混凝土立方体抗压强度试验方法
时间：2020-02-19 阅读：4967
5抗压强度试验
5.0.1说明了本方法适用于混凝土立方体抗压强度试验。圆柱体抗压强度试验见附录B。
5.0.2说明了试件尺寸应符合的规定。
5.0.3本条规定了试验所需的仪器设备及应满足的要求。
1规定了压力试验机的技术要求。
1）从压力试验机厂家调查了解得知，随着压力试验机生产技术的提高，试件破坏荷载超出全量程20%~80%范围时，目前很多压力试验机的示值相对误差、加荷速率等也可满足相应要求。因此本次修订与原标准相比，试件破坏荷载量程范围规定由“应”修订为“宜”，如果破坏荷载超出了全量程的20%~80%范围时，在满足示值相对误差、加荷速率等相关要求的前提下，可使用的低荷载和大荷载可根据压力试验机测量传感器计量检定结果确定。
2）目前在测量领域，精度的说法已不提倡使用，在《液压式万能试验机》GB/T 3159中用示值相对误差表示。
3）规定了压力试验机应具有加荷速度显示装置或加荷速度控制装置，是为了便于操作人员可按本标准要求控制加荷速度。
4）对试验机上、下承压板的平面度公差、平行度公差、表面硬度、粗糙度进行了规定。
5）规定了压力试验机应具有有效期内的计量检定证书，是为了保持各个不同试验室中的试验仪器设备性能指标的一致性，其鉴定周期为一年。
2老的压力试验机，由于多年使用，上下压板有磨损现象，特别是压板的中心，由于压试件处磨成凹状。其平整度严重影响对压板平整度要对较高的高强混凝土的抗压强度。为提高高强混凝土抗压强度试验的精度，避免试验误差，在强度等级不小于C60的抗压强度试验时，如压力试验机上、下承压板不符合要求时，必须使用钢垫板。垫钢垫板后高强混凝土试件的抗压强度显著提高，其原因是高强混凝土试件对钢垫板的承压面要求较高，包括对平整度、硬度的要求。
3 规定了试件周围应设置防崩裂网罩，以免高强混凝土试件在破坏时突然崩裂射出的试件碎块伤人。
5.0.4本条规定了立方体抗压强度试验的试验步骤。
1原标准规定试件从养护地点取出后应及时进行试验，国外标准《Testing of concrete—Part 4:Strength of hardened concrete》ISO1920-4-2005和《Standard Test Method for Compressive Strength of Cylindrical Concrete Specimens》ASTM C39-2014均规定试件从养护地点取出后应采取措施保持试件湿润，试件应在湿润状态下进行试验。试件在湿润和干燥状态对抗压强度结果有一定影响，本次修订后要求在条件许可时，应采用湿毛巾覆盖试件，保持试件潮湿状态。
3试件应避免偏心受压，受压偏心对试件抗压强度影响较大，导致试验结果不准确。
5原标准对加荷速度的规定为：混凝土强度等级<C30时，加荷速度取每秒钟0.3~0.5MPa；混凝土强度等级≥C30且<C60时，取每秒钟0.5~0.8MPa；混凝土强度等级≥C60时，取每秒钟0.8~1.0MPa。国外相关标准为：《Testing of concrete—Part 4:Strength of hardened concrete》ISO 1920-4-2005规定加荷速度为（0.15～1.0）MPa/s；《Testing hardened concrete - Part 3: Compressive strength of test specimens》BS EN 12390-3-2009加荷速度由原来（0.2～1.0）MPa/s修订为（0.6±0.2）MPa/s；《Standard Test Method for Compressive Strength of Cylindrical Concrete Specimens》ASTM C39-2014规定加荷速度为（0.25±0.05）MPa/s（圆柱体试件）；《Method of test for compressive strength of concrete》JIS A1108-2006加荷速度为（0.6±0.4）MPa/s（圆柱体试件）。一方面国内外标准对加荷速度规定不同，另一方面国内有部分单位反映目前抗压强度试验工作量很大，如果加荷速度偏小，试验时间很长。因此编制组组织几家单位进行了不同加荷速度对试件抗压强度结果影响的平行试验研究，试验要求：①同一强度等级采用不同速率对比的试件，必须采用同一盘混凝土拌合物成对成型，在振动台上必须成对同时成型振捣；②养护必须在相对湿度95%以上环境的标准养护室养护；③试件在湿润状态下进行试验；④压力试验机均采用数控恒定速率压力试验机。现列出部分单位的试验研究结果如下，其中中国建筑科学研究院的试验结果如表3所示。
