轻骨料混凝土抗压强度浅析
ＳｉｍｐｌｅＡｎａｌｙｓｉｓ
ｏｎ
ＣｏｍｐｒｅｓｓｉｖｅＳｔｒｅｎｇｔｈｏｆＬ１ＷＡＣ
刘巽伯杨正宏计亦奇
同济大学材料科学及工程学院
Ｌｉｕｘｕｎｂｏ
ＣｏｌｌｅｇｅｏｆＭａｔｅｒｉａｌｓ
Ｙａｎｇｚｈｅｎｇｈｏｎｇ
Ｊｉｙｉｑｉ
Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ
Ｓｃｉｅｎｃｅ＆Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，Ｔｏｎｇｊｉ
摘要
由于混凝土试验中钢压板摩擦力约束效的影响，使立方抗压强度测定值增加。而结构设计采用的混凝土抗压强度是消除了摩擦力效应影响的轴心抗压强度。通过试验，对轻骨料混凝土与普通混凝土的轴心抗压强度与立方抗压强度的比值Ｑ。木进行了对比。并对钢压板摩擦力对轻骨料混凝土试件的约束效应的影响进行了分析。建议进一步研究轻骨料混凝土结构设计中Ｑ。的合理取值，以发挥轻骨料混凝土的强度潜能和提高其应用的技术经济效益
矢键词：压板摩擦力的约束效应轻骨料混凝土轴心抗压强度与立方抗压强度的比值
Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：ｂｉｎｄｉｎｇｅｆｆｅｃｔｏｆｆｒｉｃｔｉｏｎａｔｐｌａｔｅ
ｌｉｇｈｔｗｅｉｇｈｔａｇｇｒｅｇａｔｅｃｏｎｃｒｅｔｅ
ｒａｔｉｏｏｆ
ａｘｉａｌｃｏｍｐｒｅｓｓｉｖｅｓｔｒｅｎｇｔｈｔｏｃｕｂｅｃｏｍｐｒｅｓｓｉｖｅｓｔｒｅｎｇｔｈ
—Ｌ厶—ｊ１．‘
一、月Ⅱ吾
混凝土的抗压强度是混凝土的主要强度指标。它有两种：立方抗压强度和轴心抗压强度。用立方体试件测定的混凝土强度称为立方抗压强度。但是由于试验机钢压板对试件摩擦力的约束效应，使试件强度的测定值有较大的提高，所以立方抗压强度不代表结构中的实际受压状况，不能直接用作结构设计的依据。
结构设计必须采用棱柱体试件测定的轴心抗压强度。它消除了端部摩擦力约束效应的影响，但轴心抗压强度要比立方抗压强度低。
由于立方抗压强度的试验操作很简便，而且与其他种类强度有较好的相矢性。所以在现行有矢普通混凝土的标准和规程中，强度等级是按立方抗压强度标准值确定，再通过ａ。值，计算确定轴心抗压强度的标准值。
轻骨料混凝土强度等级与普通混凝土一样，也是按立方抗压强度标准值确定。轴心
抗压强度取值也与普通混凝土相同惭以轻骨料混凝土的ａ。对轴心抗压强度的取值是
一个很重要的系数・
宰注：文中“ａ。”表示混凝土的轴心抗压强度与立方抗压强度的比值（六，／＾。），也有称为“棱柱强度与立方强度的比值”、“轴压系数”、“轴压比”等。
美国、日本、巴西、加拿大和欧洲一些国家，轻骨料混凝土和普通混凝土的抗压强度都是采用园柱体试件测定的轴心抗压强度。而混凝土的强度等级则直接按园柱体的轴心抗压强度标准值确定。
本文试验测定了２７组高强陶粒配制的高强轻骨料混凝土的ａ。，结合１９７８年我国
