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?xí)r，抗壓強度是一個重要指標(biāo)。對于混凝土抗壓強度的試驗標(biāo)準(zhǔn)、規(guī)范，世界各國各地區(qū)都不盡相同。隨著“一帶一路”倡議的推進，大量的建筑企業(yè)加速向海外發(fā)展，但不同國家和地區(qū)在建設(shè)工程相關(guān)領(lǐng)域采用的混凝土標(biāo)準(zhǔn)有較大差異，且來源于不同的標(biāo)準(zhǔn)體系。混凝土規(guī)范的差異經(jīng)常會對工程的設(shè)計、施工、驗收、造價等產(chǎn)生明顯影響[1]。

我國國家標(biāo)準(zhǔn)采用150 mm×150 mm×150 mm立方體試塊的抗壓強度試驗結(jié)果作為混凝土強度等級劃分依據(jù)，但在其他部分國家的標(biāo)準(zhǔn)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(tǒng)一。我國的GB/T 50081－2002《普通混凝土力學(xué)性能試驗方法標(biāo)準(zhǔn)》（下文簡稱“中國標(biāo)準(zhǔn)”）僅對2種形狀的試塊在制作、養(yǎng)護及受壓等方面作了詳細(xì)的規(guī)定說明，并未對圓柱形及方形尺寸的強度關(guān)系進行規(guī)定和說明。在海外地區(qū)工程的混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計、施工及驗收等工作實施過程中，由于標(biāo)準(zhǔn)不同，且沒有統(tǒng)一的轉(zhuǎn)換系數(shù)或轉(zhuǎn)換方法，經(jīng)常造成技術(shù)實施過程中對接困難，且容易產(chǎn)生分歧。這是困擾建筑相關(guān)企業(yè)的一大難題。

本文結(jié)合印度尼西亞混凝土抗壓強度試驗的有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)以及實際的工程試驗案例，將中國標(biāo)準(zhǔn)試塊和印度尼西亞標(biāo)準(zhǔn)試塊（美標(biāo)體系）的試驗方法以及得出的抗壓強度數(shù)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(guān)關(guān)系以及影響要素，提供給設(shè)計、采購、技術(shù)部門統(tǒng)籌考慮。

2 印度尼西亞混凝土強度標(biāo)準(zhǔn)分析

2.1 印度尼西亞混凝土強度舊標(biāo)準(zhǔn)體系

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

表1 混凝土強度轉(zhuǎn)換系數(shù)

2.2 印度尼西亞混凝土強度新標(biāo)準(zhǔn)體系

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

2.3 印度尼西亞混凝土強度新舊標(biāo)準(zhǔn)差異分析

從印度尼西亞相關(guān)混凝土標(biāo)準(zhǔn)中可看出，在印度尼西亞早期使用的2個標(biāo)準(zhǔn)中，混凝土的試塊形狀、尺寸、齡期的規(guī)定與中國標(biāo)準(zhǔn)中的規(guī)定一致，僅僅是試驗結(jié)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(biāo)準(zhǔn)中采用美標(biāo)體系，不再使用立方體試塊，但市場上仍大量使用術(shù)語K進行施工及采購等。對于標(biāo)準(zhǔn)立方體試塊與圓柱體試塊，在進行評定時，舊標(biāo)準(zhǔn)中的轉(zhuǎn)換系數(shù)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(biāo)號的混凝土，每個標(biāo)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(shè)備相同，以保證試塊的材料批次、取樣方法、制作過程、養(yǎng)護條件、試驗環(huán)境等均處于同一標(biāo)準(zhǔn)，達到28 d齡期后進行抗壓試驗。

根據(jù)當(dāng)?shù)卦那闆r，最終確定K200的配比為水泥∶水∶細(xì)骨料∶粗骨料＝260 kg∶180 kg∶870 kg∶940 kg，K300相應(yīng)配比為320 kg∶170 kg∶810 kg∶980 kg，K400相應(yīng)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(yǎng)護及試驗

根據(jù)試驗設(shè)計方案，每一組試塊均按以下制作及養(yǎng)護方法進行。

3.2.1 取樣方法

1）每組混凝土應(yīng)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(yīng)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(biāo)識，包括混凝土制作的時間及標(biāo)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(nèi)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(guī)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(nèi)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(yīng)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(dāng)試模內(nèi)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(jié)束后，刮除試模上口多余的混凝土并確?；炷粮哂谠嚹１砻? 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(biāo)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(yǎng)護

1）試件在終凝8 h后拆模，在試件成形后的48 h內(nèi)，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(huán)境下進行養(yǎng)護。

