混凝土强度实验：建筑材料中的关键实验

【要求】　了解影响混凝土强度的主要因素、混凝土强度等级的概念及评定方法。利用上述混凝土工作性评定实验后的混凝土拌和物，进行混凝土抗压和抗折强度试件的制作、标准养护，并能正确地进行抗压、抗拉（采用劈裂法）和抗折强度测定。也可将各组的实验数据集中起来，进行统计分析，计算平均强度和标准差，并以此推算混凝土的强度等级。

本节实验采用的标准及规范：

①GB 50164—92《混凝土质量控制标准》。

②GBJ 107—87《混凝土强度检验评定标准》。

③GB/T 50081—2002《普通混凝土力学性能试验方法标准》。

④GB 50204—2002《混凝土结构工程施工质量验收规范》。

一、混凝土强度检测试件的成形与养护

（一）实验目的

为检验混凝土立方体抗压强度、抗劈裂强度，提供立方体试件。

（二）主要仪器设备

①试模：试模由铸铁或钢制成，应具有足够的刚度，并且拆装方便。另有整体式的塑料试模。试模内尺寸为150 mm×150 mm×150 mm。

②振动台：频率（3 000±200）次/min，振幅0.35 mm。

③捣棒、磅秤、小方铲、平头铁锨、抹刀等。

④养护室：标准养护室温度应控制在（20±2）℃，相对湿度大于95%。在没有标准养护室时，试件可在水温为（20±2）℃的不流动的ca（OH）2 饱和溶液中养护，但须在报告中注明。

（三）试件准备

取样及试件制作的一般规定：

混凝土立方体抗压强度实验应以三个实件为一组，每组试件所用的拌和物根据不同要求应从同一盘搅拌或同一车运送的混凝土中取出，或在实验室用机械或人工单独拌制。用以检验现浇混凝土工程或预制构件质量的试件分组及取样原则应按现行《混凝土结构工程施工质量验收规范》（GB 50204—2002）以及其他有关规定执行。具体要求如下：

①每拌制100 盘且不超过100 m3 的同一配合比的混凝土取样不得少于一组。

②每工作班拌制的同一配合比的混凝土不足100 盘时，取样不得少于一次。

③当一次连续浇筑超过1 000 m3 时，同一配合比的混凝土每200 m3 取样不得少于一次。

④每一楼层、同一配合比的混凝土取样不得少于一次。

⑤每次取样应至少留置一组标准养护试件，同条件养护试件的留置组数应根据实际需要确定。

本实验用实验四经过和易性调整的混凝土拌和物作为试件的材料，或按实验四方法拌和混凝土。每一组试件所用的混凝土拌和物应从同一批拌和而成的拌和物中取用。

（四）实验方法与步骤

①拧紧试模的各个螺丝，擦净试模内壁并涂上一层矿物油或脱模剂。

②用小方铲将混凝土拌和物逐层装入试模内。试件制作时，当混凝土拌和物坍落度大于70 mm 时，宜采用人工捣实，混凝土拌和物分两层装入模内，每层装料厚度大致相等，用捣棒螺旋式从边缘向中心均匀进行插捣。插捣底层时，捣棒应达到试模底面；插捣上层时，捣棒要插入下层20～30 mm；插捣时捣棒应保持垂直，不得倾斜，并用抹刀沿试模四内壁插捣数次，以防试件产生蜂窝麻面。一般100 cm2 上不少于12 次。然后刮去多余的混凝土拌和物，将试模表面的混凝土用抹刀抹平。

当混凝土拌和物坍落度不大于70 mm 时，宜采用机械振捣，此时装料可一次装满试模，并稍有富余，将试模固定在振动台上，开启振动台，振至试模表面的混凝土泛浆为止（一般振动时间为30 s）；然后刮去多余的混凝土拌和物，将试模表面的混凝土用抹刀抹平。

