混凝土圆柱体和立方体抗压强度试验对比分析

郭经海，张继伟

（中交一航局有限公司，天津 300456）



混凝土圆柱体和立方体抗压强度试验对比分析

郭经海，张继伟

（中交一航局有限公司，天津 300456）

主要将澳大利亚标准（AS1012.9-2014）条件下混凝土圆柱体抗压强度试验和国标（GB/T50081-2011）条件下混凝土立方体抗压强度试验的方法和数据进行了对比分析，阐述了在两种不同的标准条件下试验过程和方法的差别，分析了两种试验方法得到的试验数据的一些规律、相互关系及影响因素，为境外工程实施提供参考。

澳标；圆柱体试块；立方体试块；混凝土抗压强度；对比分析；环箍效应；高径比

1　概述

随着国家“一带一路”、“走出去”战略的实施，越来越多的施工企业在大力向海外发展，不同的地区、不同的国家，在工程建设领域采用的标准存在较大差异，有的甚至起源于不同的标准体系。规范标准的差异往往会对工程的设计、施工、造价以及检查验收等产生较大的影响。

在混凝土抗压强度试验方面，我国通常采用混凝土立方体试块抗压强度试验作为混凝土强度等级划分和实测混凝土抗压强度之测定的方法，但在美国、日本、法国、加拿大、澳大利亚及新西兰等西方标准体系下，都采用混凝土圆柱体试块抗压强度试验，迄今为止，在国际上对抗压强度试件的形状、尺寸尚未完全统一。我国现行《普通混凝土力学性能试验方法标准》仅对立方体与圆柱体试件从各自的制作、养护、受压方面作详细规定、说明，并未对二者的强度关系进行规定和说明。在涉外工程中，混凝土强度设计计算、施工和检验验收等工作因标准不同，且没有法定的转换方法，造成技术对接困难，且容易产生纠纷，经常是困扰建筑企业的一大难题。

本文将结合巴布亚新几内亚Girua机场升级改造工程混凝土抗压强度试验的实际应用案例，将国标立方体标准试件和澳标圆柱体标准试件混凝土抗压强度的试验方法以及得出的数值进行对比分析，阐述二者的异同，分析相互之间的一些关系和影响因素。

2　圆柱体试块和立方体试块试验方法异同比较

2.1试块的精度要求比较

国标：要求测量圆柱体试件相互垂直的两个直径段部的四个高度误差不超过1mm，平面度不超过0.0005d，如果超出要求，试样应当作废。

澳标：如果试样试验的表面与试验设备压板之间的水平度超过了0.05mm，且满足澳标中第采用加盖的方式进行试验，或使用磨光机等设备对试件表面进行磨平磨光处理，直至符合平整度（不大于0.05mm）要求。

2.2试压过程比较

国标：在试验过程中应连续均匀地加荷，混凝土强度等级

澳标：圆柱体试件抗压试验时试验机提供的荷载应无浮动且连续稳定增加，并能按以每分钟20MPa ±2MPa速率连续加荷，直到没有增加，压力可以持续。

2.3取值方法比较

国标：对立方体试件抗压强度值的确定做了如下规定：①3个试件测值的算术平均值作为该组试件的强度值，精确至0.1MPa；②3个测值中的最大值或最小值中如有一个与中间值的差值超过中间值的15%时则把最大及最小值一并舍除，取中间值作为该组试件的抗压强度值；③如最大值和最小值与中间值的差均超过中间值的15%，则该组试件的试验结果无效。

澳标：圆柱体混凝土试件抗压强度值确定没有类似国标要求和规定，其仅对强度值结果修约作出了规定：试件的抗压强度，修约到0.5MPa，当混凝土试件强度小于10MPa时，应修约到0.1MPa。

3　试验数据对比分析

3.1试验原始数据

在巴布亚新几内亚吉汝阿机场升级改造项目中，我们对不同配比的混凝土，在同一拌合混凝土条件下，经相同条件对比试验，整理所得数据如表1。

表1

表1数据表明，同一拌合混凝土条件下采用立方体标准试件和圆柱体标准试件得到的抗压强度值并不相同，圆柱体标准试件整体混凝土强度值偏低于立方体标准试件混凝土强度值。将数据制成图1。

