印度尼西亞混凝土抗壓強度應用分析初探

張延欣 王鵬程

中國建筑第四工程局有限公司 廣東 廣州 510665

1 概述

檢驗混凝土時，抗壓強度是一個重要指標。對于混凝土抗壓強度的試驗標準、規范，世界各國各地區都不盡相同。隨著“一帶一路”倡議的推進，大量的建筑企業加速向海外發展，但不同國家和地區在建設工程相關領域采用的混凝土標準有較大差異，且來源于不同的標準體系。混凝土規范的差異經常會對工程的設計、施工、驗收、造價等產生明顯影響[1]。

我國國家標準采用150 mm×150 mm×150 mm立方體試塊的抗壓強度試驗結果作為混凝土強度等級劃分依據，但在其他部分國家的標準體系下，如美國、法國、日本、澳大利亞、加拿大及新西蘭等，都是采用圓柱體形狀的試塊進行抗壓強度試驗。目前，在抗壓強度試塊的形狀以及尺寸方面，國際上尚未完全統一。我國的GB/T 50081－2002《普通混凝土力學性能試驗方法標準》（下文簡稱“中國標準”）僅對2種形狀的試塊在制作、養護及受壓等方面作了詳細的規定說明，并未對圓柱形及方形尺寸的強度關系進行規定和說明。在海外地區工程的混凝土結構設計、施工及驗收等工作實施過程中，由于標準不同，且沒有統一的轉換系數或轉換方法，經常造成技術實施過程中對接困難，且容易產生分歧。這是困擾建筑相關企業的一大難題。

本文結合印度尼西亞混凝土抗壓強度試驗的有關標準以及實際的工程試驗案例，將中國標準試塊和印度尼西亞標準試塊（美標體系）的試驗方法以及得出的抗壓強度數值進行對比、分析，闡述二者的異同，分析它們之間的一些相關關系以及影響要素，提供給設計、采購、技術部門統籌考慮。

2 印度尼西亞混凝土強度標準分析

2.1 印度尼西亞混凝土強度舊標準體系

根據印度尼西亞混凝土法規PBI 1971 N.1-2，印度尼西亞混凝土強度等級標號為K，表示邊長為150 mm立方體標準試塊，按標準養護方法養護28 d齡期后，抗壓試驗的最大負荷（單位：kg）與截面面積（單位：cm2）之比。印度尼西亞根據工程要求使用相應的混凝土標號，如K100、K200、……，并采用SNI 03-1974－1990作為混凝土抗壓試驗標準。2個標準中還提供了立方體試塊與φ150 mm×300 mm圓柱體試塊的強度轉換關系，具體如表1所示。

表1 混凝土強度轉換系數

2.2 印度尼西亞混凝土強度新標準體系

2002年，印度尼西亞發布新標準SNI 03-2847，該標準主要依據美國混凝土協會標準ACI 318進行編制，采用了美國標準體系中的圓柱體試塊抗壓強度f 'c（單位：MPa）作為標準，并在2011年發布新的標準SNI 1974－2011《混凝土圓柱體試驗抗壓強度方法》，該規范規定不再采用立方體試塊來評判混凝土強度。盡管標準SNI 03-2847規定以f 'c作為強度標準，但在目前印度尼西亞市場上提及混凝土抗壓強度的術語時，仍然大量使用混凝土立方體抗壓強度術語K。

2.3 印度尼西亞混凝土強度新舊標準差異分析

從印度尼西亞相關混凝土標準中可看出，在印度尼西亞早期使用的2個標準中，混凝土的試塊形狀、尺寸、齡期的規定與中國標準中的規定一致，僅僅是試驗結果單位表示不同，中國用單位“MPa”表示，而印度尼西亞用單位“kg/cm2”表示。

印度尼西亞后期標準中采用美標體系，不再使用立方體試塊，但市場上仍大量使用術語K進行施工及采購等。對于標準立方體試塊與圓柱體試塊，在進行評定時，舊標準中的轉換系數0.83是否適用有待商榷。

