混凝土抗压试件的标准养护条件是

混凝土是主要结构材料之一，混凝土强度是结构设计的重要参数，同时，混凝土的强度也是混凝土配合比设计、施工控制和质量检验评定的主要技术指标。混凝土的强度主要包括混凝土立方体抗压强度、轴心抗压强度、劈裂抗拉强度和抗折强度等。

4．4．1 混凝土立方体抗压强度和强度等级

按照《普通混凝土力学性能试验方法标准》（GB／T50081—2002），混凝土立方体试件的标准尺寸为150mm×150mm×150mm；标准养护条件为温度（20±2）℃，相对湿度95％以上；标准养护龄期为28d。在上述条件下测得的抗压强度值，称为混凝土立方体抗压强度。

根据《混凝土结构设计规范》（GB50010—2010），混凝土强度等级应按立方体抗压强度标准值确定。混凝土立方体抗压强度标准值是指按标准方法制作、养护的边长为150mm的立方体试件，在28d或设计规定龄期，以标准试验方法测得的具有95％保证率的抗压强度值。混凝土强度等级按混凝土立方体抗压强度标准值划分为C15、C20、C25、C30、C35、C40、C45、C50、C55、C60、C65、C70、C75、C80共14个等级。素混凝土结构的混凝土强度等级不应低于C15；钢筋混凝土结构的混凝土强度等级不应低于C20；采用强度等级400MPa及以上的钢筋时，混凝土强度等级不应低于C25；预应力混凝土结构的混凝土强度等级不宜低于C40，且不应低于C30；承受重复荷载的钢筋混凝土构件，混凝土强度等级不应低于C30。

在工程应用中，当需要混凝土强度的早期控制和早期推定时，可按《早期推定混凝土强度试验方法标准》（JGJ／T15—2008）进行。可采用沸水法、热水法或温水法进行加速养护，测得加速养护强度，然后根据加速养护强度与标准养护28d强度的关系式获得标准养护28d混凝土抗压强度推定值。早期推定混凝土强度可以进行混凝土配合比的早期推测、混凝土强度的早期控制和早期评估。

4．4．2 混凝土轴心抗压强度

按照《普通混凝土力学性能试验方法标准》（GB／T50081—2002），轴心抗压强度采用150mm×150mm×300mm的棱柱体试件作为标准试件；在特殊情况下，可采用150mm× 300mm的圆柱体标准试件。根据《混凝土结构设计规范》（GB50010—2010），为了符合工程实际，在结构设计中混凝土受压构件的计算采用混凝土轴心抗压强度，即混凝土轴心抗压强度是结构设计的依据；而根据《普通混凝土力学性能试验方法标准》（GB／T50081—2002），混凝土强度等级是按立方体抗压强度标准值进行划分、设计和评定的；两个强度值之间必然需要一定对应关系。

关于轴心抗压强度与立方体抗压强度的关系，通过大量棱柱体和立方体试件的强度试验表明，立方体抗压强度为10～55MPa时，轴心抗压强度与立方体抗压强度之比为0．60～0．80；《混凝土结构设计规范》（GB50010—2010）中，混凝土轴心抗压强度与混凝土强度等级对应取值关系见表4．10。

表4．10 混凝土轴心抗压强度标准值　单位：N／mm2

4．4．3 混凝土劈裂抗拉强度

按照《普通混凝土力学性能试验方法标准》（GB／T50081—2002），劈裂抗拉强度采用尺寸为150mm×150mm×150mm的立方体试件作为标准试件，如图4．5所示。

混凝土的抗拉强度很小，只有抗压强度的1／20～1／10，混凝土强度等级越高，其比值越小。为此，在钢筋混凝土结构设计中，一般不考虑混凝土承受拉力，而是通过配置钢筋，由钢筋来承担结构构件内产生的拉应力。但抗拉强度对混凝土的抗裂性具有重要作用，是结构设计中裂缝宽度和裂缝间距计算控制的主要指标，也是混凝土抵抗由于收缩和温度变形而导致开裂的主要指标。

用轴向拉伸试验测定混凝土的抗拉强度，由于荷载不易对准八字形试件（试件形状为“∞”）的轴线而产生偏拉，且夹具处由于应力集中常发生局部破坏，因此试验测试非常困难，测试值准确度也较低，故国内外普遍采用劈裂法间接测定混凝土的抗拉强度，即劈裂抗拉强度。