对４７１组轻骨料混凝土测定的Ｑ。，与普通混凝土的进行了比较。对端部摩擦力约束效
应对轻骨料混凝土立方抗压强度影响的机理作了分析。
二、钢压板对混凝土试件端部的摩擦力约束效应
试件在轴向压力作用下，沿加荷方向产生纵向变形，同时由于泊松比效应产生
横向自由变形。而混凝土的极限拉应变（约为０．０００１—０．０００２）远小于极限压应变（约为０．００２—０．００４），所以到达极限拉应变时，试件即发生破坏。根据断裂学说也可以知道，
混凝土破坏取决于侧向极限变形。
混凝土试件抗压强度试验时，在混凝土试件的端面和与之接触的试验机钢压板
之间产生切向应力。在各种材料中，凡竖向受压（试件上为正压力）均由于波松比效应产生横向膨胀。但是，钢的弹性模量比混凝土的约高５～１５倍，而波松比则大不到２倍，因此钢压板的横向应变比混凝土的横向膨胀（如果是自由运动的）为小。纽曼（Ｎｅｗｍａｎ）
和菜钱斯（Ｌａｃｈａｎｃｅ）发现，钢压板的横向应变为混凝土（在足以消除约束影响的断面上）的０．４。
在轴向压力作用下，试验机的钢压板对试件端面产生摩擦力，约束混凝土试件的横向变形（见图１ａ）。摩擦力愈大，其约束程度也愈大。当被测定的混凝土是立方体试件，其端部约束限制了侧向变形，显然起到了提高外观强度的作用。图ｌｂ为立方体试件破坏后残存的形状。
窜’圆
图ｌａ压力机压板对
试件的约束作用
图ｌｂ试件破坏后
残存的形状
图２棱柱体试件受压时
沿高度方向的横向应变变化
ｈ为棱柱体试件的高，ｂ为摩擦力约束范围
．．１９３．．
铁研院铁建所对在轴向压力作用下端部摩擦力对横向变形的影响范围进行了
试验研究。图２中ｈ为棱柱体试件的高，ｂ为摩擦力约束范围。
钢压板摩擦力约束效应离端部愈远影响愈弱。对于１００ｍｍｘｌ００ｍｍ截面的棱柱体
试件，摩擦力影响范围ｂ为４０ｍｍ一－．４５ｍｍ：对于１５０ｍｍｘｌ５０ｍｍ截面的棱柱体试件，摩擦力影响范围ｂ为４０ｍｍ一，－７０ｍｍ。摩擦力影响高度ｂ约为截面横向尺寸ａ的Ｏ．５倍。所以采用棱柱体试件的ｈ／ａ≥２时，试件中部有长度约等于棱柱体试件横向尺寸ａ的一段均匀受压区。该段混凝土不受端部摩擦力约束的影响，产生横向自由变形，但测得的棱柱体试件的抗压强度（即轴心抗压强度）较低。这样测定的结果更接近于结构中的实际抗压强度，可以说轴心抗压强度是混凝土”真实”抗压强度。而立方体试件受钢压板摩擦力约束作用，测定的立方抗压强度要高于轴心抗压强度。所以，轻骨料混凝土和普通混凝土
的Ｑｃ都小于１．Ｏ。
三、轻骨料混凝土的伐ｃ值一轴心抗压强度与立方抗压强度的比值
混凝土的轴心抗压强度与立方抗压强度的比值ｑｃ在结构设计的标准规程中，
对轴心抗压强度标准值的确定是一个很重要的系数。。
普通混凝土的ａ。为：
ａ。＿，。／，ｃ。＝０．８１８
…………………………………（１）
１９７８年，我国对４７１组砂轻混凝土和全轻混凝土的轴心抗压强度和立方抗压强度
进行了测定噪用六种轻骨料和六种细骨料毒昆凝土的立方抗压强度最高４０ＭＰａ，－－－５０ＭＰａ，
很少超过５０ＭＰａ。
试验结果经回归分析得到轻骨料混凝土的ａ。为：
