混凝土强度测试方法|建筑材料（第7版）

混凝土强度分为抗压强度、抗拉强度、抗弯强度及抗剪强度等。其中以抗压强度最大，故混凝土主要用于承受压力。

3.2.3.1　混凝土抗压强度

（1）混凝土立方体抗压强度与强度等级。

抗压强度是混凝土的重要质量指标，它与混凝土其他性能指标密切相关。抗压强度用单位面积上所能承受的压力来表示。根据试件形状的不同，混凝土抗压强度分为轴心抗压强度和立方体抗压强度。

《混凝土结构设计规范》（GB 50010—2010）规定，以边长150mm的立方体试件为标准试件^[1]，按标准方法成型，在标准养护条件下 （温度20℃±3℃，相对湿度90%以上）养护到28d龄期，用标准试验方法测得的极限抗压强度称为混凝土标准立方体抗压强度。在混凝土立方体抗压强度总体分布中，具有95%保证率（保证率概念见3.7.3节）的抗压强度称为立方体抗压强度标准值。根据立方体抗压强度标准值 （以MPa计）的大小，将混凝土分为不同的强度等级：C15、C20、C25、C30、C35、C40、C45、C50、C55、C60、C65、C70、C80。如强度等级C20系指立方体抗压强度标准值为20MPa。建筑物的不同部位或承受不同荷载的结构应选用不同强度等级的混凝土。

水利水电工程中，混凝土抗压强度标准值常采用长龄期和非95%保证率。水利水电工程结构复杂，不但有大体积混凝土结构、水工钢筋混凝土结构及薄壁结构等，而且不同工程部位的混凝土也有不同设计龄期和保证率的要求。这是因为，水工大体积混凝土结构的结构尺寸一般不由应力控制，而是由结构布置或重力稳定等条件决定。如果其强度标准值一律采用28d龄期及95%的保证率，则会导致增大混凝土水泥用量，造成浪费，而且会加大混凝土温度控制的困难，增大发生裂缝的可能性。因此，水工建筑物设计及施工规范^[2]规定，水工结构大体积混凝土强度标准值一般采用90d龄期和80%保证率；体积较大的钢筋混凝土工程的混凝土强度标准值常采用90d龄期和85%～90%保证率；大坝碾压混凝土的强度标准值，可采用180d龄期和80%保证率。对于薄壁结构的混凝土，以及由应力控制结构尺寸的结构混凝土和对混凝土强度要求较高的抗冲磨混凝土 （包括大坝溢流面）等，其混凝土强度标准值采用28d龄期和95%保证率。故水工混凝土强度标准值必须明确设计龄期和设计保证率。根据水工混凝土抗压强度标准值划分的强度等级称为水工混凝土强度等级^[3]。水利、水电行业混凝土的强度等级还根据需要增加了C7.5、C10的级别。

对于设计龄期为28d、保证率为95%的混凝土强度等级，其定义及表示方法与GB 50010—2010一致。当设计龄期为90d （或180d）、保证率为80%时，混凝土强度等级用C9015、C9020 （或C18015、C18020）等表示。此时下标数字为设计龄期，保证率为80%，15、20等为混凝土抗压强度标准值（以MPa为单位）。

（2）混凝土轴心抗压强度。

混凝土强度测定值与试件的形状有关。在工程实际中，混凝土构件的形式各异，混凝土的受力情况也各不相同，在结构设计中，有时采用轴心抗压强度作为计算依据。

目前，我国以150mm×150mm×300mm的棱柱体试件作为轴心抗压强度的标准试件。如有必要，也可采用非标准立方体试件，但其高与宽 （或直径）之比应在2～3的范围内。同一种混凝土的轴心抗压强度小于立方体抗压强度，且高宽比 （或高直比）越大，轴心抗压强度越小。试验结果表明，普通混凝土标准试件的轴心抗压强度约为标准立方体抗压强度的0.7～0.8倍。考虑到结构中混凝土强度与试件强度的差异，并假定混凝土立方体抗压强度离差系数与轴心抗压强度离差系数相等，混凝土轴心抗压强度标准值常取为0.67倍的立方体抗压强度标准值。