表3 不同加荷速度对试件抗压强度结果的影响（中国建筑科学研究院试验结果）
设计强度等级 | 加荷速度/MPa/s | 28d抗压强度（MPa） | ||||||||||||
组 | 第二组 | 第三组 | 第四组 | 均值 | ||||||||||
C25 | 0.4 | 34.8 | 34.0 | 36.0 | 36.4 | 36.5 | 33.3 | 36.2 | 33.6 | 35.5 | 35.6 | 35.4 | 35.9 | 35.3 |
0.6 | 37.5 | 36.4 | 37.5 | 35.6 | 34.8 | 37.3 | 37.5 | 36.8 | 37.4 | 35.6 | 35.8 | 33.4 | 36.3 | |
0.9 | 37.9 | 37.2 | 36.3 | 37.6 | 37.1 | 38.0 | 36.4 | 37.7 | 37.9 | 36.7 | 36.5 | 37.8 | 37.3 | |
C30 | 0.6 | 40.2 | 40.3 | 40.5 | 36.9 | 38.3 | 37.7 | 37.3 | 41.2 | 38.1 | 37.1 | 39.0 | 38.8 | 38.8 |
0.9 | 41.1 | 41.5 | 38.5 | 40.0 | 38.9 | 39.5 | 38.6 | 38.8 | 38.4 | 34.9 | 35.4 | 36.3 | 38.5 | |
C a25 | 0.6 | 33.1 | 33.6 | 33.6 | 33.7 | 32.1 | 33.1 | 34.9 | 33.3 | 35.4 | 36.1 | 34.6 | 34.5 | 34.0 |
0.9 | 34.5 | 32.7 | 29.5 | 36.1 | 34.8 | 35.0 | 35.4 | 35.6 | 36.8 | 33.9 | 36.5 | 33.2 | 34.5 | |
C45 | 0.8 | 54.6 | 60.6 | 54.6 | 57.5 | 61.3 | 56.0 | 58.3 | 60.1 | 54.5 | 58.8 | 56.2 | 57.3 | 57.5 |
1.0 | 58.1 | 55.8 | 57.1 | 58.4 | 58.0 | 54.8 | 57.5 | 59.1 | 57.7 | 59.9 | 58.0 | 59.2 | 57.8 | |
C70 | 0.8 | 76.0 | 86.1 | 89.4 | 87.9 | 88.7 | 86.5 | 84.4 | 86.0 | 80.9 | 86.0 | 82.5 | 82.7 | 84.8 |
1.0 | 83.8 | 85.4 | 84.6 | 85.8 | 81.3 | 81.5 | 78.5 | 84.8 | 85.0 | 86.9 | 76.2 | 81.8 | 83.0 | |
注：1Ca25为引气混凝土，含气量为4.8%；
2试件尺寸为100mm×100mm×100mm。
福建省建筑科学研究院的试验结果如表4所示。
表4 不同加荷速度下混凝土抗压强度结果的影响（福建省建筑科学研究院试验结果）
编号 | 速率 | 单块抗压强度（MPa） | ||||||||||||
1 | 2 | 3 | 4 | 5 | 6 | 7 | 8 | 9 | 10 | 11 | 12 | 均值 | ||
C10 | 0.4 | 15.3 | 16.2 | 14.8 | 15.5 | 14.9 | 15.3 | 15.8 | 16.2 | 16.2 | 14.7 | 15.1 | 15.7 | 15.5 |
0.6 | 15.8 | 16.2 | 16.2 | 15.7 | 15.6 | 14.9 | 13.3 | 14.8 | 16.4 | 16.4 | 16.0 | 14.5 | 15.5 | |
0.9 | 13.1 | 13.7 | 13.5 | 12.9 | 13.4 | 16.2 | 13.8 | 17.2 | 13.5 | 13.3 | 15.0 | 15.9 | 14.3 | |
C25 | 0.6 | 34.2 | 32.7 | 33.7 | 33.6 | 34.2 | 35.5 | 31.6 | 31.0 | 28.8 | 28.4 | 30.6 | 29.9 | 32.0 |
0.9 | 31.4 | 31.5 | 29.9 | 30.7 | 32.2 | 29.6 | 31.5 | 32.0 | 30.4 | 29.9 | 31.7 | 31.3 | 31.0 | |
C60 | 0.9 | 67.9 | 73.2 | 74.8 | 76.2 | 64.7 | 69.4 | 66.3 | 68.3 | 67.3 | 66.9 | 70.0 | 69.4 | 69.5 |