图4．5 劈裂抗拉强度示意图

1—垫块；2—垫条；3—支架

4．4．4 混凝土抗折强度（弯拉强度）

实际工程中常会出现混凝土的断裂破坏现象，例如，水泥混凝土路面、桥面和机场道面的破坏形态就是断裂。因此，在进行路面结构设计以及混凝土配合比设计时，是以混凝土抗折强度（弯拉强度）作为主要强度指标。根据《公路水泥混凝土路面设计规范》（JTGD40—2011），水泥混凝土的设计强度应采用28d龄期的弯拉强度；各交通荷载等级要求的水泥混凝土弯拉强度标准值不得低于表4．11的规定；水泥混凝土弯拉强度与抗压强度的关系见表4．12。

表4．11 水泥混凝土弯拉强度标准值

表4．12 水泥混凝土弯拉强度与抗压强度经验参考值

按照《普通混凝土力学性能试验方法标准》（GB／T50081—2002）和《公路工程水泥基水泥混凝土试验规程》（JTGE30—2005），抗折强度（弯拉强度）采用尺寸为150mm×150mm× 600mm（或550mm）的棱柱体试件作为标准试件，如图4．6所示。

图4．6 抗折强度（弯拉强度）示意图

混凝土试件的抗折强度ff（MPa）按式（4．3）计算：

式中 ff——混凝土抗折强度，MPa，抗折强度计算应精确至0．1MPa；

F——试件破坏荷载，N；

l——支座间跨度，mm；

h——试件截面高度，mm；

b——试件截面宽度，mm。

4．4．5 混凝土强度的影响因素

普通混凝土受力破坏一般出现在集料和水泥石的界面过渡区；当水泥石强度较低时，水泥石本身破坏也是常见的破坏形式；在普通混凝土中，集料最先破坏的可能性很小，因为集料强度经常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强度及其与集料表面的黏结强度。

影响混凝土强度的因素很多，原材料及配合比方面因素有水泥强度、水灰比、集料种类质量数量、外加剂及掺合料；生产工艺因素有施工条件（搅拌与振捣）、养护条件（环境温度和湿度）、龄期；试验因素有试件形状尺寸、表面状态、含水程度、加荷速度。分析影响混凝土强度各因素的目的，在于可根据工程实际情况，采取相应技术措施，改善混凝土的强度。

1）水泥强度和水灰比

混凝土的强度主要来自水泥石以及与集料之间的黏结强度。水泥强度越高，则水泥石自身强度及与集料的黏结强度就越高，混凝土强度也越高。

水泥完全水化的理论需水量约为水泥质量的23％，但实际拌制混凝土时，为获得良好的和易性，水灰比通常为0．30～0．60，未参与水泥水化的多余水分蒸发后，在混凝土内部留下孔隙，且水灰比越大，留下的孔隙越大，使有效承压面积减少，混凝土强度也就越小。另一方面，多余水分在混凝土内的迁移过程中遇到粗集料时，由于受到粗集料的阻碍，水分往往在其底部积聚，形成水泡，极大地削弱砂浆与集料的黏结强度，使混凝土强度下降。因此，在水泥强度和其他条件相同的情况下，水灰比越小，混凝土强度越高；水灰比越大，混凝土强度越低。但水灰比太小，混凝土过于干稠，不能保证振捣均匀密实，强度反而降低。试验证明，在相同的情况下，混凝土的强度与水灰比呈有规律的曲线关系，而与灰水比则呈线性关系，如图4．7所示。

