.1 成型前準(zhǔn)備工作中的影響因素

1.1.1 試模選擇

成型前應(yīng)選用優(yōu)質(zhì)的混凝土試模，試模必須保證足夠的尺寸、平整度、角度精度，同時(shí)應(yīng)具備相應(yīng)的強(qiáng)度和剛度，以確保試件成型尺寸符合要求和表觀平整。

目前市場(chǎng)上使用的試模主要分為兩大類(lèi)：鋼試模和塑料試模。鋼制試模的優(yōu)點(diǎn)為強(qiáng)度高、不易變形、耐久性好、變形小；缺點(diǎn)為自身質(zhì)量重，拼裝耗時(shí)長(zhǎng)、每次拼裝后均需進(jìn)行檢驗(yàn)等。塑料試模的優(yōu)點(diǎn)為質(zhì)量輕、無(wú)需二次組裝、脫模刷油后即可重復(fù)使用，缺點(diǎn)為耐久性差，變形大，長(zhǎng)期使用易變形等。

無(wú)論采用哪種試模都應(yīng)做到嚴(yán)格的定期檢驗(yàn)和修正，自檢周期宜為3個(gè)月，不符合要求的試模不能使用。

1.1.2 成型方法選擇

成型方法根據(jù)混凝土拌合物坍落度大小主要分為兩大類(lèi)：坍落度不大于70mm的混凝土宜用振動(dòng)臺(tái)法振實(shí)，振動(dòng)臺(tái)的振幅和振動(dòng)頻率須符合規(guī)范要求；塌落度大于70mm的混凝土宜用搗棒人工搗實(shí)，在插搗的同時(shí)用平鏟或抹刀反復(fù)穿插，排除混凝土拌合物內(nèi)部的空氣[1]。

1.1.3 取樣選擇

現(xiàn)場(chǎng)取樣根據(jù)混凝土取樣位置主要分為兩大類(lèi)：從混凝土澆筑倉(cāng)面中取樣，必須保證取樣混凝土拌合物不得經(jīng)過(guò)振搗；從罐車(chē)中取樣，須從連續(xù)下料中的中間時(shí)間段取樣，同一部位多車(chē)次澆筑，應(yīng)選擇中間車(chē)次取樣；取樣數(shù)量應(yīng)符合使用完成剩余拌合物量不少于使用量的20%的要求，且在入模前將混凝土拌合物拌合均勻，測(cè)試混凝土拌合物各項(xiàng)性能，性能滿(mǎn)足要求后應(yīng)快速裝樣成型，嚴(yán)禁將不合格混凝土拌合物成型。

1.2 成型過(guò)程中的影響因素

1.2.1 振動(dòng)臺(tái)法

在試模內(nèi)表面應(yīng)涂一薄層礦物油或其他不與混凝土發(fā)生反應(yīng)的脫模劑，將混凝土拌合物一次裝入試模，混凝土拌合物高出試模口，用抹刀沿模壁插搗幾次，排除邊緣氣泡，將試模放置于振動(dòng)臺(tái)中心位置，振動(dòng)至試模表面泛漿且無(wú)明顯氣泡溢出停止，不得過(guò)振。

1.2.2 人工法

將混凝土拌合物分兩層裝入試模，再用搗棒從邊緣向中心均勻插搗，插搗完成后，還應(yīng)用抹刀沿模壁插搗數(shù)次，用橡皮錘輕輕敲打試模，以排除搗棒和抹刀插搗空隙中的空氣，然后將表面抹光。靜置1～2h后，對(duì)試件進(jìn)行第二次抹面，使試件尺寸與標(biāo)準(zhǔn)尺寸的誤差不超過(guò)1mm。

試件表面收光時(shí)，注意料漿飽滿(mǎn)，防止混凝土由于塑性變形而出現(xiàn)凹陷狀況。應(yīng)盡量減少試件制作過(guò)程中人為因素的影響。

1.2.3 試件標(biāo)記

拆模前應(yīng)及時(shí)作相應(yīng)標(biāo)識(shí)（部位、強(qiáng)度等級(jí)、成型日期等），以避免相互混淆，造成抗壓強(qiáng)度出現(xiàn)異常。目前工程上常用的標(biāo)記方法主要分為兩種：詳細(xì)標(biāo)記和盲樣標(biāo)記，詳細(xì)標(biāo)記有助于試驗(yàn)檢測(cè)人員了解混凝土試件的信息，缺點(diǎn)是檢測(cè)人員對(duì)檢測(cè)信息了解后，容易造成信息泄露，不利于公平公正檢測(cè)要求；盲樣標(biāo)記優(yōu)點(diǎn)是僅在樣品上標(biāo)記試件代號(hào)，試驗(yàn)檢測(cè)人員僅能知道檢測(cè)試件代號(hào)，對(duì)其他信息一無(wú)所知，有利于保密性和公正性，缺點(diǎn)是檢測(cè)人員不知道具體試件強(qiáng)度，有可能會(huì)不按照預(yù)估強(qiáng)度選擇試驗(yàn)速率。對(duì)于兩種標(biāo)記方法應(yīng)該區(qū)別對(duì)待，如成型過(guò)程是檢測(cè)人員自行抽樣檢測(cè)，則可使用詳細(xì)標(biāo)記，如果是外委檢測(cè)，則可使用盲樣標(biāo)記。