2）試件初步養(yǎng)護48 h后，放入溫度為（23±2） ℃的養(yǎng)護池內(nèi)，養(yǎng)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(yǎng)護

3.2.4 試塊試驗

1）按以上制作及養(yǎng)護條件養(yǎng)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(guī)定誤差范圍內(nèi)，圓柱體試塊需根據(jù)印度尼西亞國家標(biāo)準(zhǔn)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(jù)SNI 1974-2011中規(guī)定的試驗方法進行抗壓試驗（圖5）。

3.3 試驗結(jié)果

按標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護條件養(yǎng)護達到28 d齡期后進行抗壓試驗，試驗結(jié)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(jié)果

表3中轉(zhuǎn)換系數(shù)為圓柱體試塊與立方體試塊抗壓強度比值。數(shù)據(jù)表明，同一條件下圓柱體標(biāo)準(zhǔn)試塊整體混凝土強度值均較立方體標(biāo)準(zhǔn)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(wěn)定。為了解兩者的轉(zhuǎn)換關(guān)系，筆者走訪了很多當(dāng)?shù)卮笮推髽I(yè)、混凝土制品企業(yè)，以尋得一個權(quán)威的轉(zhuǎn)換系數(shù)，但得到的答案都是很含糊且不確定的。

3.4 強度結(jié)果差異分析

根據(jù)表3，將相關(guān)試驗數(shù)據(jù)結(jié)果制成圖片形式，如圖6所示。

圖6 混凝土試驗結(jié)果及轉(zhuǎn)換系數(shù)

由圖6分析可知，混凝土同一拌和條件下標(biāo)準(zhǔn)的2種試塊，抗壓強度值沒有恒定的關(guān)系，混凝土強度的比值也不是一個恒定常數(shù)，介于0.62～0.94之間，實測強度值的差異隨著混凝土強度標(biāo)號的不同而變化，總體上變化趨勢為：強度標(biāo)號越高，差異越小，圓柱體和立方體試塊強度間的關(guān)系是比較復(fù)雜的。試驗試塊的制作質(zhì)量是反映兩者間強度關(guān)系的基礎(chǔ)，試驗前我們已經(jīng)強調(diào)了全過程的同條件因素。有研究表明，標(biāo)準(zhǔn)圓柱體試塊與標(biāo)準(zhǔn)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(biāo)準(zhǔn)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(guān)系。

3.5 抗壓強度數(shù)據(jù)差異原因分析

通過上述混凝土試塊包括制作、設(shè)備狀態(tài)、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(jié)如下：

1）環(huán)箍效應(yīng)影響：設(shè)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(chǎn)生了約束力，即環(huán)箍效應(yīng)，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(huán)箍效應(yīng)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(gòu)件失穩(wěn)破壞的穩(wěn)定性系數(shù)與材料彈性模量、構(gòu)件的長細(xì)比有關(guān)：彈性模量越大，長細(xì)比越小，那么穩(wěn)定性系數(shù)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(chǎn)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(zhì)量，容易造成垂直度、平整度等偏差，試壓過程中也更容易產(chǎn)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(shù)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(jié)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(guān)系。

4 結(jié)語

1）在同一條件下，圓柱體標(biāo)準(zhǔn)試塊和立方體標(biāo)準(zhǔn)試塊的抗壓強度比值不是一個恒定常數(shù)，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(biāo)號越高，差異越小。因此，在目前規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的條件下，2種試驗方法以及試驗數(shù)據(jù)只可分別在特定的標(biāo)準(zhǔn)條件下根據(jù)施工或設(shè)計需要獨立使用，不可隨意轉(zhuǎn)換使用。

2）立方體試塊較圓柱體試塊的試驗檢測結(jié)果更穩(wěn)定，印度尼西亞本土的混凝土制品企業(yè)一般以舊的K標(biāo)號系列進行銷售，但采購方可以提出自己的選擇要求。設(shè)計圖紙中主要還是以f 'c標(biāo)注為主，這樣就造成了轉(zhuǎn)換過程中的計算困難。印度尼西亞以顧問注冊師的權(quán)威為主，征求結(jié)構(gòu)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(jié)構(gòu)注冊師使用了施工圖K系列的標(biāo)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(tǒng)一的情況下實施相關(guān)工程項目時，對于混凝土試塊形狀、尺寸，各方應(yīng)對采用的標(biāo)準(zhǔn)提前達成一致，若需交叉使用，則應(yīng)根據(jù)試驗確定轉(zhuǎn)換系數(shù)。鑒于圓柱體混凝土試塊制作質(zhì)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(yōu)先使用立方體混凝土試塊作為評判條件。