高强混凝土的试件强度及检验

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摘要：本文分析了影响高强混凝土试件强度检测结果的主要因素；试件强度与构件混凝土 强度的相关性；提出了构件混凝土强度检验中存在的问题和措施。

关键词：混凝土 试件强度 检验

1.前言

　　随着混凝土技术的进步和发展，高强混凝土(以下简作HSC)的应用已越来越广。《高强混凝土结构技术规程》(CECS104：99，以下简作《规程》)已于1999年颁布实施，必将进一步推动HSC的设计和应用。由于HSC的强度和质量要求的提高以及大量掺合料的使用，与普通混凝土相比，无论是试件强度检验、构件强度检验，尤其是质量检验验收标准等，均提出了许多新的问题和更高的要求。甚至产生了这样一种概念：配制和生产HSC已不存在太多困难，而如何准确测定评价HSC的强度，己成为急需解决的技术难题。我们在相关试验研究和实际工作中也遇到了许多此类问题。如试件强度远低于或远高于实际构件混凝土强度；构件混凝土强度采用何种无损检测方法准确评价等等。本文主要就此提出相关问题和建议，以期在推广应用HSC的同时，更好地把握和确保工程质量。

2．HSC的试件强度检验

2．1　试件尺寸和平整度

　　随着HSC强度的不断提高，试验机量程的限制，以及骨料最大粒径一般为25mm，因此，在科学研究和实际工作中不可避免地采用100×100×100(mm)的立方试件。在普通混凝土中，与标准试件150×150×150(mm)的尺寸换算系数为0.95。而HSC中一般均小于此值。且随着强度提高，折算系数下降。《规程》中提出的100mm立方体试件折算成标准尺寸试件的折算系数如表1:
表1
Fcu,10(MPa)　K　Fcu,10(MPa)　K
≤55　0.95　76--85　0.92
56--65　0.94　86--95　0.91
66--75　0.93　>96　0.90

　　问题的关键在于强度提高何以使折算系数下降。普通混凝土中主要认为是大试件存在内部缺陷概率高，在HSC中同样有这一因素，但还存在更重要的因素，其中最主要的是试件平整度。试件强度越低，塑性越大，可调变形量大，表面平整度对实际强度的影响就越小。试件强度越高，材料脆性越大，可调变形量小，表面不平整度和不平行度对实际强度的影响就越大。通常情况下，小试件的表面平整度和平行度均高于大试件。因而许多试验结果(清华大学、北京城建集团构件厂等)表明，其折算系数比《规程》提供的值更低(平均强度Fcu,10=70.4MPa，K实=0　90；Fcu,10=60MPa，K实=0.92)。但我们采用相对严格平整的大小试件试验结果表明，C60～C80的混凝土强度折算系数均为0.95。因此，当用小试件结果换算标准尺寸强度时须注意这一问题。虽然我们还很难定量描述试件不平整度对强度影响率，但对HSC强度试件保证足够的表面平整度和平行度是必需的，必要时对试件进行磨平抛光，否则将严重降低强度值，亦即要选用优质的混凝土试模，并做到严格的定期检验和修正。同样对试验机的承压板也应及时检验。

　　此外，试验操作时的试件偏心受压对HSC的影响率比普通混凝土要大，试件尺寸越小，越易引起偏心，使测试结果偏低。虽然试件表面不平整度、不平行度和偏心受压，均使测试结果偏小，对结构物是安全的，但科学地准确评价HSC的强度，确保测试结果与实际强度的一致性是我们的宗旨。当用小试件折算标准试件强度时更应引起重视。

2.2　试验和养护条件对测试结果的影响

　　当标准试件的抗压强度大于70MPa时，对部份试验室所拥有的2000kN试验机来说，已达量程的80％以上，对测试结果将有一定影响。这仅仅是问题的一部分。由于不同生产厂家，不同构造型式的试验机刚度不尽一致，同量程试验机对同一批HSC试件测试结果也会有差异，不同量程试验机的测试结果差异就更大。如清华大学的一组试验结果如表2。

表2
试验机标准试件平均强度(MPa)(55组)fcu　100mm立方体试件　平均强度(55组)f′cu　fcu/f′cu
长春产5000kN　59.7　68.6　0.87
长春产2000kN　63.8　69.4　0.92
无锡产2000kN　65.1　73.1　0.89

　　芬兰和日本也用不同试验机对测试结果的影响做过研究。如芬兰采用20台试验机对80MPa　HSC试验结果显示，强度最低组与最高组之比为75％；对40MPa的混凝土，其比值升高为85％。日本也同样采用20台不同试验机对100MPa和60MPa的两批HSC进行试验，结果表明强度最低组与最高组之比值分别为69％和76%。所有这些试验资料均说明一个问题：随HSC强度等级的提高，不同试验机对测试结果的影响变得显著，而对低强混凝土的影响相对就较小，这是试验检测中有待研究和引起足够重视的。

　　养护条件对测试结果的影响。主要指早期养护和温湿度。试件成型后通常经24h后脱模。由于大部分试验室(特别是江南)成型时无恒温、恒湿条件，春夏秋冬四季温差和相对温度差异较大，试模内的24h非旦严重影响HSC的早期强度，也直接影响到28天强度。我们在20℃和10℃，相对湿度80％和75％条件下，配制C60　HSC，测得的结果表明，7天强度相差10％，28天强度差7.5％。而对C20～C30混凝土的影响很小。这是因为HSC的W／B小，早期强度发展快，温度敏感性大。因此，在配制HSC时，如无恒温恒湿条件，则成型后必须立即移入养护室护养，如若无此条件，则尽可能缩短在试模内的时间，提前拆模。并且表面覆盖塑料膜或其它保温保湿措施，严防水份挥发影响强度。

　　另一方面，我国普通混凝土的标准养护条件是20±3℃，相对湿度90％以上或水中养护。亦即表明相对温度90％以上养护与水中养护对强度影响不大。对HSC来说，由于本身非常致密，后期失水或吸入水份的可能性均较小，特别是当W／B小于0.28时，试件内部处于相对缺水状态，加之HSC自收缩较大，故水中养护产生的表层湿胀，易加重试件内外的应力差，导致试件强度降低。如水中养护试件经24h空气干燥后，重量几乎不变，但由于应力差减弱，C60HSC的强度提高78％，而C25混凝土强度几乎不变。因为高W／C低强混凝土早期失去的往往是自由水，对强度影响不大，后期继续干燥产生的强度提高，通常认为是软化系数的概念，这一点是有别于HSC的。W／B小于0.4时水中养护试件，经劈裂试验，仅表层20mm左右湿润，内部均较干燥。因此，作者认为，HSC养护最佳湿度条件是90％以上潮湿空气(与普通混凝土一致化)或简单的塑料膜密封养护。

3　HSC试件强度与构件混凝土强度的相关性

　　前面分析讨论的影响试件强度的因素，总的来说是导致试验结果偏低，这对安全是有益的。但水化热问题，自收缩问题及现场养护条件问题，情况就比较复杂。

3.1　水化热对强度的影响

　　通常我们把最小截面尺寸大于1m的构件称之为大体积混凝土，必须采取有效措施控制水化热引起的内外温差。其主要目的是防止温差裂缝的产生，而对温度升高引起强度的变化问题未加重视