图1

3.2抗压强度差异分析

由图1分析可知，立方体标准试件和圆柱体标准试件的抗压强度值在同一拌合混凝土条件下两者之间没有固定的对应关系，即这两者之间的混凝土强度值比值不是一个常数，实测强度差异随混凝土强度等级变化而变化，总体变化趋势为：强度越大，差异越小。

由图1可知，混凝土强度等级偏低时，立方体标准试件和圆柱体标准试件的抗压强度值比值较大，强度等级在C15时最大单个数据比值（立方体标准试件强度值/圆柱体标准试件强度值）达到1.44，强度等级在C30时最小单个数据比值仅为1.13，随着混凝土强度等级提高，两者之间的抗压强度值比值逐渐变小。通过以上所得数据整理得出圆柱体标准试件和立方体标准试件的抗压强度值分析，得出两组数据间的近似转换公式：y=1.5711-0.0136x（x为混凝土强度等级，y为立方体标准试件强度值/圆柱体标准试件强度值的折算系数）。

3.3抗压强度数据差异原因分析

通过对混凝土试件制作过程、试验设备状态、试压过程等研究分析，以及查阅相关资料，总结造成圆柱体和立方体抗压强度差异的主要原因如下。

①环箍效应差异影响：因试件受压面与设备支座之间存在摩擦力，试压过程中对试件两端产生约束力，即环箍效应，环箍效应的大小，直接影响试件的承压能力。圆柱体试件尺寸为Φ 150mm×300mm，立方体试件尺寸为150mm×150mm×150mm，二者底面积和形状都有差异，立方体试件环箍效应大于圆柱体试件，立方体试件抗压强度高于圆柱体试件抗压强度。

②试件高径比差异影响：圆柱体试件的高径比为2，立方体试件近似为1，根据材料力学理论，F=ψ σ A可知，受压构件大多数是失稳破坏，稳定性系数与构件的长细比和材料弹性模量有关：长细比越小，弹性模量越大，稳定性系数越大，最大值为1。因此试件的高径比是影响试件承载力的主要因素，并且混凝土强度越低，试件弹性模量越小，高径比产生的影响越明显。

③试件形状差异影响：立方体试件较圆柱体试件来讲，棱角更多，试压过程中，更容易出现应力集中，产生应力集中破坏。

以上3种不同因素交错影响，造成圆柱体和立方体试验抗压强度值差异较大，且没有单一的相互关系。

4　结论

澳大利亚标准（AS1012.9-2014）条件下混凝土圆柱体抗压强度试验和国标（GB/T50081-2011）条件下混凝土立方体抗压强度试验是两种不同的混凝土强度定义和测定方式，因为两种试块的形状不同，试验过程中试件因高径比不同、环箍效应不同、试件破坏方式不同等多种因素影响，对于同一种混凝土，两种试验方法得出的数据差异较大，且数据差异因混凝土强度变化而变化，无单一相互关系，目前无可靠的转换方法（经验公式只能作为参考）。因此，在目前规范标准规定的条件下，两种试验方法以及试验数据只可分别在特定的标准条件下根据施工或设计需要独立使用，不可随意转换使用。

[1] 楼庄鸿.曾沛霖.《公路工程质量检验评定标准》中水泥混凝土抗压强度的评定[J].公路，1996（5）：30.

[2]GB/T50081-2011，普通混凝土力学性能试验方法标准[S].

[3]Australian Standard.Methods of testing concrete Method 9：Compressive strengthtests-Concrete，mortarandgrout specimens[M].AS 1012.9：2014，2014.

[4]AS3600-2009 ConcreteStructures，StandardsAustraliaBD-002.

TU502

A

1007-7359(2016)03-0253-03

10.16330/j.cnki.1007-7359.2016.03.092

郭经海（1982-），男，湖北宜昌人，毕业于武汉理工大学，学士，工程师。