③标准养护的试件成型后，立即用不透水的薄膜覆盖表面，以防止水分蒸发，在（20±5）℃的室内静置24～48 h 后拆模并编号。拆模后的试件应立即送入温度为（20±2）℃，湿度为95%以上的标准养护室养护，试件应放置在架子上，之间应保持10 ～20 mm 的距离，注意避免用水直接冲淋试件，确保试件的表面特征。无标准养护室时，混凝土试件可在温度为（20±2）℃的不流动的Ca（OH）2 饱和溶液中进行养护。

④到达实验龄期时，从养护室取出试件并擦拭干净，检查外观，测量试件尺寸（精确至1 mm），当试件有严重缺陷时，应废弃。普通混凝土立方体抗压强度测试所采用的立方体试件是以同一龄期者为一组，每组至少有三个同时制作并共同养护的试件。

（五）结果计算与数据处理

将试件的成型日期、预拌强度等级、试件的水灰比、养护条件、龄期等因素记录在实验报告册中。

二、混凝土立方体抗压强度检验

（一）实验目的

测定混凝土立方体抗压强度，以检验材料的质量，确定、校核混凝土配合比，供调整混凝土实验室配合比用，此外还应用于检验硬化后混凝土的强度性能，为控制施工质量提供依据。

（二）主要仪器设备

压力实验机：实验机应定期（一年左右）校正，示值误差不应大于标准值的±2%，其量程应能使试件的预期破坏荷载值不小于全量程的20%，也不大于全量程的80%。与试件接触的压板尺寸应大于试件的承压面，其不平度要求每100 mm 不超过0.02 mm。

（三）试件准备

经成型并标准养护至龄期的试件。

（四）实验方法与步骤

将试件放在实验机的下承压板正中，加压方向应与试件捣实方向垂直。调整球座，使试件受压面接近水平位置。加荷应连续而均匀，混凝土强度等级＜C30 时，其加荷速度为每秒0.3～0.5 MPa；混凝土强度≥C30 且＜C60 时，则每秒0.5～0.8MPa；混凝土强度等级≥C60 时，取每秒钟0.8～1.0 MPa。当试件接近破坏而开始迅速变形时，停止调整实验机油门，直至试件破坏，然后记录破坏荷载P（N）。

（五）结果计算与数据处理

①混凝土立方体试件抗压强度按式（5-52）计算（精确至0.1 MPa），并记录在实验报告册中：

式中　fcu——混凝土立方体试件抗压强度，MPa。

　　　F——破坏荷载，N。

　　　A——试件承压面积，mm2。

②以三个试件测值的算术平均值作为该组试件的抗压强度值（精确至0.1 MPa）；如果三个测定值中的最大值或最小值有一个与中间值的差值超过中间值的15%时，则计算时舍弃最大值和最小值，取中间值作为该组试件的抗压强度值；如有最大值和最小值两个测值与中间值的差均超过中间值的15%，则该组试件的实验结果无效。

③混凝土抗压强度是以150 mm×150 mm×150 mm 立方体试件的抗压强度为标准值，用其他尺寸试件测得的强度值均应乘以尺寸换算系数，200 mm×200 mm×200 mm 试件的换算系数为11 05，100 mm×100 mm×100 mm 试件的换算系数为0.95。

④将混凝土立方体强度测试的结果记录在实验报告册中，并按规定评定强度等级。

三、混凝土立方体劈裂抗拉强度检验(https://www.xing528.com)

（一）实验目的

混凝土立方体劈裂抗拉强度检验是在试件的两个相对表面中心的平行线上施加均匀分布的压力，使在荷载所作用的竖向平面内产生均匀分布的拉伸应力，达到混凝土极限抗拉强度时，试件将被劈裂破坏，从而可以间接地测定出混凝土的抗拉强度。

（二）主要仪器设备

①压力实验机、试模：要求与二相同。

②垫条：胶合板制，起均匀传递压力用，只能使用一次。其尺寸为：宽15 ～20 mm，厚（4±1）mm，长度应大于立方体实件的边长。

③垫块：采用半径为75 mm 的钢制弧形长度与试件相同的垫块，使荷载沿一条直线施加于试件表面。

④支架：钢支架（如图5-16 所示，混凝土劈裂抗拉实验装置）。

（三）试件准备

经成型并养护至龄期的试件。

（四）实验方法与步骤

①测试前应先将试件表面与上下承压板面擦干净；试件擦拭干净，测量尺寸（精确至1 mm），检查外观，并在试件中部用铅笔画线定出劈裂面的位置。劈裂承压面和劈裂面应与试件成型时的顶面垂直。算出试件的劈裂面积A。

