混凝土圓柱體和立方體抗壓強度試驗對比分析

郭經海，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度試驗對比分析

郭經海，張繼偉

（中交一航局有限公司，天津 300456）

主要將澳大利亞標準（AS1012.9-2014）條件下混凝土圓柱體抗壓強度試驗和國標（GB/T50081-2011）條件下混凝土立方體抗壓強度試驗的方法和數據進行了對比分析，闡述了在兩種不同的標準條件下試驗過程和方法的差別，分析了兩種試驗方法得到的試驗數據的一些規律、相互關系及影響因素，為境外工程實施提供參考。

澳標；圓柱體試塊；立方體試塊；混凝土抗壓強度；對比分析；環箍效應；高徑比

1　概述

隨著國家“一帶一路”、“走出去”戰略的實施，越來越多的施工企業在大力向海外發展，不同的地區、不同的國家，在工程建設領域采用的標準存在較大差異，有的甚至起源于不同的標準體系。規范標準的差異往往會對工程的設計、施工、造價以及檢查驗收等產生較大的影響。

在混凝土抗壓強度試驗方面，我國通常采用混凝土立方體試塊抗壓強度試驗作為混凝土強度等級劃分和實測混凝土抗壓強度之測定的方法，但在美國、日本、法國、加拿大、澳大利亞及新西蘭等西方標準體系下，都采用混凝土圓柱體試塊抗壓強度試驗，迄今為止，在國際上對抗壓強度試件的形狀、尺寸尚未完全統一。我國現行《普通混凝土力學性能試驗方法標準》僅對立方體與圓柱體試件從各自的制作、養護、受壓方面作詳細規定、說明，并未對二者的強度關系進行規定和說明。在涉外工程中，混凝土強度設計計算、施工和檢驗驗收等工作因標準不同，且沒有法定的轉換方法，造成技術對接困難，且容易產生糾紛，經常是困擾建筑企業的一大難題。

本文將結合巴布亞新幾內亞Girua機場升級改造工程混凝土抗壓強度試驗的實際應用案例，將國標立方體標準試件和澳標圓柱體標準試件混凝土抗壓強度的試驗方法以及得出的數值進行對比分析，闡述二者的異同，分析相互之間的一些關系和影響因素。

2　圓柱體試塊和立方體試塊試驗方法異同比較

2.1試塊的精度要求比較

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

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

2.2試壓過程比較

國標：在試驗過程中應連續均勻地加荷，混凝土強度等級

澳標：圓柱體試件抗壓試驗時試驗機提供的荷載應無浮動且連續穩定增加，并能按以每分鐘20MPa ±2MPa速率連續加荷，直到沒有增加，壓力可以持續。

2.3取值方法比較

國標：對立方體試件抗壓強度值的確定做了如下規定：①3個試件測值的算術平均值作為該組試件的強度值，精確至0.1MPa；②3個測值中的最大值或最小值中如有一個與中間值的差值超過中間值的15%時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%，則該組試件的試驗結果無效。

澳標：圓柱體混凝土試件抗壓強度值確定沒有類似國標要求和規定，其僅對強度值結果修約作出了規定：試件的抗壓強度，修約到0.5MPa，當混凝土試件強度小于10MPa時，應修約到0.1MPa。

3　試驗數據對比分析

3.1試驗原始數據

在巴布亞新幾內亞吉汝阿機場升級改造項目中，我們對不同配比的混凝土，在同一拌合混凝土條件下，經相同條件對比試驗，整理所得數據如表1。

表1

表1數據表明，同一拌合混凝土條件下采用立方體標準試件和圓柱體標準試件得到的抗壓強度值并不相同，圓柱體標準試件整體混凝土強度值偏低于立方體標準試件混凝土強度值。將數據制成圖1。

圖1

3.2抗壓強度差異分析

由圖1分析可知，立方體標準試件和圓柱體標準試件的抗壓強度值在同一拌合混凝土條件下兩者之間沒有固定的對應關系，即這兩者之間的混凝土強度值比值不是一個常數，實測強度差異隨混凝土強度等級變化而變化，總體變化趨勢為：強度越大，差異越小。

由圖1可知，混凝土強度等級偏低時，立方體標準試件和圓柱體標準試件的抗壓強度值比值較大，強度等級在C15時最大單個數據比值（立方體標準試件強度值/圓柱體標準試件強度值）達到1.44，強度等級在C30時最小單個數據比值僅為1.13，隨著混凝土強度等級提高，兩者之間的抗壓強度值比值逐漸變小。通過以上所得數據整理得出圓柱體標準試件和立方體標準試件的抗壓強度值分析，得出兩組數據間的近似轉換公式：y=1.5711-0.0136x（x為混凝土強度等級，y為立方體標準試件強度值/圓柱體標準試件強度值的折算系數）。

3.3抗壓強度數據差異原因分析

通過對混凝土試件制作過程、試驗設備狀態、試壓過程等研究分析，以及查閱相關資料，總結造成圓柱體和立方體抗壓強度差異的主要原因如下。

①環箍效應差異影響：因試件受壓面與設備支座之間存在摩擦力，試壓過程中對試件兩端產生約束力，即環箍效應，環箍效應的大小，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，立方體試件環箍效應大于圓柱體試件，立方體試件抗壓強度高于圓柱體試件抗壓強度。

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，根據材料力學理論，F=ψ σ A可知，受壓構件大多數是失穩破壞，穩定性系數與構件的長細比和材料彈性模量有關：長細比越小，彈性模量越大，穩定性系數越大，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，并且混凝土強度越低，試件彈性模量越小，高徑比產生的影響越明顯。

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，更容易出現應力集中，產生應力集中破壞。

以上3種不同因素交錯影響，造成圓柱體和立方體試驗抗壓強度值差異較大，且沒有單一的相互關系。

4　結論

澳大利亞標準（AS1012.9-2014）條件下混凝土圓柱體抗壓強度試驗和國標（GB/T50081-2011）條件下混凝土立方體抗壓強度試驗是兩種不同的混凝土強度定義和測定方式，因為兩種試塊的形狀不同，試驗過程中試件因高徑比不同、環箍效應不同、試件破壞方式不同等多種因素影響，對于同一種混凝土，兩種試驗方法得出的數據差異較大，且數據差異因混凝土強度變化而變化，無單一相互關系，目前無可靠的轉換方法（經驗公式只能作為參考）。因此，在目前規范標準規定的條件下，兩種試驗方法以及試驗數據只可分別在特定的標準條件下根據施工或設計需要獨立使用，不可隨意轉換使用。

[1] 樓莊鴻.曾沛霖.《公路工程質量檢驗評定標準》中水泥混凝土抗壓強度的評定[J].公路，1996（5）：30.

[2]GB/T50081-2011，普通混凝土力學性能試驗方法標準[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

郭經海（1982-），男，湖北宜昌人，畢業于武漢理工大學，學士，工程師。