英国、美国等一些西方国家把直径150mm、高300mm的圆柱体试件定为混凝土的标准试件，因此相应的强度即为混凝土的抗压强度。

（3）影响混凝土抗压强度的因素。

影响混凝土抗压强度的因素很多，主要有水泥强度及水灰比、骨料种类及级配、养护条件及龄期和施工方法、施工质量等。

1）水泥强度与水灰比。普通混凝土受力破坏一般首先出现在骨料和水泥石的分界面上，即所谓的黏结面破坏形式，如图3.4所示。另外，当水泥石强度较低时，水泥石本身首先破坏也是常见的破坏形式。在普通混凝土中，骨料首先破坏的可能性小，因为骨料的强度常大大超过水泥石和黏结面的强度。所以混凝土的强度主要决定于水泥石的强度及其与骨料间的黏结力，而它们又取决于水泥强度及水灰比的大小，即水泥强度与水灰比是影响混凝土强度的主要因素。

图3.4　混凝土受压破坏裂缝

图3.5　混凝土强度与水灰比及灰水比的关系 （原材料一定）

拌制混凝土拌和物时，为了获得必要的流动性，常需用较多的水，即较大的水灰比。一般塑性混凝土的水灰比常在0.40～0.75之间，而水泥完全水化所需的化学结合水一般只占水泥质量的25%左右。这样，混凝土中就常有多余的水分，它是使混凝土中产生毛细孔及微细裂缝的主要原因。水灰比大，多余的水分多，水泥石的密实度小，孔隙较多，水泥石的强度较低，水泥石的收缩也较大。同时，多余水分所造成的泌水多，混凝土的微细裂缝也多，水泥石与骨料的黏结也弱。因此，水泥强度愈高，混凝土强度愈高；水灰比愈大，混凝土强度愈低。试验证明，在原材料一定的条件下，混凝土强度随水灰比增大而降低的规律呈曲线关系，如图3.5 （a）所示；混凝土强度与灰水比（水灰比的倒数）则呈直线关系，如图3.5 （b）所示。需要指出的是，当水灰比过小时，水泥浆过分干稠，在一定振捣条件下，混凝土拌和物不能被振捣密实反而导致混凝土强度降低，如图3.5 （a）中的虚线所示。

根据大量的试验，采用数理统计方法可以建立混凝土抗压强度与水泥抗压强度及水灰比间的关系式，通常采用经验式表示，即

式中：fcu 为混凝土28d龄期的抗压强度，MPa；fce 为水泥28d龄期的实际抗压强度^[4]，MPa；C/W 为混凝土的灰水比；A、B 为经验系数。

A、B 值随所用材料的品种、施工条件等因素而变化。因此，在条件许可时应结合工程实际配制不同水灰比的混凝土，进行强度试验，统计出本工程的经验系数 [或绘制出如图3.5 （a）的关系曲线]。在无系统试验条件时，对于常用品种的水泥所配制的一般塑性混凝土，当骨料含水以饱和面干状态为基准时，A、B 系数值可取下列经验值：

卵石混凝土 普通水泥：A=0.539，B=0.459；矿渣水泥：A=0.608，B=0.666。(www.xing528.com)

碎石混凝土 普通水泥：A=0.637，B=0.569；矿渣水泥：A=0.610，B=0.581。

根据JGJ55—2011 《普通混凝土配合比设计规程》规定，当骨料含水以干燥状态为基准时，A、B 系数值可取下列经验值：

卵石混凝土A=0.49，B=0.13；

碎石混凝土A=0.53，B=0.20。

利用上述经验公式，可以初步解决以下问题：①当所采用的水泥强度等级或实际强度已知，欲配制某强度的混凝土时，可以估计应采用的水灰比值；②当已知所采用水泥的强度等级及水灰比值，可以估计出混凝土在标准养护条件下28d龄期可能达到的强度。

