立方体试件的强度比较稳定,所以我国把立方体强度值作为混凝土强度的基本 指标,并把立方体抗压强度作为评定混凝土强度等级的标准。我国国家标准《普通 混凝土力学性能试验方法》(GBJ81-85)规定以边长为150mm的立方体为标准试件, 标准立方体试件在(20±3)℃的温度和相对湿度90%以上的潮湿空气中养护28d,按 照标准试验方法测得的抗压强度作为混凝土的立方体抗压强度,单位为N/mm2 《混凝土结构设计规范》规定混凝土强度等级应按立方体抗压强度标准值确定, 用fcu,k表示。即用上述标准试验方法测得的具有95%保证率的立方体抗压强度作为 混凝土的强度等级。《混凝土结构设计规范》规定的混凝土强度等级有C15、C20、 C25、C30、C35、C40、C45、C50、C55、C60、C65、C70、C75、和C80,共14个 等级。例如,C30表示立方体抗压强度标准值为30Nmm2。其中,C50~C80属高强 度混凝土范畴。 《混凝土结构设计规范》规定,钢筋混凝土结构的混凝土强度等级不应低于C15 当采用HRB335级钢筋时,混凝土强度等级不宜低于C20;当采用HRB400和RRB400 级钢筋以及承受重复荷载的构件,混凝土强度等级不得低于C20。预应力混凝土结 构的混凝土强度等级不应低于C30:当采用钢绞线、钢丝、热处理钢筋作预应力钢 筋时,混凝土强度等级不宜低于C40。 图2-8混凝土立方体试块的破坏特征 (a)不涂润滑剂:(b)涂润滑剂 试验方法对混凝土的立方体抗压强度有较大影响。试件在试验机上单向受压时, 竖向缩短,横向扩张,由于混凝土与压力机垫板弹性模量与横向变形系数不同,压 力机垫板的横向变形明显小于混凝土的横冋变形,所以垫板通过接触面上的摩擦力 约東混凝土试块的横向变形,就像在试件上下端各加了一个套箍,致使混凝土破环 时形成两个对顶的角锥形破坏面,抗压强度比没有约東的情况要高。如果在试件上 下表面涂一些润滑剂,这时试件与压力机垫板间的摩擦力大大减小,其横向变形几 乎不受约東,受压时没有“套箍”作用的影响,试件将沿着平行于力的作用方向产
25 立 方体 试 件 的 强 度比 较 稳 定 ，所 以 我 国 把 立方 体 强 度 值作 为 混 凝 土 强度 的 基 本 指 标， 并 把 立 方体 抗 压 强 度 作为 评 定 混 凝土 强 度 等 级的 标 准 。 我国 国 家 标 准 《普 通 混凝 土 力学 性 能试 验 方法 》(G BJ81—8 5)规 定 以边 长 为 1 50m m 的 立 方体 为 标准 试 件， 标准 立 方体 试 件在( 20±3)℃ 的 温度 和 相对 湿 度 9 0%以 上 的潮 湿 空气 中 养 护 28 d， 按 照标准试验方法测得的抗压强度作为混凝土的立方体抗压强度，单位为 N/mm 2。 《混 凝 土结 构 设计 规 范 》规 定 混 凝土 强 度等 级 应按 立 方体 抗 压强 度 标准 值 确定 ， 用 f cu ,k 表 示 。即 用 上述 标 准试 验 方法 测 得的 具 有 95% 保 证率 的 立方 体 抗压 强 度作 为 混凝 土 的强 度 等级 。《 混 凝土 结 构设 计 规 范》 规 定的 混 凝土 强 度等 级 有 C15、 C20、 C25、C30、C35、 C4 0、 C4 5、 C50、 C55、C60、C65、 C7 0、 C7 5、 和 C80， 共 14 个 等级 。 例如 ， C3 0 表 示 立方 体 抗压 强 度标 准 值 为 3 0N/ mm2 。 