图4．7 混凝土强度与水灰比及灰水比的关系

通过大量试验资料的数理统计分析，建立的混凝土强度经验公式（又称鲍罗米公式）见式4．4。

fcu，o＝αafce（C／W－αb）（4．4）

式中 fcu，o——混凝土28d龄期立方体抗压强度，MPa；

C／W——混凝土的灰水比，为1m3混凝土中水泥与水用量之比，其倒数即是水灰比；

fce——水泥的实际强度，MPa；

αa，αb——与集料种类有关的经验系数。

水泥的实际强度根据水泥胶砂强度试验方法测定。在混凝土配合比设计和实际施工中，需要事先确定水泥强度；也可根据我国水泥生产标准及各地区实际情况，以水泥强度等级乘以富余系数确定水泥实际强度：

fb＝γfγsfce（4．5）

式中 γf，γs——粉煤灰影响系数和粒化高炉矿渣粉影响系数；

fce——水泥28d胶砂抗压强度，MPa，可实测，也可采用强度等级乘以富余系数。

经验系数αa，αb可通过试验或本地区经验确定。根据所用集料品种，《普通混凝土配合比设计规程》（JGJ55—2011）提供的参数为：碎石：αa＝0．53，αb＝0．20；卵石：αa＝0．49，αb＝0．13。

混凝土强度经验公式为配合比设计和质量控制带来极大便利。例如，当选定水泥强度等级（或强度）、水灰比和集料种类时，可以推算混凝土28d强度值；又如，根据设计要求的混凝土强度值，在原材料选定后可以估算应采用的水灰比值。

2）集料的种类、质量和数量

水泥石与集料的黏结力除了受水泥石强度的影响外，还与集料（特别是粗集料）的表面状况有关。粗集料表面粗糙，黏结力就大，粗集料表面光滑，黏结力就小。因此，在水泥强度等级和水灰比等相同条件下，碎石混凝土的强度往往高于卵石混凝土的强度，这点体现在式（4．4）中。

当粗集料级配良好、用量及砂率适当时，能组成密集的骨架，使水泥浆数量相对减小，集料的骨架作用充分发挥，也会使混凝土强度有所提高。

若集料中的有害物质含量高，则混凝土强度低，集料自身强度不足，也可能降低混凝土强度，在配制高强混凝土时尤为突出。

当粗集料中针片状含量较高时，将降低混凝土强度，对抗折强度的影响更显著。所以在集料选择时，要尽量选用接近球状体的颗粒。

3）施工条件

施工条件主要指搅拌和振捣成型。施工过程中，必须将混凝土拌合物搅拌均匀，浇筑后必须振捣密实，才能使混凝土有达到预期强度的可能。

一般来说，机械搅拌比人工搅拌均匀，因此强度也相对较高；而且强力的机械搅拌振捣可允许采用更小水灰比的混凝土拌合物，获得更高的强度。

改变施工工艺可提高混凝土强度，如采用分次投料搅拌方式，采用高速搅拌工艺，采用高频或多频振捣器，采用二次振捣工艺等，均有利于提高混凝土强度。

4）养护条件

混凝土浇筑成型后的养护温度、湿度是决定强度发展的主要外部因素。养护环境温度高，水泥水化速度加快，混凝土强度发展也快，早期强度高；反之亦然。若温度在冰点以下，不但水泥水化停止，而且有可能因冰冻导致混凝土结构疏松，强度严重降低，尤其是早龄期混凝土，应特别加强防冻措施。为加快水泥水化速度，可考虑采用湿热养护的方法，即蒸汽养护或蒸压养护。

湿度通常是指空气相对湿度。相对湿度低，空气干燥，混凝土中的水分蒸发加快，将使混凝土缺水而停止水化，混凝土强度发展受阻。另一方面，混凝土在强度较低时失水过快，极易引起干缩和开裂，影响混凝土耐久性。因此，应特别加强混凝土早期的浇水养护，确保混凝土内部有足够的水分，使水泥充分水化。

根据《混凝土质量控制标准》（GB50164—2011），混凝土施工后可采用浇水、覆盖保湿、喷涂养护剂、冬季蓄热养护等方法进行养护；混凝土构件或制品厂可采用蒸汽养护、湿热养护或潮湿自然养护等方法进行养护。选择的养护方案应适应施工工艺或生产工艺的相关要求。采用塑料薄膜覆盖养护时，混凝土全部表面应覆盖严密，并应保持膜内有凝结水；采用养护剂养护时，应确保养护剂的保湿效果。对于混凝土浇筑面，尤其是平面结构，宜边浇筑成型边采用塑料薄膜覆盖保湿。

