郭經(jīng)海，張繼偉

（中交一航局有限公司，天津 300456）

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混凝土圓柱體和立方體抗壓強(qiáng)度試驗(yàn)對(duì)比分析

郭經(jīng)海，張繼偉

（中交一航局有限公司，天津 300456）

主要將澳大利亞標(biāo)準(zhǔn)（AS1012.9-2014）條件下混凝土圓柱體抗壓強(qiáng)度試驗(yàn)和國標(biāo)（GB/T50081-2011）條件下混凝土立方體抗壓強(qiáng)度試驗(yàn)的方法和數(shù)據(jù)進(jìn)行了對(duì)比分析，闡述了在兩種不同的標(biāo)準(zhǔn)條件下試驗(yàn)過程和方法的差別，分析了兩種試驗(yàn)方法得到的試驗(yàn)數(shù)據(jù)的一些規(guī)律、相互關(guān)系及影響因素，為境外工程實(shí)施提供參考。

澳標(biāo)；圓柱體試塊；立方體試塊；混凝土抗壓強(qiáng)度；對(duì)比分析；環(huán)箍效應(yīng)；高徑比

1　概述

隨著國家“一帶一路”、“走出去”戰(zhàn)略的實(shí)施，越來越多的施工企業(yè)在大力向海外發(fā)展，不同的地區(qū)、不同的國家，在工程建設(shè)領(lǐng)域采用的標(biāo)準(zhǔn)存在較大差異，有的甚至起源于不同的標(biāo)準(zhǔn)體系。規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)的差異往往會(huì)對(duì)工程的設(shè)計(jì)、施工、造價(jià)以及檢查驗(yàn)收等產(chǎn)生較大的影響。

在混凝土抗壓強(qiáng)度試驗(yàn)方面，我國通常采用混凝土立方體試塊抗壓強(qiáng)度試驗(yàn)作為混凝土強(qiáng)度等級(jí)劃分和實(shí)測混凝土抗壓強(qiáng)度之測定的方法，但在美國、日本、法國、加拿大、澳大利亞及新西蘭等西方標(biāo)準(zhǔn)體系下，都采用混凝土圓柱體試塊抗壓強(qiáng)度試驗(yàn)，迄今為止，在國際上對(duì)抗壓強(qiáng)度試件的形狀、尺寸尚未完全統(tǒng)一。我國現(xiàn)行《普通混凝土力學(xué)性能試驗(yàn)方法標(biāo)準(zhǔn)》僅對(duì)立方體與圓柱體試件從各自的制作、養(yǎng)護(hù)、受壓方面作詳細(xì)規(guī)定、說明，并未對(duì)二者的強(qiáng)度關(guān)系進(jìn)行規(guī)定和說明。在涉外工程中，混凝土強(qiáng)度設(shè)計(jì)計(jì)算、施工和檢驗(yàn)驗(yàn)收等工作因標(biāo)準(zhǔn)不同，且沒有法定的轉(zhuǎn)換方法，造成技術(shù)對(duì)接困難，且容易產(chǎn)生糾紛，經(jīng)常是困擾建筑企業(yè)的一大難題。

本文將結(jié)合巴布亞新幾內(nèi)亞Girua機(jī)場升級(jí)改造工程混凝土抗壓強(qiáng)度試驗(yàn)的實(shí)際應(yīng)用案例，將國標(biāo)立方體標(biāo)準(zhǔn)試件和澳標(biāo)圓柱體標(biāo)準(zhǔn)試件混凝土抗壓強(qiáng)度的試驗(yàn)方法以及得出的數(shù)值進(jìn)行對(duì)比分析，闡述二者的異同，分析相互之間的一些關(guān)系和影響因素。

2　圓柱體試塊和立方體試塊試驗(yàn)方法異同比較

2.1試塊的精度要求比較

國標(biāo)：要求測量圓柱體試件相互垂直的兩個(gè)直徑段部的四個(gè)高度誤差不超過1mm，平面度不超過0.0005d，如果超出要求，試樣應(yīng)當(dāng)作廢。

澳標(biāo)：如果試樣試驗(yàn)的表面與試驗(yàn)設(shè)備壓板之間的水平度超過了0.05mm，且滿足澳標(biāo)中第采用加蓋的方式進(jìn)行試驗(yàn)，或使用磨光機(jī)等設(shè)備對(duì)試件表面進(jìn)行磨平磨光處理，直至符合平整度（不大于0.05mm）要求。