3 混凝土試驗對比分析

3.1 試驗方案

在印度尼西亞某項目中，對比了3種不同標號的混凝土，每個標號分別制作10組圓柱體試塊及立方體試塊（表2），每組3個。

每組混凝土試塊要求取自同一批混凝土，取樣、制樣人員固定，制作及試驗設備相同，以保證試塊的材料批次、取樣方法、制作過程、養護條件、試驗環境等均處于同一標準，達到28 d齡期后進行抗壓試驗。

根據當地原材情況，最終確定K200的配比為水泥∶水∶細骨料∶粗骨料＝260 kg∶180 kg∶870 kg∶940 kg，K300相應配比為320 kg∶170 kg∶810 kg∶980 kg，K400相應配比為375 kg∶165 kg∶820 kg∶960 kg（圖1）。

表2 混凝土試驗方案

3.2 試塊制作、養護及試驗

根據試驗設計方案，每一組試塊均按以下制作及養護方法進行。

3.2.1 取樣方法

1）每組混凝土應選擇具有代表性的樣品，取樣時，對攪拌車加速攪拌2～3 min，使混凝土拌和物充分混合均勻后開始取樣。

2）取樣量應多于試驗所需的1.5倍，并檢測坍落度、觀察混凝土和易性是否良好，不符合要求的混凝土不得用于試塊制作（圖2）。

圖2 混凝土取樣檢測

3）記錄試驗識別的標識，包括混凝土制作的時間及標號等。

3.2.2 樣品制作

1）圓柱體模具尺寸為φ150 mm×300 mm，立方體試塊模具尺寸為150 mm×150 mm×150 mm，采用一體不可拆卸塑料試模。成形前，試模內涂一薄層礦物油并墊紙條，確保試模底部小孔不漏漿。

2）將按規定取的試樣倒在濕潤且無明水的鋼板上，用鐵鍬攪拌均勻，取好的試樣在15 min時間內成形。

3）將試模放置在堅硬且水平的表面上，且附近無振動和其他干擾。

4）采用振動臺進行振動，將混凝土拌和物分2次裝入試模，第1層深度應稍微高于試模度度的1/2，第2層高于試模表面，每層振動時間為30～40 s。

5）當試模內的混凝土表面無大量氣泡溢出時，表明已振動完全。

6）振動結束后，刮除試模上口多余的混凝土并確保混凝土高于試模表面5 mm，待混凝土臨近初凝時，用抹刀抹平。用毛筆或油性筆等做好標識，確保不會改變混凝土的表面（圖3）。

圖3 混凝土試塊制作

3.2.3 試塊養護

1）試件在終凝8 h后拆模，在試件成形后的48 h內，試件的溫度宜為16～27 ℃，防止試件水分散失并避免在陽光直射的環境下進行養護。

2）試件初步養護48 h后，放入溫度為（23±2） ℃的養護池內，養護期間保持試件的表面被自由水完全覆蓋，直到試塊送檢為止（圖4）。

圖4 混凝土試塊養護

3.2.4 試塊試驗

1）按以上制作及養護條件養護達到28 d齡期后，取出進行抗壓試驗。

2）試塊寬度、直徑、高度、垂直度等需在規定誤差范圍內，圓柱體試塊需根據印度尼西亞國家標準SNI 03-6369對試塊平整度進行硫磺膠泥找平。

3）以上條件均檢查無問題后，根據SNI 1974-2011中規定的試驗方法進行抗壓試驗（圖5）。

3.3 試驗結果

按標準養護條件養護達到28 d齡期后進行抗壓試驗，試驗結果如表3所示。

圖5 混凝土試塊找平及測試

表3 混凝土試驗結果

表3中轉換系數為圓柱體試塊與立方體試塊抗壓強度比值。數據表明，同一條件下圓柱體標準試塊整體混凝土強度值均較立方體標準試塊混凝土強度值偏低，兩者比值最小為0.62，最大為0.94，并不穩定。為了解兩者的轉換關系，筆者走訪了很多當地大型企業、混凝土制品企業，以尋得一個權威的轉換系數，但得到的答案都是很含糊且不確定的。