5）龄期

龄期是指自加水搅拌开始，混凝土所经历的时间，按d或h计。随养护龄期增长，水泥水化程度提高，凝胶体增多，自由水减少，孔隙率降低，密实度提高，混凝土强度也随之提高。最初7d内混凝土强度增长较快，而后增幅减小，28d以后，强度增长更趋缓慢，但如果养护条件得当，则在数十年内混凝土强度仍将有所增长。

普通硅酸盐水泥配制的混凝土，在标准养护条件下，混凝土强度的发展大致与龄期（d）的对数成正比关系。因此，可根据某一龄期的强度推定另一龄期的强度，特别是以早期强度推算28d龄期强度。

式中 fcu，28——28d混凝土抗压强度；

fcu，n——第n天时混凝土抗压强度；

n——养护凝期，d，n≥3d。

需要指出的是，随着混凝土技术、原材料、环境的发展，特别是外加剂技术的发展，上述经验公式很多时候准确性较低。在具体实施过程中，可根据长期使用的原材料及环境条件，通过试验和工程数据，采用统计的方法建立龄期和强度对应关系，在强度控制和调整时参考。

6）外加剂和掺合料

掺加适当外加剂和掺合料是改善混凝土性能最有效的措施之一，对于混凝土强度也不例外。在混凝土中掺入减水剂，可在保证相同流动性前提下减少用水量，降低水灰比，从而提高混凝土强度。掺入早强剂，则可有效加速水泥水化速度，提高混凝土早期强度，但对28d强度不一定有利，后期强度还有可能下降。

掺合料在混凝土中可以发挥微集料效应、形态效应和火山灰活性效应，掺加掺合料改善了混凝土拌合物和易性，降低了混凝土水化热和水化峰值温度。掺合料掺量较大时，混凝土早期抗压强度降低，但对后期强度的发展没有不利影响。

7）试验条件

对于相同条件下成型的同一配合比的混凝土试件，如果测试条件不同，测得的强度值可能不同。为了使所测强度值具有可比性，必须统一试验条件。试验条件是指试件尺寸、形状、试件干湿状态和加载速度等。

①试件尺寸。试件的尺寸越小，测得的强度相对越高。这包括两方面的原因，一是“环箍效应”；二是由于大试件内存在孔隙、裂缝或局部缺陷的概率增大，使强度降低。混凝土试件在压力机上受压时，在沿加荷方向发生纵向变形的同时，也按泊松比效应产生横向膨胀，而钢制压板的横向膨胀较混凝土小，因而在压板与混凝土试件受压面形成摩擦力，对试件的横向膨胀起着约束作用，这种约束作用称为“环箍效应”。“环箍效应”对混凝土抗压强度有提高作用，混凝土试件尺寸越小，这种增强作用越显著。因此，当采用非标准尺寸试件时，要乘以尺寸换算系数。根据《普通混凝土力学性能试验方法标准》（GB／T50081—2002）规定，100mm× 100mm×100mm立方体抗压强度换算成150mm立方体标准试件抗压强度时，应乘以系数0．95；200mm×200mm×200mm的立方体试件抗压强度换算成150mm立方体标准试件抗压强度时，应乘以系数1．05。

②试件形状。主要指棱柱体和立方体试件之间的强度差异。由于“环箍效应”的影响，棱柱体强度较立方体强度低。

③表面状态。表面平整，则受力均匀，强度较高；而表面粗糙或凹凸不平，则受力不均匀，强度偏低。若试件表面涂润滑剂及其他油脂物质时，“环箍效应”减弱，强度较低。

④含水状态。混凝土含水率较高时，强度较低；而混凝土干燥时，则强度较高，且混凝土强度等级越低，差异越大。

⑤加载速度。根据混凝土受压破坏理论，混凝土破坏是在变形达到极限值时发生的。当加载速度较快时，材料变形的增长落后于荷载的增加速度，故破坏时的强度值偏高；反之亦然。因此，在进行混凝土立方体抗压强度试验时，应按规定的加荷速度进行。

8）混凝土强度提高措施

通过分析混凝土强度的影响因素，得出提高混凝土强度的措施有：采用强度等级高的水泥；采用低水灰比；采用有害杂质少、级配良好、颗粒适当的集料和合理砂率；采用合理的机械搅拌、振捣工艺；保持合理的养护温度和一定的湿度，在可能的情况下采用湿热养护；掺入合适的混凝土外加剂和掺合料。