2.2試壓過程比較

國標(biāo)：在試驗(yàn)過程中應(yīng)連續(xù)均勻地加荷，混凝土強(qiáng)度等級(jí)

澳標(biāo)：圓柱體試件抗壓試驗(yàn)時(shí)試驗(yàn)機(jī)提供的荷載應(yīng)無浮動(dòng)且連續(xù)穩(wěn)定增加，并能按以每分鐘20MPa ±2MPa速率連續(xù)加荷，直到?jīng)]有增加，壓力可以持續(xù)。

2.3取值方法比較

國標(biāo)：對(duì)立方體試件抗壓強(qiáng)度值的確定做了如下規(guī)定：①3個(gè)試件測值的算術(shù)平均值作為該組試件的強(qiáng)度值，精確至0.1MPa；②3個(gè)測值中的最大值或最小值中如有一個(gè)與中間值的差值超過中間值的15%時(shí)則把最大及最小值一并舍除，取中間值作為該組試件的抗壓強(qiáng)度值；③如最大值和最小值與中間值的差均超過中間值的15%，則該組試件的試驗(yàn)結(jié)果無效。

澳標(biāo)：圓柱體混凝土試件抗壓強(qiáng)度值確定沒有類似國標(biāo)要求和規(guī)定，其僅對(duì)強(qiáng)度值結(jié)果修約作出了規(guī)定：試件的抗壓強(qiáng)度，修約到0.5MPa，當(dāng)混凝土試件強(qiáng)度小于10MPa時(shí)，應(yīng)修約到0.1MPa。

3　試驗(yàn)數(shù)據(jù)對(duì)比分析

3.1試驗(yàn)原始數(shù)據(jù)

在巴布亞新幾內(nèi)亞吉汝阿機(jī)場升級(jí)改造項(xiàng)目中，我們對(duì)不同配比的混凝土，在同一拌合混凝土條件下，經(jīng)相同條件對(duì)比試驗(yàn)，整理所得數(shù)據(jù)如表1。

表1

表1數(shù)據(jù)表明，同一拌合混凝土條件下采用立方體標(biāo)準(zhǔn)試件和圓柱體標(biāo)準(zhǔn)試件得到的抗壓強(qiáng)度值并不相同，圓柱體標(biāo)準(zhǔn)試件整體混凝土強(qiáng)度值偏低于立方體標(biāo)準(zhǔn)試件混凝土強(qiáng)度值。將數(shù)據(jù)制成圖1。

圖1

3.2抗壓強(qiáng)度差異分析

由圖1分析可知，立方體標(biāo)準(zhǔn)試件和圓柱體標(biāo)準(zhǔn)試件的抗壓強(qiáng)度值在同一拌合混凝土條件下兩者之間沒有固定的對(duì)應(yīng)關(guān)系，即這兩者之間的混凝土強(qiáng)度值比值不是一個(gè)常數(shù)，實(shí)測強(qiáng)度差異隨混凝土強(qiáng)度等級(jí)變化而變化，總體變化趨勢為：強(qiáng)度越大，差異越小。

由圖1可知，混凝土強(qiáng)度等級(jí)偏低時(shí)，立方體標(biāo)準(zhǔn)試件和圓柱體標(biāo)準(zhǔn)試件的抗壓強(qiáng)度值比值較大，強(qiáng)度等級(jí)在C15時(shí)最大單個(gè)數(shù)據(jù)比值（立方體標(biāo)準(zhǔn)試件強(qiáng)度值/圓柱體標(biāo)準(zhǔn)試件強(qiáng)度值）達(dá)到1.44，強(qiáng)度等級(jí)在C30時(shí)最小單個(gè)數(shù)據(jù)比值僅為1.13，隨著混凝土強(qiáng)度等級(jí)提高，兩者之間的抗壓強(qiáng)度值比值逐漸變小。通過以上所得數(shù)據(jù)整理得出圓柱體標(biāo)準(zhǔn)試件和立方體標(biāo)準(zhǔn)試件的抗壓強(qiáng)度值分析，得出兩組數(shù)據(jù)間的近似轉(zhuǎn)換公式：y=1.5711-0.0136x（x為混凝土強(qiáng)度等級(jí)，y為立方體標(biāo)準(zhǔn)試件強(qiáng)度值/圓柱體標(biāo)準(zhǔn)試件強(qiáng)度值的折算系數(shù)）。