其中 ， C50~ C8 0 属高 强 度混凝土范畴。 《混 凝 土结 构 设计 规 范》规定 ，钢 筋 混凝 土 结构 的 混 凝土 强 度等 级 不应 低 于 C15； 当采 用 HRB33 5 级 钢 筋时 ，混 凝 土强 度 等级 不 宜低 于 C2 0；当采 用 HRB40 0 和 RRB4 00 级钢 筋 以 及承 受 重 复荷 载 的 构件 ， 混 凝土 强 度 等级 不 得 低 于 C20。 预应 力 混 凝土 结 构的 混 凝 土强 度 等 级不 应 低 于 C30； 当 采用 钢 绞 线、 钢 丝 、热 处 理 钢筋 作 预 应力 钢 筋时，混凝土强度等级不宜低于 C40。 图 2-8 混凝土立方体试块的破坏特征 (a)不涂润滑剂；( b) 涂 润 滑 剂 试验 方 法对 混 凝土 的 立方 体 抗压 强 度有 较 大影 响 。试 件在 试 验机 上 单向 受 压时 ， 竖 向缩 短 ， 横 向扩 张 ， 由 于 混凝 土 与 压 力机 垫 板 弹 性模 量 与 横 向变 形 系 数 不 同， 压 力 机垫 板 的 横 向变 形 明 显 小 于混 凝 土 的 横向 变 形 ， 所以 垫 板 通 过接 触 面 上 的 摩擦 力 约 束混 凝 土 试 块的 横 向 变 形 ，就 像 在 试 件上 下 端 各 加了 一 个 套 箍， 致 使 混 凝 土破 环 时 形成 两 个 对 顶的 角 锥 形 破 坏面 ， 抗 压 强度 比 没 有 约束 的 情 况 要高 。 如 果 在 试件 上 下 表面 涂 一 些 润滑 剂 ， 这 时 试件 与 压 力 机垫 板 间 的 摩擦 力 大 大 减小 ， 其 横 向 变形 几 乎 不受 约 束 ， 受压 时 没 有 “ 套箍 ” 作 用 的影 响 ， 试 件将 沿 着 平 行于 力 的 作 用 方向 产
生几条裂缝而破坏,测得的抗压强度就低。图2-8(a),(b)是两种混凝土立方体试块 的破坏情况,我国规定的标准试验方法是不涂润滑剂的。 加载速度对立方体强度也有影响,加载速度越快,测得的强度越高。通常规定 加载速度为:混凝土强度等级低于C30时,取每秒钟0.3~0.5M/mm2;混凝土强度等 级高于或等于C30时,取每秒钟0.5~0.8Nmm2。 混凝土的立方体强度还与成型后的龄期有关。如图2-9所示,混凝土的立方体 抗压强度随着成型后混凝土的龄期的逐渐增长,增长速度开始较快,后来逐渐缓慢 强度增长过程往往要延续几年,在潮湿环境中往往延续更长, f(N/mm) 11时间(年) 图2-9混凝土立方体强度随龄期的变化 1-在潮湿环境下:2-在干燥环境下 2.混凝土的轴心抗压强度 混凝土的抗压强度与试件形状有关,在实际工程中,一般的受压构件不是立方 体而是棱柱体,即构件的高度要比截面的宽度或长度大。因此采用棱柱体比立方体 能更好地反映混凝土结构实际抗压能力。用混凝土棱柱体试件测得的抗压强度称轴 心抗压强度。 ■■■■■■■■■■■■口 □■■■■ □■■口■■ ■■ □■■