1.3 環(huán)境控制中的影響因素

混凝土拌合物在凝結(jié)硬化過(guò)程中，需要溫度和水促進(jìn)水泥水化反應(yīng)，達(dá)到凝結(jié)硬化的結(jié)果，一般在成型混凝土試件時(shí)要求室內(nèi)環(huán)境溫度20±5℃，濕度≥50%，有利于混凝土早期強(qiáng)度的形成。在此環(huán)境下靜置24～48h，拆除試模后，試件應(yīng)立即放入標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)室內(nèi)進(jìn)行養(yǎng)護(hù)（溫度為20±2℃，濕度≥95%），養(yǎng)護(hù)至28d齡期進(jìn)行抗壓強(qiáng)度試驗(yàn)（齡期有特殊要求的除外）。

1.4 破形過(guò)程中的影響因素

1.4.1 人員

進(jìn)行混凝土立方體抗壓強(qiáng)度試驗(yàn)的人員必須培訓(xùn)合格后方可進(jìn)行試驗(yàn)，應(yīng)對(duì)首次操作人員進(jìn)行監(jiān)督考核，考核合格后方可獨(dú)立操作。試驗(yàn)時(shí)應(yīng)兩人配合操作，數(shù)據(jù)記錄人員和操作人員各司其職，做到數(shù)據(jù)互相印證后方可如實(shí)記錄，同一批試件應(yīng)由同一人操作試驗(yàn)機(jī)，盡量避免中途調(diào)換操作人員。

1.4.2 壓力機(jī)

壓力機(jī)應(yīng)符合技術(shù)要求，其測(cè)量精度為±1%，試件破壞荷載應(yīng)大于壓力機(jī)全量程的20%且小于壓力機(jī)全量程的80%[2]，壓力機(jī)應(yīng)經(jīng)過(guò)有資質(zhì)的計(jì)量檢定部門(mén)的檢定，且按計(jì)劃進(jìn)行維護(hù)保養(yǎng)，使用過(guò)程中未發(fā)現(xiàn)任何異常，方可投入使用。

1.4.3 試件

試件從標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)室內(nèi)取出后應(yīng)覆蓋濕布，室內(nèi)環(huán)境溫度應(yīng)嚴(yán)格控制，應(yīng)及時(shí)進(jìn)行試驗(yàn)；試驗(yàn)前先檢查試件表面質(zhì)量（蜂窩、麻面和缺棱掉角等）、尺寸、平整度和垂直度是否在允許偏差范圍，對(duì)于不符合要求的試件要剔除，對(duì)試件的尺寸進(jìn)行測(cè)量，應(yīng)按實(shí)際測(cè)量尺寸計(jì)算實(shí)際受壓面積。

1.4.4 試驗(yàn)過(guò)程

試驗(yàn)時(shí)要正確放置試件，承壓面應(yīng)為非成型面，避免受壓面不平整使試件提前破壞，試件應(yīng)垂直放置于受壓板正中心位置，以保證軸心受壓；試驗(yàn)中要嚴(yán)格按要求的加荷速度連續(xù)均勻地加荷，直至試件破壞。

1.4.5 其他情況

若試驗(yàn)過(guò)程中遇到不可預(yù)見(jiàn)因素而停止試驗(yàn)，能在0.5h內(nèi)重啟試驗(yàn)，則試件可以在室內(nèi)停留，如不能在0.5h內(nèi)恢復(fù)試驗(yàn)過(guò)程，則應(yīng)將試件搬回標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)室內(nèi)。

3.2.1 護(hù)士在洗手、手消毒、戴手套、戴口罩方面執(zhí)行情況良好 調(diào)查結(jié)果顯示，86.14%的護(hù)士在診療和護(hù)理患者前洗手，90.66%的護(hù)士護(hù)理患者從污染部位移到清潔部位時(shí)洗手;在接觸未明確診斷的患者時(shí)幾乎沒(méi)有人不戴口罩的;接觸患者血液、體液、分泌物等物質(zhì)時(shí)戴手套及在接觸患者黏膜或者破損皮膚時(shí)戴手套，從調(diào)查顯示看，執(zhí)行情況也良好，分別達(dá)83.74%和81.76%;說(shuō)明醫(yī)院在洗手、手消毒、戴手套、戴口罩等相關(guān)知識(shí)的培訓(xùn)力度和質(zhì)量相對(duì)較高，護(hù)士們大大地提高了對(duì)標(biāo)準(zhǔn)預(yù)防行為的依從性，也提高了感染性疾病的預(yù)防控制水平。

