第四节　混凝土强度及检测

由于混凝土结构或构件主要用于承受荷载或抵抗各种作用力，混凝土强度与混凝土的其他性能关系密切，因此强度是混凝土最重要的力学性质。工程试验充分证明，混凝土的强度越高，其刚度、不透水性、抗冻性、抗风化性和抗侵蚀性的能力也越高。在很多国家的混凝土的施工过程中，通常用混凝土的强度来评定和控制混凝土的质量。

一、混凝土的抗压强度与强度等级

混凝土的强度指标有立方体抗压强度、轴心抗压强度和抗拉强度等。混凝土的抗压强度最大，而抗拉强度最小，因此在工程中主要利用混凝土来承受压力作用。混凝土的抗压强度是混凝土结构设计的主要参数，也是混凝土工程质量验收的重要指标。在工程中提到的混凝土强度，一般是指混凝土的抗压强度。

1.混凝土立方体抗压强度

根据国家标准《普通混凝土力学性能试验方法》（GB/T 50081—2002）的规定，按照标准制作方法制成边长为150mm的立方体试件，在标准条件（温度20℃±2℃、相对湿度95％以上）下养护至28d龄期，按照标准试验方法测得的抗压强度值，称为混凝土立方体抗压强度，以符号f_cu，k表示。

在测定混凝土立方体抗压强度时，也可采用非标准尺寸的试件，但测定的结果应再乘以相应的换算系数。当最大骨料粒径≤31.5mm时，对于边长为100mm的立方体试件，应乘以0.95；当最大骨料粒径≤63.0mm时，对于边长为200mm的立方体试件，应乘以1.05。当混凝土强度等级大于或等于C60时，宜采用标准尺寸试件；当使用非标准试件时，尺寸换算系数应由试验确定。

2.立方体抗压强度标准值及强度等级

立方体抗压强度标准值是指按标准方法制作和养护，边长为150mm的立方体试件，在28d龄期时用标准试验方法测得的具有95％保证率的抗压强度，用符号f_cu，k表示。

为便于设计选用和控制混凝土质量，将混凝土按强度分成若干等级，则按照混凝土立方体抗压强度标准值f_cu，k划分。根据国家标准《混凝土质量控制标准》（GB 50164—2011）的规定，将混凝土共划分为19个强度等级，即C10、C15、C20、C25、C30、C35、C40、C45、C50、C55、C60、C65、C70、C75、C80、C85、C90、C95和C100。其中C代表混凝土，后面的数值表示混凝土立方体抗压强度标准值，如C40表示f_cu，k=40MPa。

为了保证工程质量和降低工程造价，在进行混凝土结构设计时，应根据建筑物的不同部位及承受荷载的情况，采用不同强度等级的混凝土。

二、混凝土试样的制备及取样

（一）混凝土试样的制备

混凝土强度检测的试拌最好采用机械拌和，其与混凝土拌合物检测拌和基本相同。

（1）按照规定的配合比称取各材料用量，以干燥状态为准，其称量精度应符合要求。

（2）用按配合比称量的水泥、砂、水及少量石子预拌一次，使水泥砂浆先黏附满搅拌机的筒壁，倒出多余的砂浆，以免影响正式搅拌时的混凝土配合比。

（3）依次将称量好的石子、砂和水泥倒入搅拌机内，干拌均匀，再将水徐徐加入，全部加料时间不得超过2min，将水加完后，继续搅拌2min。

（4）卸出混凝土拌合物，将其倒在拌板上，再经人工拌和2～3次。

（5）拌和好后，应立即进行和易性检测或试件成型，从开始加水时算起，全部操作必须在30min内完成。

（二）混凝土的取样规则

混凝土强度检测试件应在混凝土浇筑地点随机取样，并遵循以下留置原则。

1.标准养护试件取样与留置原则

（1）每拌制100盘且不超过100m³的同一配合比的混凝土，取样不得少于一次。

（2）每工作班拌制的同一配合比的混凝土不足100m³时，取样不得少于一次。

（3）当一次连续浇筑的同一配合比混凝土超过1000m³时，每200m³取样不得少于一次。

（4）对于房屋建筑工程，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（一组为3个立方体试件）标准养护试件。