1.1 | 65.2 | 71.4 | 75.0 | 71.7 | 69.2 | 71.0 | 72.2 | 72.0 | 73.7 | 69.6 | 70.4 | 70.9 | 71.0 | |
注：试件尺寸为100mm×100mm×100mm。
台州市建设工程检测行业协会的试验结果如表5所示。
表5 不同加荷速度下混凝土抗压强度结果的影响（台州市建设工程检测行业协会试验结果）
编号 | 速率 | 1 | 2 | 3 | 4 | 5 | 6 | 7 | 8 | 9 | 10 | 11 | 12 | 均值 |
C15-1 | 0.4 | 21.4 | 22.0 | 20.9 | 23.8 | 23.2 | 22.2 | 21.1 | 20.9 | 21.7 | 22.8 | 22.0 | 22.2 | 22.0 |
0.6 | 21.9 | 21.2 | 21.8 | 23.4 | 23.2 | 23.8 | 21.1 | 21.3 | 21.8 | 23.7 | 20.1 | 22.8 | 22.2 | |
0.9 | 21.5 | 21.7 | 22.0 | 22.1 | 22.9 | 22.2 | 20.4 | 21.1 | 21.2 | 21.0 | 21.7 | 22.7 | 21.7 | |
C15-2 | 0.4 | 23.9 | 22.3 | 22.8 | 22.9 | 22.7 | 23.0 | 23.3 | 25.0 | 25.0 | 24.6 | 24.4 | 24.6 | 23.7 |
0.6 | 23.8 | 23.4 | 22.0 | 22.9 | 24.0 | 21.4 | 23.6 | 23.4 | 24.0 | 25.4 | 25.6 | 25.2 | 23.7 | |
0.9 | 21.4 | 22.2 | 23.5 | 22.0 | 22.9 | 20.6 | 23.6 | 23.0 | 24.2 | 26.1 | 25.6 | 25.2 | 23.4 | |
C20 | 0.4 | 29.2 | 30.3 | 32.0 | 32.4 | 31.3 | 29.7 | 31.0 | 29.5 | 30.4 | 30.4 | 29.3 | 31.9 | 30.6 |
0.6 | 27.2 | 30.9 | 28.3 | 31.0 | 30.1 | 31.6 | 29.8 | 30.8 | 30.9 | 30.3 | 30.5 | 30.2 | 30.1 | |
0.9 | 32.7 | 29.0 | 30.6 | 33.1 | 31.1 | 31.4 | 31.2 | 31.2 | 27.9 | 30.8 | 31.4 | - | 30.9 | |
C30 | 0.6 | - | 34.5 | 35.2 | 41.9 | 41.7 | 39.1 | 38.9 | 42.0 | 40.2 | 39.8 | 40.5 | 42.8 | 39.7 |
0.9 | 38.2 | 38.6 | 38.7 | 40.9 | 42.9 | 42.5 | 42.2 | 41.4 | 41.2 | 41.2 | 38.6 | 39.9 | 40.5 | |
C60 | 0.9 | 68.2 | 66.2 | 73.1 | 71.3 | 64.3 | 75.4 | - | - | - | 67.8 | 67.0 | 71.4 | 69.4 |
1.1 | 70.9 | 63.5 | 73.6 | 66.8 | 61.0 | 70.0 | - | - | - | 67.4 | 72.6 | 71.4 | 68.6 | |
C75 | 0.9 | 96.6 | 87.5 | 92.3 | 90.8 | 84.8 | 87.0 | 86.8 | 88.9 | 87.1 | 81.3 | 79.9 | 78.7 | 86.8 |
1.1 | 85.6 | 83.6 | 84.3 | 91.0 | 84.6 | 86.2 | 87.6 | 85.3 | 79.6 | 83.3 | 82.1 | 88.5 | 85.1 |
注：试件尺寸为150mm×150mm×150mm。
表3~表5的试验结果表明，在上述加荷速度范围内，不同加荷速度对不同强度等级混凝土的抗压强度试验结果影响较小，本次修订时，考虑到标准的延续性，加荷速度仍然应在0.3MPa~1.0MPa范围内选取，对不同强度混凝土的加荷速度仍然做了区分，但是对选取加荷速度的用词改为“宜”，考虑到不同强度等级混凝土在不同龄期时强度不同，因此不再以强度等级进行区分，而是以强度进行区分。