26 生几 条 裂缝 而 破坏 ， 测得 的 抗压 强 度就 低 。图 2-8( a)，( b)是 两 种混 凝 土立 方 体试 块 的破坏情况，我国规定的标准试验方法是不涂润滑剂的。 加 载速 度 对 立 方 体强 度 也 有 影响 ， 加 载 速 度越 快 ， 测 得的 强 度 越 高 。通 常 规 定 加载 速 度为 ： 混凝 土 强度 等 级低 于 C30 时， 取 每秒 钟 0.3~0. 5N/ mm2 ； 混凝 土 强度 等 级高于或等于 C3 0 时 ， 取每 秒 钟 0.5~ 0.8N/mm2。 混凝 土 的立 方 体强 度 还与 成 型后 的 龄期 有 关。 如图 2-9 所示 ， 混凝 土 的立 方 体 抗压 强 度随 着 成型 后 混凝 土 的龄 期 的逐 渐 增长 ，增 长速 度 开始 较 快 ，后 来 逐渐 缓 慢， 强度增长过程往往要延续几年，在潮湿环境中往往延续更长。 图 2-9 混凝土立方体强度随龄期的变化 1-在潮湿环境下； 2-在 干 燥 环 境 下 2.混凝土的轴心抗 压强 度 混 凝土 的 抗 压 强 度与 试 件 形 状有 关 ， 在 实 际工 程 中 ， 一般 的 受 压 构 件不 是 立 方 体 而是 棱 柱 体 ，即 构 件 的 高 度要 比 截 面 的宽 度 或 长 度大 。 因 此 采用 棱 柱 体 比 立方 体 能 更好 地 反 映 混凝 土 结 构 实 际抗 压 能 力 。用 混 凝 土 棱柱 体 试 件 测得 的 抗 压 强 度称 轴 心抗压强度
图2-10混凝土轴心抗压强度与立方体抗压强度的关系 我国《普通混凝土力学性能试验方法》规定以150mm×150mm×300mm的棱柱 体作为混凝土轴心抗压强度试验的标准试件。棱柱体试件与立方体试件的制作条件 相同,试件上下表面不涂润滑剂。由于棱柱体试件的高度越大,试验机压板与试件 之间摩擦力对试件高度中部的横向变形的约束影响越小,所以棱柱体试件的抗压强 度都比立方体的强度值小,并且棱柱体试件高宽比越大,强度越小。但是,当高宽 比达到一定值后,这种影响就不明显了。在确定棱柱体试件尺寸时,一方面要考虑 到试件具有足够的高度以不受试验机压板与试件承压面间摩擦力的影响,在试件的 中间区段形成纯压状态,同时也要考虑到避免试件过高,在破坏前产生较大的附加 偏心而降低抗压极限强度。根据资料,一般认为试件的高宽比为2-3时,可以基本 消除上述两种因素的影响。 《混凝土结构设计规范》规定以上述棱柱体试件试验测得的具有95%保证率的 抗压强度为混凝土轴心抗压强度标准值,用符号fk表示 图2-10是根据我国所做的混凝土棱柱体与立方体抗压强度对比试验的结果。由 图可以看出,试验值∫。与∫εu°的统计平均值大致成一条直线,它们的比值大致在 0.70-0.92的范围内变化,强度大的比值大些。这里,上角码“0”表示试验时观察 到的值 考虑到实际结构构件制作、养护和受力情况,实际构件强度与试件强度之间存 在的差异,《混凝土结构设计规范》基于安全取偏低值,轴心抗压强度标准值与立方 体抗压强度标准值的关系按下式确定: fo =0.88aae2fauk (2-8) 式中:as为棱柱体强度与立方体强度之比,对混凝土强度等级为C50及以下的 取αε1=0.76,对C80取αs1=0.82,在此之间按直线规律变化取值。a2为高强度混凝土 的脆性折减系数,对C40及以下取α2=1.00,对C80取ac2=0.87,中间按直线规律 变化取值。0.88为考虑实际构件与试件混凝土强度之间的差异而取用的折减系数 国外常采用混凝土圆柱体试件来确定混凝土轴心抗压强度。例如美国、日本和 欧洲混凝土协会、(CEB)系采用直径6英寸(152mm)、高12英寸(305mm)的圆柱体标 准试件的抗压强度作为轴心抗压强度的指标,记作∫。对C60以下的混凝土,圆柱 体抗压强度∫和立方体抗压强度标准值fcn,k之间的关系可按式(2-9)折算