1.5 結(jié)果計(jì)算中的影響因素

混凝土立方體抗壓強(qiáng)度計(jì)算公式：

式中：

fcc——混凝土立方體抗壓強(qiáng)度值，MPa；

F——混凝土破壞荷載值，N；

A——混凝土承壓面積（按實(shí)測(cè)尺寸計(jì)算），mm2。

一組試件包含三個(gè)強(qiáng)度值，應(yīng)取三個(gè)強(qiáng)度值的平均值作為混凝土抗壓強(qiáng)度代表值，若三個(gè)強(qiáng)度值之中有一個(gè)值超過(guò)平均值的15%，則取三個(gè)值中的中值作為本組抗壓強(qiáng)度代表值，若三個(gè)值之中兩個(gè)值超過(guò)平均值的15%，則本組試件的強(qiáng)度值不能作為評(píng)定的依據(jù)，應(yīng)采取其他檢測(cè)方法檢測(cè)其代表部位的混凝土抗壓強(qiáng)度值作為評(píng)定依據(jù)。

2 混凝土抗壓強(qiáng)度影響因素控制辦法

2.1 成型前準(zhǔn)備工作中影響因素的控制辦法

2.1.1 試模自校

2.1.2 試模選擇

成型前應(yīng)考慮試模尺寸與成型混凝土拌合物中骨料最大粒徑匹配度，一般成型試模最小邊距離不少于骨料最大粒徑的3倍，如最大粒徑太大，將導(dǎo)致成型試件在試驗(yàn)過(guò)程中由骨料承受荷載，不能夠準(zhǔn)確試驗(yàn)出混凝土立方體抗壓強(qiáng)度。

2.1.3 試樣處理

成型前還應(yīng)將混凝土拌合物翻拌均勻，翻拌的底面為不吸水底面，一般采用鋼板，平整度須符合要求，且在混凝土拌合物與鋼板接觸前應(yīng)將鋼板表面浸潤(rùn)，防止改變混凝土拌合物水灰比及漿骨比。

2.1.4 振動(dòng)臺(tái)的要求

混凝土試件成型使用的振動(dòng)臺(tái)頻率為50±2Hz，振幅在0.5±0.02mm內(nèi)[3]，使用的搗棒直徑為16±0.2mm，長(zhǎng)度為600±5mm，端頭呈半球形狀，使用的橡皮錘質(zhì)量應(yīng)在0.25～0.50kg之間，在混凝土試件成型前應(yīng)確認(rèn)全部所需工器具合格后方可開(kāi)始混凝土成型工作，有利于提升試件成型質(zhì)量，同時(shí)能夠保障成型工作穩(wěn)步開(kāi)展。

2.2 成型過(guò)程中影響因素的控制辦法

采用振動(dòng)臺(tái)法成型振動(dòng)時(shí)間一般不超過(guò)30s，振動(dòng)過(guò)程應(yīng)隨時(shí)觀察混凝土表面情況，嚴(yán)禁出現(xiàn)過(guò)振現(xiàn)象，出現(xiàn)過(guò)振情況應(yīng)立即廢除成型試件且不能再重復(fù)使用混凝土拌合物，應(yīng)重新取樣成型；人工成型過(guò)程中兩層裝料高度應(yīng)基本一致，每10000mm2插搗次數(shù)應(yīng)不少于12次，插搗下層時(shí)搗棒應(yīng)插搗至底部，插搗上層時(shí)搗棒應(yīng)插至下層20～30mm，嚴(yán)禁全層穿插，插搗過(guò)程應(yīng)垂直插搗，橡皮錘敲打試模應(yīng)控制在10～15次，同時(shí)插搗孔洞消失閉合，確保氣泡排出，保證混凝土試件成型質(zhì)量。

2.3 環(huán)境控制中影響因素的控制辦法

混凝土拌合物成型中環(huán)境溫度應(yīng)為20±5℃，濕度不低于50%，在成型室內(nèi)應(yīng)加強(qiáng)環(huán)境溫濕度的控制和記錄工作，便于后續(xù)溯源；在成型后宜盡早拆模送入標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)室內(nèi)[4]；標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)溫度應(yīng)為20±2℃，濕度不低于95%，標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)室在自動(dòng)控制情況下每日記錄溫濕度次數(shù)不少于3次，且應(yīng)均勻分布記錄時(shí)間；混凝土試件破形時(shí)，從養(yǎng)護(hù)室搬至壓力間過(guò)程中，應(yīng)將試件表面全程覆蓋濕布，確保濕度，同時(shí)壓力間的溫度應(yīng)控制在20±5℃。