6新型压力试验机多为数控恒定速率压力试验机，当试件破坏时，压力机会自动停止油门工作。《Testing of concrete—Part 4:Strength of hardened concrete》ISO 1920-4-2005、《Testing hardened concrete - Part 3: Compressive strength of test specimens》BS EN 12390-3-2009、《Standard Test Method for Compressive Strength of Cylindrical Concrete Specimens》ASTM C39-2014给出了符合要求和不符合要求的试件失效开裂形式，其中ASTM C39-2014给出了圆柱形试件的失效开裂形式，ISO1920-4-2005、BS EN 12390-3-2009给出了立方体试件的失效开裂形式，如图1和图2所示。编制组进行了不同强度等级（C20~C100）和不同尺寸（100mm和150mm立方体）混凝土试件破坏形式的统计分析，中国建筑科学研究院的统计结果表明，采用数控恒定速率压力试验机时出现图1符合要求的失效开裂形式b和c的概率很小，162块混凝土试件中分别出现了1块图1中b和c具有明显环箍效应特征的开裂形式，主要原因是由于当试件破坏时，数控恒定速率压力试验机会自动卸载，试件一旦破坏还没有*崩裂压力机就卸载了。其他试件在非偏心正常受压情况下，由于试件裂缝扩展后试件掉块等原因，试件破坏形态并非如图a）所示，即图1中的三个示图并不能*涵盖符合要求的试件失效开裂形态。但是从试验数据分析的有效性判断角度考虑，国外相关标准列出的试件破坏形态图示仍具有一定的参考意义，此次修订中，在条文说明列出BS EN 12390-3-2009的试件失效开裂形态如图1和图2所示，供实际试验中参考。
图1 符合要求的试件失效开裂形态示例
图2 不符合要求的试件失效开裂形式
C80强度等级100mm立方体 C90强度等级150立方体
5.0.5本条规定了立方体抗压强度试验的计算方法和如何确定立方体抗压强度值。随着混凝土技术的发展和工程建设的需要，高强混凝土的应用越来越广泛，由于边长100mm的立方体试件制作便利，对压力机吨位要求较低等，广大工程建设单位和检测单位等迫切希望标准规范能给出高强混凝土明确尺寸换算系数，以便利用非标准试件（边长100mm的立方体）来换算出标准试件（边长150mm的立方体）的标准值；近年来矿物掺合料和聚羧酸减水剂技术的大力推广和应用，中低强度等级混凝土配合比设计基本原则由以前的高水胶比、低掺量掺合料发展为低水胶比、大掺量掺合料，需要验证这些技术方向的变化是否对原标准规定的中低强度等级混凝土尺寸换算系数造成一定的影响。因此，本次修订编制组组织全国多家单位对强度等级为C20~C100边长为150mm和100mm的立方体试件之间的尺寸换算系数开展平行试验研究，参加试验的单位有中国建筑科学研究院、中国建筑材料科学研究总院、上海市建筑科学研究院、华润水泥技术研发有限公司、北京金隅股份有限公司、台州市建筑工程检测行业协会、上海建工材料工程有限公司等单位，试验量近千组。
对比分析各家试验结果发现，各家得出的尺寸换算系数及规律趋势不尽相同，对于高强混凝土的尺寸换算系数难以统一，因此本次修订时，对于混凝土强度等级小于C60时，尺寸换算系数仍按原标准采用0.95，对于高强混凝土的尺寸换算系数仍不再进行规定。中国建筑科学研究院的数据（如表6、表7所示）表明，高强混凝土边长为100mm的立方体试件的标准差σ和离散系数Cν均大于边长为150mm的立方体试件，本次修订对于高强混凝土仍宜采用标准试件试验，采用非标准时，尺寸换算系数应有试验确定，确定高强混凝土100mm立方体试件的尺寸换算系数试验的要点如下：
1试模必须符合《混凝土试模》JG 237中技术要求的规定，宜采用铸铁或铸钢试模。
2在同一振动台上必须成对成型150mm立方体和100mm立方体试件，还应防止过振；成型后应立即在试模上盖上塑料布。
3养护必须在相对湿度95%以上环境（或为雾室）的标准养护室或在氢氧化钙饱和溶液中养护。
4每块试件压力试验时，上压板与试件或钢垫板必须擦拭干净，球座必须调整平衡，保证试件受压均匀。
5加荷速度应取0.8MPa/s~1.0MPa/s，尤其是对150mm立方体试件在接近破坏时必须保持0.8MPa/s~1.0MPa/s的加荷速度。
6确定尺寸换算系数的试件组数必须大于20组。
7通过试验确定的尺寸换算系数仅适用于试验所采用的配合比以及对应原材料成型的立方体试件，如配合比或原材料发生较大变化，应重新通过试验确定尺寸换算系数。
5.0.6本条规定了试验报告的内容。