Ｑ。＝＾／Ｌ。＝０．９３
……………………………（２）
考虑到当时还没有高强陶粒，轻骨料混凝土的强度水平比较低，所以２００１年起我们对国内四种高强陶粒配制的混凝土共２６组，进行了Ｑｃ的测定。混凝土的立方抗压强度４０ＭＰａ到７０９Ｐａ左右。测定结果列于表ｌ。
试验结果经回归分析得到轻骨料混凝土的ａ。：
Ｑ。＝Ｌ／Ｌ：＝０．９４
……………………………（３）
式（２）和式（３）表明，从低强度至高强度轻骨料混凝土的Ｑ。非常接近，变异不
大。
从上逮试验结果可见，无论轻骨料混凝土还是普通混凝土，其立方抗压强度／ｃｕ都
高于轴心抗压强度，ｃ。
回）ｊ分析所得轻骨料混凝土的ＱＣ大于普通混凝土。普通混凝土的ＱＣ为０．８１８：
轻骨料混凝土的Ｑｃ为０．９３－＇，－０．９４。
所以，在相同的立方抗压强度了ｆｃｕ条件下，轻骨料混凝土的轴心抗压
强度如高于普通混凝土。而在相同的轴心抗压强度，ｃ条件下，轻骨料混凝土的立方抗压强度／ｃ则低于普通混凝土。
表ｌ高强陶粒配制的混凝土的Ｑ。值试验结果
高强陶粒品种
混凝土编号
千表观密度
ｋｇ／ｍ３
１２
１９４８１９４０１９３８１９０８１８８５１８７０１８６０１９５２１９５４１９２９１８４６１８６８１８１３１７７ｌ１９６０１９１９１９１０１９０７１９１７１８６２１８１１１９３５１９４２１７９８１７９０１７６７
轴心抗压强度
｜ｃ．ＭＰａ
６０．８６４．７５７．９５２．６５０．２４９．１４６．７６２．４５８．４６５．４６２．２５５．４４５．４４０．７６２．Ｏ５４．２５３．２４６．１４１．Ｏ４０．３４０．８５１．９４９．１４５．９４３．９４１．２
立方抗压强度
ｆ。。．ＭＰａ
７０．１６６．７６４．２６１．１５８．２５４．６５１．６７０．６６５．１６５．３６７．Ｏ５９．２５４．０４４．８６８．１５８．２５４．４５０．Ｏ４６．０４０．２３８．８５１．１４８．５４７．４４６．９３９．９
ａ。
｜ｔ｜１、
０．９２０．９１０．９００．８６０．８６０．９０Ｏ．９１０．８８Ｏ．９０１．ＯＯ０．９３０．９４Ｏ．８４Ｏ．９ｌ０．９１Ｏ．９３Ｏ．９８０．９２０．８９１．００１．０５１．０２１．０２０．９７０．９４１．０３
工业废渣陶粒密度等级９００强度标号５０
３４５６７１２
碎石型页岩陶粒密度等级８００强度标号４０
３４５６７ｌ２
页岩陶粒密度等级９００强度标号４０
３４５６７１
页岩陶粒密度等级７００强度标号３０
２３４５
四、轻骨料混凝土对钢压板摩擦力约束效应的影响
钢压板对试件端部会产生摩擦力，约束试件的横向变形，使立方抗压强度增加。但
摩擦力约束效应大小与相接触的两种材料的弹性模量有矣。所以，不仅与钢压板ｆ生质有
尖，而且还取决于试验混凝土自身的性能，主要是混凝土的变形性能。
法国Ｌ．Ｈｅｒｍｉｔｅ认为，混凝土的弹ｆ生模量对钢压板的摩擦力约束效应影响很大。曾为试件端部的约束摩擦力丁导出以下公式：
丁：尸Ｉ譬一譬ｌ—三一……………………（４）一ｌ瓦ＥｎＪ
Ｋ＋Ｋ＂鱼