（6）每3个试体应由同一盘或同一车的混凝土中取样制作。

2.同条件养护试件取样与留置原则

（1）结构实体同条件试件（混凝土结构验收的重要依据）：同条件养护试件所对应的结构构件或结构部位，应由监理（建设）、施工等各方共同选定。

根据既体现结构重要部位，又适度控制实体检验数量的原则，重要部位选定建议如下：竖向构件中的墙、柱、核心筒，水平构件中的跨度8m的梁、跨度5m的单向板、跨度6m的双向板、预应力混凝土梁、跨度2m的悬挑梁板，若有的工程不满足上述条件，则应按规范规定“同一强度等级的同条件养护试件，其留置的数量应根据混凝土工程量和重要性确定，不宜少于10组，且不应少于3组”。

按照《混凝土强度检验评定标准》（GB/T 50107—2010）的有关规定，同一强度等级的同条件养护试件的留置数量不少于10组，以构成按统计方法评定混凝土强度的基本条件。留置数量不少于3组，是为了按非统计方法评定混凝土强度时，有足够的代表性。

（2）拆模同条件试件（判定混凝土是否达到设计要求或规范要求的强度），按每一施工流水段至少留置一组同条件试件。

（3）达到受冻临界强度同条件试件（控制冬季施工竖向结构模板拆除），按每一施工流水段至少留置一组同条件试件。

（4）掺加防冻剂混凝土同条件试件（检查掺加防冻结混凝土的质量），按每一楼层、同一配合比的混凝土至少留置一组同条件试件。

（5）构件吊装混凝土同条件试件（检查混凝土强度是否满足吊装的要求），应当根据吊装部署酌情留置同条件试件。

（6）预应力混凝土同条件试件（判定能否达到预应力张拉或放张的条件），应当根据预应力张拉部署酌情留置同条件试件。

三、混凝土抗压强度检测

混凝土质量是影响混凝土结构可靠性和使用功能的一个重要因素，为确实保证混凝土结构的可靠性，在混凝土设计和施工过程中，必须对原材料、混凝土拌合物、硬化混凝土及施工各个工序，特别是要对混凝土的抗压强度进行必要的检测。

（1）检测目的　测定混凝土的立方体抗压强度，作为评定混凝土质量的主要依据。

（2）仪器设备　包括压力试验机、振动台、混凝土搅拌机、试模、捣棒、抹刀等。

（3）检测步骤　混凝土的立方体抗压强度应按以下要求和步骤进行检测。

①基本要求。混凝土立方体抗压试件以3个为一组，每组试件所用拌合物应以同一盘混凝土或同一车混凝土中取样。试件的尺寸按粗骨料的最大粒径来确定，如表3-7所列。

②试件的制作。在成型前，应仔细检查试模是否合格，并在其内表面涂一薄层矿物油或脱模剂。坍落度小于或等于70mm的混凝土宜用振动台振实；坍落度大于70mm的宜用捣棒人工捣实；检验现浇混凝土或预制构件的混凝土，试件成型方法宜与实际采用的方法相同。

取样或拌制好的混凝土拌合物，应至少用铁锨再来回拌和3次，使其达到完全均匀。

a.振动台振实：将混凝土拌合物一次装入试模，装料时应用抹刀沿各试模壁插捣，并使混凝土拌合物高出试模，然后将试模放到振动台上并固定，开动振动台，至混凝土表面出浆为止。振动肘试模不得有任何跳动，不得过振。最后沿试模边缘刮去多余的混凝土并抹平。

b.人工捣实：将混凝土拌合物分2层装入试模，每层装料厚度大致相等，插捣时应按螺旋方向从边缘向中心进行。在插捣底层混凝土时，捣棒应达到试模底部；插捣上层混凝土时，捣棒应贯穿上层后插入下层20～30mm；插捣时捣棒应保持垂直，不得倾斜。然后用抹刀沿试模内壁插拔数次，每层插捣次数按在10000mm²截面积内不得少于12次，插捣后应用橡皮锤轻轻敲击试模的四周，直至插捣棒留下的空洞消失。最后刮去多余的混凝土并抹平。

③试件的养护。试件的养护方法有标准养护和与构件同条件养护2种方法。采用标准养护时，试件成型后应立即用不透水的薄膜覆盖表面，在温度为20℃±5℃的环境中静置1～2昼夜，然后编号拆模。拆模后立即放入温度20℃±2℃、相对湿度为95％以上的标准养护室中养护，试件应放在支架上，间隔10～20mm，表面应保持潮湿，不得被水直接冲淋，至试验龄期28d。试件也可在温度为20℃±2℃的不流动的氢氧化钙饱和溶液中养护。