3.4 強度結果差異分析

根據表3，將相關試驗數據結果制成圖片形式，如圖6所示。

圖6 混凝土試驗結果及轉換系數

由圖6分析可知，混凝土同一拌和條件下標準的2種試塊，抗壓強度值沒有恒定的關系，混凝土強度的比值也不是一個恒定常數，介于0.62～0.94之間，實測強度值的差異隨著混凝土強度標號的不同而變化，總體上變化趨勢為：強度標號越高，差異越小，圓柱體和立方體試塊強度間的關系是比較復雜的。試驗試塊的制作質量是反映兩者間強度關系的基礎，試驗前我們已經強調了全過程的同條件因素。有研究表明，標準圓柱體試塊與標準立方體試塊的強度比基本為0.8[2-3]。在使用從國外引進的一些標準或在國外實施工程項目時，一定要注意不同形狀試塊間的關系。

3.5 抗壓強度數據差異原因分析

通過上述混凝土試塊包括制作、設備狀態、試壓等一系列操作過程的研究分析，對造成印度尼西亞2種形狀試塊抗壓強度差異的主要原因總結如下：

1）環箍效應影響：設備支座與試塊受壓面之間存在摩擦力，使得試壓時對試塊兩端產生了約束力，即環箍效應，試塊的抗壓能力受它的大小影響。由于試塊底面積、形狀都有一定差異，故立方體試塊的環箍效應較大，抗壓強度也較高。

2）高徑比差異影響：對于高徑比，圓柱體試塊為2，立方體試塊近似為1，構件失穩破壞的穩定性系數與材料彈性模量、構件的長細比有關：彈性模量越大，長細比越小，那么穩定性系數越大。因此高徑比是影響試塊抗壓承載力的主要因素之一，并且混凝土抗壓強度越低，高徑比所產生的影響越明顯。

3）試塊形狀的差異影響：圓柱體試塊與立方體試塊相比，由于體積大，高徑比大，故制作過程中更不容易把控試塊質量，容易造成垂直度、平整度等偏差，試壓過程中也更容易產生破壞變形。上壓力機前，我們對圓柱試塊都做了上下兩面的硫磺膠泥接觸面定型，但還是不能有效消減這種操作誤差的影響。

雖然本文的比對試驗批次數量和項目樣本還有些偏少，但是在施工過程中抽芯和回彈強度的排查結果上，都可以說明以上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 結語

1）在同一條件下，圓柱體標準試塊和立方體標準試塊的抗壓強度比值不是一個恒定常數，本文研究表明其介于0.62～0.94之間，實測強度值差異隨混凝土強度等級變化而變化，總體來說強度標號越高，差異越小。因此，在目前規范標準規定的條件下，2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。

2）立方體試塊較圓柱體試塊的試驗檢測結果更穩定，印度尼西亞本土的混凝土制品企業一般以舊的K標號系列進行銷售，但采購方可以提出自己的選擇要求。設計圖紙中主要還是以f 'c標注為主，這樣就造成了轉換過程中的計算困難。印度尼西亞以顧問注冊師的權威為主，征求結構注冊師的同意是可行的。我們在雅加達附近的某一本土項目上就順利說服結構注冊師使用了施工圖K系列的標注和用立方體試塊進行試驗。

3）在印度尼西亞混凝土市場不統一的情況下實施相關工程項目時，對于混凝土試塊形狀、尺寸，各方應對采用的標準提前達成一致，若需交叉使用，則應根據試驗確定轉換系數。鑒于圓柱體混凝土試塊制作質量不易控制、檢測強度偏低的情況，建議要提前做好研判分析，在工程項目中優先使用立方體混凝土試塊作為評判條件。