3.3抗壓強(qiáng)度數(shù)據(jù)差異原因分析

通過對(duì)混凝土試件制作過程、試驗(yàn)設(shè)備狀態(tài)、試壓過程等研究分析，以及查閱相關(guān)資料，總結(jié)造成圓柱體和立方體抗壓強(qiáng)度差異的主要原因如下。

①環(huán)箍效應(yīng)差異影響：因試件受壓面與設(shè)備支座之間存在摩擦力，試壓過程中對(duì)試件兩端產(chǎn)生約束力，即環(huán)箍效應(yīng)，環(huán)箍效應(yīng)的大小，直接影響試件的承壓能力。圓柱體試件尺寸為Φ 150mm×300mm，立方體試件尺寸為150mm×150mm×150mm，二者底面積和形狀都有差異，立方體試件環(huán)箍效應(yīng)大于圓柱體試件，立方體試件抗壓強(qiáng)度高于圓柱體試件抗壓強(qiáng)度。

②試件高徑比差異影響：圓柱體試件的高徑比為2，立方體試件近似為1，根據(jù)材料力學(xué)理論，F(xiàn)=ψ σ A可知，受壓構(gòu)件大多數(shù)是失穩(wěn)破壞，穩(wěn)定性系數(shù)與構(gòu)件的長細(xì)比和材料彈性模量有關(guān)：長細(xì)比越小，彈性模量越大，穩(wěn)定性系數(shù)越大，最大值為1。因此試件的高徑比是影響試件承載力的主要因素，并且混凝土強(qiáng)度越低，試件彈性模量越小，高徑比產(chǎn)生的影響越明顯。

③試件形狀差異影響：立方體試件較圓柱體試件來講，棱角更多，試壓過程中，更容易出現(xiàn)應(yīng)力集中，產(chǎn)生應(yīng)力集中破壞。

以上3種不同因素交錯(cuò)影響，造成圓柱體和立方體試驗(yàn)抗壓強(qiáng)度值差異較大，且沒有單一的相互關(guān)系。

4　結(jié)論

澳大利亞標(biāo)準(zhǔn)（AS1012.9-2014）條件下混凝土圓柱體抗壓強(qiáng)度試驗(yàn)和國標(biāo)（GB/T50081-2011）條件下混凝土立方體抗壓強(qiáng)度試驗(yàn)是兩種不同的混凝土強(qiáng)度定義和測定方式，因?yàn)閮煞N試塊的形狀不同，試驗(yàn)過程中試件因高徑比不同、環(huán)箍效應(yīng)不同、試件破壞方式不同等多種因素影響，對(duì)于同一種混凝土，兩種試驗(yàn)方法得出的數(shù)據(jù)差異較大，且數(shù)據(jù)差異因混凝土強(qiáng)度變化而變化，無單一相互關(guān)系，目前無可靠的轉(zhuǎn)換方法（經(jīng)驗(yàn)公式只能作為參考）。因此，在目前規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的條件下，兩種試驗(yàn)方法以及試驗(yàn)數(shù)據(jù)只可分別在特定的標(biāo)準(zhǔn)條件下根據(jù)施工或設(shè)計(jì)需要獨(dú)立使用，不可隨意轉(zhuǎn)換使用。

[1] 樓莊鴻.曾沛霖.《公路工程質(zhì)量檢驗(yàn)評(píng)定標(biāo)準(zhǔn)》中水泥混凝土抗壓強(qiáng)度的評(píng)定[J].公路，1996（5）：30.

[2]GB/T50081-2011，普通混凝土力學(xué)性能試驗(yàn)方法標(biāo)準(zhǔn)[S].

[3]Australian Standard.Methods of testing concrete Method 9：Compressive strengthtests-Concrete，mortarandgrout specimens[M].AS 1012.9：2014，2014.

[4]AS3600-2009 ConcreteStructures，StandardsAustraliaBD-002.

TU502

A

1007-7359(2016)03-0253-03

10.16330/j.cnki.1007-7359.2016.03.092

郭經(jīng)海（1982-），男，湖北宜昌人，畢業(yè)于武漢理工大學(xué)，學(xué)士，工程師。