2.4 破形過(guò)程中影響因素的控制辦法

2.4.1 壓力機(jī)

壓力機(jī)的壓板平整度差值不大于0.04mm，平行度差值不大于0.05mm，表面硬度不小于55HRC，板面光滑、平整，粗糙度不大于0.80μm，球座轉(zhuǎn)動(dòng)靈活；壓板的剛度和平整度是保證混凝土試件在受壓過(guò)程中不發(fā)生變形的基本保障，球座是壓板垂直受壓控制方法，均能夠提升混凝土抗壓強(qiáng)度準(zhǔn)確性。

2.4.2 操作過(guò)程

試驗(yàn)前用游標(biāo)卡尺測(cè)量試件的承壓面尺寸，精確至0.02mm；混凝土強(qiáng)度大于60MPa情況下應(yīng)在試件周?chē)O(shè)置防護(hù)罩，以防止承壓過(guò)程中試件碎片彈射傷人；擦拭上下承壓面，不得有顆粒雜物，將試件承壓面放置于壓板中心位置，上下承壓面與壓板均勻接觸后開(kāi)始試驗(yàn)；試驗(yàn)過(guò)程均勻加荷，當(dāng)抗壓強(qiáng)度小于30MPa時(shí)，加荷速率為0.3～0.5MPa/s；當(dāng)抗壓強(qiáng)度30～60MPa時(shí)，加荷速率為0.5～0.8MPa/s；當(dāng)抗壓強(qiáng)度大于60MPa 時(shí)，加荷速率為0.8～1.0MPa/s[5]。當(dāng)試件接近破壞、急劇變形時(shí)，停止調(diào)整速率，直至破壞即可，破壞后記錄破壞荷載值。試驗(yàn)過(guò)程中加荷速率控制在中間范圍，可以通過(guò)壓力-時(shí)間關(guān)系圖觀察速率控制效果（見(jiàn)圖2、圖3）。

由圖2可知，加載至980kN僅用時(shí)15s，平均速率達(dá)到了2.90MPa/s，超出了規(guī)范最大速率0.8MPa/s的要求，且在試件接近破壞時(shí)立即回油，沒(méi)有讓試件充分達(dá)到抗壓極限，這樣試件的抗壓強(qiáng)度不能夠準(zhǔn)確反映真實(shí)情況。從圖3 可知，加載至780kN 用時(shí)約45s，平均速率0.77MPa/s，符合規(guī)范0.5～0.8MPa/s速率要求，且在試件達(dá)到接近破壞時(shí)，未調(diào)整速率，最終至試件破壞才回油。

圖2 壓力-時(shí)間關(guān)系圖（加荷速率過(guò)快）

圖3 壓力-時(shí)間關(guān)系圖（加荷速率正常）

2.5 結(jié)果計(jì)算中影響因素的控制辦法

混凝土立方體抗壓強(qiáng)度單值計(jì)算結(jié)果精確至0.1MPa，三塊值平均值同樣精確至0.1MPa。計(jì)算過(guò)程中嚴(yán)禁將單值不進(jìn)行結(jié)果修約或多保留位數(shù)修約，最終由三塊平均值統(tǒng)一修約的做法完全錯(cuò)誤；計(jì)算完成后須進(jìn)行試件尺寸換算，一般換算系數(shù)：200mm×200mm×200mm試件換算系數(shù)為1.05，100mm×100mm×100mm試件換算系數(shù)為0.95，高強(qiáng)度或超高強(qiáng)度混凝土的試件尺寸換算系數(shù)應(yīng)通過(guò)試驗(yàn)確定。

3 結(jié)束語(yǔ)

從上述影響混凝土立方體抗壓強(qiáng)度因素的分析可以看出，混凝土抗壓強(qiáng)度影響因素眾多，包括使用的工器具、成型的方法、環(huán)境溫濕度、試驗(yàn)設(shè)備、測(cè)量設(shè)備、試驗(yàn)速率控制、計(jì)算方法、修約方法、尺寸換算等。每一項(xiàng)影響因素可能直接影響混凝土的立方體抗壓強(qiáng)度，這也對(duì)試驗(yàn)檢測(cè)人員在混凝土立方體抗壓強(qiáng)度測(cè)試的每一個(gè)環(huán)節(jié)提出了更高的要求。在日常工作中出現(xiàn)了混凝土立方體抗壓強(qiáng)度結(jié)果的爭(zhēng)議情況，最主要的原因是眾多環(huán)節(jié)中，其能夠溯源的數(shù)據(jù)較少，不能夠做到全過(guò)程的溯源，這就要求專(zhuān)業(yè)檢測(cè)機(jī)構(gòu)和操作人員應(yīng)對(duì)每一個(gè)試驗(yàn)環(huán)節(jié)留下充分證據(jù)和記錄。