27 图 2-10 混凝土轴心抗 压 强 度 与 立 方 体 抗 压 强 度 的 关 系 我国 《 普通 混 凝土 力 学性 能 试验 方 法》 规 定以 150 mm×15 0m m×3 00m m 的棱柱 体 作为 混 凝 土 轴心 抗 压 强 度 试验 的 标 准 试件 。 棱 柱 体试 件 与 立 方体 试 件 的 制 作条 件 相 同， 试 件 上 下表 面 不 涂 润 滑剂 。 由 于 棱柱 体 试 件 的高 度 越 大 ，试 验 机 压 板 与试 件 之 间摩 擦 力 对 试件 高 度 中 部 的横 向 变 形 的约 束 影 响 越小 ， 所 以 棱柱 体 试 件 的 抗压 强 度 都比 立 方 体 的强 度 值 小 ， 并且 棱 柱 体 试件 高 宽 比 越大 ， 强 度 越小 。 但 是 ， 当高 宽 比 达到 一 定 值 后， 这 种 影 响 就不 明 显 了 。在 确 定 棱 柱体 试 件 尺 寸时 ， 一 方 面 要考 虑 到 试件 具 有 足 够的 高 度 以 不 受试 验 机 压 板与 试 件 承 压面 间 摩 擦 力的 影 响 ， 在 试件 的 中 间区 段 形 成 纯压 状 态 ， 同 时也 要 考 虑 到避 免 试 件 过高 ， 在 破 坏前 产 生 较 大 的附 加 偏心 而 降低 抗 压极 限 强度 。 根据 资 料， 一 般认 为 试 件的 高 宽比为 2-3 时， 可 以基 本 消除上述两种因素的影响。 《混 凝 土结 构 设计 规 范》 规 定以 上 述 棱柱 体 试件 试 验测 得 的具 有 95% 保证 率 的 抗压强度为混凝土轴心抗压强度标准值，用符号 f ck 表示 。 图 2 -10 是 根据 我 国所 做 的混 凝 土棱 柱 体与 立 方 体抗 压 强度 对 比试 验 的结 果 。由 图 可以 看 出 ，试 验 值 f c 0 与 f cu 0 的 统计 平 均 值大 致 成 一 条直 线 ， 它们 的 比 值 大致 在 0.70 -0. 92 的 范 围内 变 化， 强 度 大的 比 值大 些 。这 里 ，上 角 码“ 0” 表 示试 验 时观 察 到的值。 考 虑到 实 际 结 构 构件 制 作 、 养护 和 受 力 情 况， 实 际 构 件强 度 与 试 件 强度 之 间 存 在的 差 异，《混 凝 土结 构 设计 规 范》基于 安 全取 偏 低值 ，轴心 抗 压强 度 标准 值 与立 方 体抗压强度标准值的关系按下式确定： ck c c cu k f f 88 1 2 , = 0. (2-8) 式中 ： c1 为棱 柱 体强 度 与立 方 体强 度 之比 ，对 混凝 土 强度 等 级为 C5 0 及以 下 的 取c1 =0. 76, 对 C80 取 c1=0. 82，在 此 之间 按 直线 规 律变 化 取值 。c2 为 高强 度 混凝 土 的脆 性 折减 系 数， 对 C40 及 以下 取 c2=1 .00， 对 C8 0 取 c2= 0.8 7， 中 间按 直 线规 律 变化取值。0.88 为考 虑 实际 构 件与 试 件混 凝 土强 度 之间 的 差异 而 取用 的 折减 系 数。 国 外常 采 用 混 凝 土圆 柱 体 试 件来 确 定 混 凝 土轴 心 抗 压 强度 。 例 如 美 国、 日 本 和 欧洲 混 凝土 协 会、(CEB) 系采 用 直 径 6 英 寸(15 2m m)、 高 12 英 寸(30 5m m)的 圆 柱体 标 准试 件 的抗 压 强度 作 为轴 心 抗压 强 度的 指 标， 记 作 c f 。 对 C60 以 下的 混 凝土 ， 圆柱 体抗压强度 c f 和立方 体 抗压 强 度标 准 值 f c u , k 之 间 的 关系 可 按式( 2-9) 折 算