同条件养护时，试件拆模时间可与实际构件的拆模时间相同，拆除模板后，试件仍需保持同条件养护。

④抗压强度检测。混凝土抗压强度检测应按以下步骤进行：a.试件从养护地点取出后，应及时进行检测，并将试件表面与上下承压面擦干净；b.将试件安放在试验机的下承压板或垫板上，试件的承压面应与成型时的顶面垂直。试件的中心应与试验机下压板的中心对准，开动试验机，当上压板与试件或钢垫板接近时，调整球座，便接触均衡；c.在检测过程中应连续均匀地加荷，混凝土强度等级小于C30时，加荷速度取每分钟0.3～0.5MPa；混凝土强度等级大于或等于C30且小于C60时，加荷速度取每分钟0.5～0.8MPa；混凝土强度等级大于或等于C60时，加荷速度取每分钟0.8～1.0MPa；d.当试件接近破坏开始急剧变形时，应停止调整试验油门，直至破坏，记录破坏荷载。

（4）结果计算　混凝土立方体抗压强度可按式（3-16）计算，精确至0.1MPa：

f_cc=F/A　　（3-16）

式中，f_cc为混凝土立方体试件抗压强度，MPa；F为试件破坏荷载，N；A为试件承压面积，mm²。

（5）结果评定　混凝土立方体抗压强度的结果评定应按以下规定进行：

①以3个试件检测值的算术平均值作为该组试件的强度值，精确至0.1MPa；②当3个测定值的最大值或最小值中有一个与中间值的差值超过中间值的15％时，则把最大值及最小值一并舍去，取中间值作为该组试件的抗压强度值；③当2个测值与中间值的差值均超过中间值的15％时，该组检测结果应为无效。

四、混凝土抗折强度检测

（1）试件除应符合《普通混凝土力学性能试验方法标准》（GB/T 50081—2002）第3章的有关规定外，在长向中部1/3区段内不得有表面直径超过5mm、深度超过2mm的孔洞。

（2）试验采用的试验设备（试验机）应符合《普通混凝土力学性能试验方法标准》（GB/T 50081—2002）第4.3节的有关规定。

（3）试验机应能施加均匀、连续、速度可控的荷载，并带有能使2个相等荷载同时作用在试件跨度3分点处的抗折试验装置。

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

（4）抗折强度试验步骤应按下列方法进行。

①试件从养护地取出后应及时进行试验，将试件表面擦干净。

②按《普通混凝土力学性能试验方法标准》（GB/T 50081—2002）中的要求装置试件。安装尺寸偏差不得大于1mm。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0.02～0.05MPa；当混凝土强度等级≥C30且<C60时，取每秒钟0.05～0.08MPa；当混凝土强度等级≥C60时，取每秒钟0.08～0.10MPa；至试件接近破坏时，应停止调整试验机油门，直至试件破坏，然后记录破坏荷载的试验机示值及试件下边缘断裂位置。

（5）抗折强度试验结果计算及确定按下列方法进行。

①若试件下边缘断裂位置处于2个集中荷载作用线之间，则试件的抗折强度f_f（MPa）按式（3-17）计算：

f_f=Fl/bh²　　（3-17）

式中，f_f为混凝土抗拆强度，MPa；F为试件破坏荷载，N；l为支座间跨度，mm；h为试件截面高度，mm；b为试件截面宽度，mm。

混凝土的抗折强度计算应精确至0.1MPa。

②抗折强度值的确定应符合《普通混凝土力学性能试验方法标准》（GB/T 50081—2002）中第6.0.5条中第2款的规定。

③3个试件中若有1个折断面位于2个集中荷载之外，则混凝土抗折强度值按另2个试件的试验结果计算，若这2个测值的差值不大于这2个测值的较小值的15％时，则该组试件的抗折强度值按这2个测值的平均值计算，否则该组试件的试验无效。若有2个试件的下边缘断裂位置位于2个集中荷载作用线之外，则该组试件试验无效。

④当试件尺寸为100mm×100mm×400mm非标准试件时，应乘以尺寸换算系数0.85，当混凝土强度等级≥C60时，宜采用标准试件；使用非标准试件时，尺寸换算系数应由试验确定。

⑤混凝土抗折强度试验报告内容除应满足《普通混凝土力学性能试验方法标准》（GB/T 50081—2002）第1.0.3条要求外，尚应报告实测的混凝土抗折强度值。