②将试件放在实验机下压板的中心位置，劈裂承压面和劈裂面应与试件成型时的顶面垂直；在上、下压板与试件之间垫以圆弧形垫块及垫条各一条，垫块与垫条应与试件上、下面的中心线对准并与成型时的顶面垂直。宜把垫条及试件安装在定位架上使用（如图5-17 所示）。

③开动实验机，当上压板与圆弧形垫块接近时，调整球座，使接触均衡。加荷应连续均匀，当混凝土强度等级＜C30 时，加荷速度取每秒钟0.02～0.05 MPa；当混凝土强度等级≥C30 且＜C60 时，取每秒钟0.05～0.08 MPa；当混凝土强度等级≥C60 时，取每秒钟0.08 ～0.10 MPa，至试件接近破坏时，应停止调整实验机油门，直至试件破坏，然后记录破坏荷载。

（五）结果计算与数据处理

①混凝土立方体劈裂抗拉强度按式（5-53）计算（精确至0.01 MPa），并记录在实验报告中：

图5-17　支架示意

1—垫块；2—垫条；3—支架

式中　fts——混凝土抗拉强度，MPa。

　　　F——破坏荷载，N。

　　　a——试件受力面边长，mm。

　　　A——试件受力面面积，mm2。

②以三个试件的检验结果的算术平均值作为混凝土的劈裂抗拉强度，记录在实验报告册中。其异常数据的取舍与混凝土抗压强度检验的规定相同。当采用非标准试件测得的劈裂抗拉强度值时，100 mm×100 mm×100 mm 试件应乘以换算系数0.85，当混凝土强度等级≥60 时，宜采用标准试件；使用非标准试件时，尺寸换算系数应由实验确定。

四、普通混凝土抗折强度检验

（一）实验目的

抗折强度是指材料或构件在承受弯曲时，达到破坏前单位面积上的最大应力。测定普通混凝土抗折（即弯曲抗拉）强度的目的，是检验其是否符合结构设计的要求。

（二）主要仪器设备

①实验机：要求同上。

②带有能使2 个相等荷载同时作用在试件跨度3 分点处的抗折实验装置（如图5-18 所示）。

图5-18　抗折试验装置

③试件的支座和加荷头应采用直径为20～40 mm、长度不小于（b+10）mm 的硬钢圆柱，支座立脚点固定铰支，其他应为滚动支点。

（三）试件准备

试件成型、养护等与上述实验相同；另在长向中部1/3 区段内不得有表面直径超过5 mm、深度超过2 mm 的孔洞。

（四）实验方法与步骤

①试件从养护地取出后应及时进行实验，将试件表面擦干净。

②按图6.25 装置试件，安装尺寸偏差不得大于1 mm。试件的承压面应为试件成型时的侧面。支座及承压面与圆柱的接触面应平稳、均匀，否则应垫平。

③施加荷载应保持均匀、连续。当混凝土强度等级＜C30 时，加荷速度取每秒0.02 ～0.05 MPa；当混凝土强度等级≥C30 且＜C60 时，取每秒钟0.05 ～0.08 MPa；当混凝土强度等级≥C60 时，取每秒钟0.08～0.10：MPa，至试件接近破坏时，应停止调整实验机油门，直至试件破坏，然后记录破坏荷载。

④在实验报告册中记录试件破坏荷载的实验机示值及试件下边缘断裂位置。

（五）结果计算与数据处理

①若试件下边缘断裂位置处于两个集中荷载作用线之间，则试件的抗折强度fcf（MPa）按下式计算（精确至0.1 MPa）：

式中　fcf——混凝土抗折强度，MPa。

　　　F——试件破坏荷载，N。

　　　l——支座间跨度，mm。

　　　h——试件截面高度，mm。

　　　b——试件截面宽度，mm。