f=0.79/cuk 当fn.k超过60Nmm2后随着抗压强度提高,∫与fnk的比值(即公式中的系数 要提高。CEB- FIPMO-90给出:对C60的混凝土,比值为0.833:对C70的混凝土, 比值为0.857:对C80的混凝土,比值为0.87 3.混凝土的轴心抗拉强度 压拉 (a 图2-11混凝土劈裂试验示意 (a)用圆柱体进行劈裂试验:(b)用立方体进行劈裂试验:(c)劈裂面中水平应力分布 1-压力机上压板:2-弧形垫条及垫层各一条:3-试件:4-浇模顶面:5-浇模底面:6-压力机下 垫板:7-试件破裂线 混凝土的轴心抗拉强度也是混凝土的基本力学指标之一,也可用它间接地衡量 混凝土的冲切强度等其他力学性能。混凝土的轴心抗拉强度可以采用直接轴心受拉 的试验方法来测定。但是,由于混凝土内部的不均匀性,加之安装试件的偏差等原 因,准确测定抗拉强度是很困难的。所以,国内外也常用如图2-11所示的圆柱体或 立方体的劈裂试验来间接测试混凝土的轴心抗拉强度。根据弹性理论,劈拉强度f, 可按下式计算 (2-10) 式中F一破坏荷载;d一圆柱体直径或立方体边长:l一圆柱体长度或立方体边长。 试验表明,劈裂抗拉强度略大于直接受拉强度,劈拉试件的大小对试验结果也 有一定影响
28 c cu k f f 79 , = 0. (2-9) 当 f c u , k 超 过 6 0N/ mm2 后 随 着 抗压 强 度提 高 ， c f 与 f c u , k 的 比值( 即 公式 中 的系 数) 要提 高。 CEB-F IPM C-9 0 给 出： 对 C6 0 的混 凝 土， 比值 为 0. 833；对 C7 0 的混 凝 土， 比值为 0.857；对 C80 的 混凝 土 ，比 值 为 0.8 75。 3.混凝土的轴心抗 拉强 度 图 2-11 混凝土劈裂试验示意图 (a)用圆柱体进行劈 裂 试 验 ； (b )用 立 方 体 进 行劈 裂 试 验 ； (c)劈 裂 面 中 水 平 应 力 分 布 1-压力机上压板； 2- 弧 形 垫 条 及 垫 层 各 一 条 ； 3- 试 件 ； 4- 浇 模 顶 面 ； 5-浇 模 底 面 ； 6- 压 力 机 下 垫板；7-试 件 破 裂 线 混 凝土 的 轴 心 抗 拉强 度 也 是 混凝 土 的 基 本 力学 指 标 之 一， 也 可 用 它 间接 地 衡 量 混 凝土 的 冲 切 强度 等 其 他 力 学性 能 。 混 凝土 的 轴 心 抗拉 强 度 可 以采 用 直 接 轴 心受 拉 的 试验 方 法 来 测定 。 但 是 ， 由于 混 凝 土 内部 的 不 均 匀性 ， 加 之 安装 试 件 的 偏 差等 原 因，准确 测 定 抗拉 强 度是 很 困难 的。所 以，国 内外 也 常用 如 图 2- 11 所 示的 圆 柱体 或 立方 体 的劈 裂 试验 来 间接 测 试混 凝 土的 轴 心抗 拉 强 度。 根据 弹 性理 论， 劈 拉强 度 ft ,s 可按下式计算： dl F f t s 2 , = (2-10) 式中 F－ 破 坏荷 载 ；d－圆 柱 体直 径 或立 方 体边 长 ；l－圆 柱 体长 度 或立 方 体边 长 。 试 验表 明 ， 劈 裂 抗拉 强 度 略 大于 直 接 受 拉 强度 ， 劈 拉 试件 的 大 小 对 试验 结 果 也 有一定影响