2）骨料的种类及级配。骨料中有害杂质过多或品质低劣时，将降低混凝土的强度。表面粗糙并富有棱角的碎石骨料与水泥石的黏结较好，且骨料颗粒间有嵌固作用，故所配制混凝土的强度较高。当骨料级配良好，砂率适当时，砂石骨料填充密实，也使混凝土获得较高的强度。

3）养护条件与龄期。混凝土强度受养护条件及龄期的影响很大。在干燥环境中，混凝土的强度发展会随水分逐渐蒸发而减慢或停止。养护温度高时，硬化速度较快；养护温度低时，硬化比较缓慢。当温度低至0℃以下时，混凝土停止硬化，且有冰冻破坏的危险。因此，混凝土浇捣完毕后，必须加强养护，保持适当的温度和湿度，以保证硬化的不断进行，强度不断增长。

在正常养护条件下，混凝土的强度在最初几天发展较快，以后逐渐缓慢，28d以后更慢。如果能长期保持适当的温度和湿度，混凝土强度的增长可延续数10年之久。

混凝土强度增长速率，随水泥品种及养护温度不同而异。表3.1为正常条件下各龄期的相对强度，表3.2为不同养护温度下混凝土各龄期的相对强度，可供参考。

表3.1　正常养护条件下混凝土各龄期相对强度约值%

注 《水工混凝土配合比设计规程》（DL/L5330—2005）给出了不同粉煤灰掺量的常态混凝土及碾压混凝土强度增长率，可供参考。

表3.2　不同养护温度下混凝土各龄期相对28d标准养护强度%

混凝土的强度是随龄期的延长而增长的。设计中可利用混凝土的后期强度以便节约水泥。但不能选用过长的龄期，以免造成混凝土早期强度过低，给施工带来困难。工程中选用60d、90d或180d为设计龄期时，应同时提出28d龄期混凝土的强度要求。施工期间控制混凝土质量一般以28d强度为依据。

工程实践中，为了检验结构中的混凝土强度，有时需测定非标准养护 （如与构件同条件养护）或非设计龄期的混凝土强度。

4）施工因素的影响。混凝土施工过程中若搅拌不均匀，振捣不密实或养护不良等，均会降低混凝土的强度。

混凝土拌和物的搅拌可分为机械搅拌和人工拌和。机械搅拌比人工拌和能使拌和物拌和得更均匀（尤其是采用强制式拌和机效果更好），可获得强度更高的混凝土。对于掺有减水剂或引气剂的混凝土，机械搅拌的作用更为突出。近年来研究的多次投料搅拌工艺可配制出造壳混凝土，具有提高强度的效果。所谓造壳，就是在粗、细骨料表面裹上一层低水灰比的水泥薄壳，以提高水泥石和骨料之间界面的黏结强度。

混凝土振捣方法有人工捣实和机械振捣两种。机械振捣浇筑的混凝土比人工捣实的混凝土密实，强度也较高。对于低流态混凝土或干硬性混凝土，采用机械振捣法更为适宜。

3.2.3.2　混凝土的抗拉强度

混凝土的抗拉强度很低，一般约为抗压强度的7%～14%。强度较低的混凝土这个比值稍高一些，强度较高的混凝土这个比值要低一些。混凝土抗拉强度ft （MPa）与抗压强度fcu （MPa）之间的关系可近似地用经验式（3.2）表示，即

测定混凝土抗拉强度的方法有轴心拉伸法和劈裂法。轴心拉伸试验比较麻烦，且试件缺陷或加荷时有很小的偏心都会严重影响试验结果，致使试验结果离散性较大，故一般多采用劈裂法（试验方法参见混凝土试验部分）。

影响混凝土抗拉强度的因素，基本上与影响抗压强度的因素相同。水泥强度高、水灰比小、骨料表面粗糙、混凝土振捣密实以及加强早期养护等，都能提高混凝土的抗拉强度。