式中。戌及总一一混凝土及钢压板的波松比：
Ｅ及历一一混凝土及钢压板的弹陛模量：
Ⅳ及∥一一两个系数：
卜一一约束摩擦力：ｐ一一压力：铂一一试件尺寸／压板厚度。
从式（４）可见，约束摩擦力丁大小，在其他条件不变的情况下，取决于［总／历一尼／朗之差。
普通混凝土的波松比变化不大，一般为０．２。而其弹陛模量Ｅ随强度增加，则钢压板的约束摩擦力，减少。所以随混凝土强度提高，钢压板的摩擦力和约束效应减弱，测定的立方体的抗压强度降低而使Ｑ。值增大。
因此，在混凝土结构设计规范ＧＢ
５００１０—２００２中，普通混凝土计算轴心抗压强度标
准值的ａ。值，按普通混凝土不同强度等级分别取：
对于Ｃ５０以下普通混凝土的ａ。值：
Ｑ。＝＾／六。＝０．７６
……………………………（５）
对于Ｃ８０高强混凝土的ａ。值：
ａ。＝Ｌ／＾。＝０．８２
中间强度等级的ａ。值按线性规律变化取。
轻骨料混凝土组成材料中，密度小、强度和弹性模量低的轻骨料取代了普通混凝土中天然密实骨料。因此，轻骨料混凝土除了比普通混凝土轻以外，在变形性能和破坏机理方面有很大区别・
……………………………（６）
‘专
喊
图３普通混凝土和轻骨料混凝土的应力一应变全曲线
图中：ｅ。．～一轻骨料混凝土极限应力的别压应变：
ｅ－。一一轻骨料混凝土破坏点的压应变：
ｅ。一一普通混凝土极限应力的压应变：ｅ。。一一普通混凝土破坏点的压应变。
图３．为轻骨料混凝土和普通混凝土的应力一应变全曲线示意。从图可见，轻骨料混凝土曲线的上升段不如普通混凝土那样陡急，随后下降段比较短促。轻骨料混凝土极限应力的压应变￡ｃｍ比普通混凝土的￡ｎｍ梢大。轻骨料混凝土破坏点的压应变￡ｌｃ
比普通混凝土的￡ｎｃ小。
虽然低强度轻骨料能配制出与普通混凝土强度相当的轻骨料混凝土，但弹性模
量却要比同强度的普通混凝土约低３０％至４０％。图３中所示，轻骨料混凝土曲线的上升段不如普通混凝土那样陡急，表示其弹性模量要比普通混凝土低，但试验测得的ＱＣ值却比普通混凝土大。
钢压板对混凝土试件端部产生的约束摩擦力Ｔ的大小，应该与相互发生摩擦
的两个表面的性质有矣。所以除钢压板的性质外，实际上还应取决于混凝土试件“端面”的性质，而不是混凝土整体的性质（岫和Ｅｂ）。
轻骨料的颗粒强度要比混凝土强度低很多。为了使轻骨料混凝土达到普通混凝
土相当的强度，配制时必须采用较高强度的砂浆组分，以弥补轻骨料的低强度。所以轻骨料混凝土中砂浆组分的强度，要比相同强度普通混凝土中的砂浆组分高。
混凝土立方体试件成型过程中，由于“墙壁效应”缘故，贴靠模子表面只容许
砂浆存在，粗骨料必然向试件深处后撤。所以试件的侧面（即立方试件受压的端面）不露粗骨料颗粒，而是砂浆组分。由于轻骨料混凝土中砂浆组分的强度要比同强度普通混凝土中的砂浆组分高，所以试件端面砂浆组分的弹性模量（Ｅｍ）高于普通混凝土中的砂浆组分。也就是轻骨料混凝土整体的弹性模量比同强度普混凝土的低，但试件端面砂
浆组分的弹陛模量却要比普通混凝土高。根据式（４），钢压板对试件端部的约束摩擦力
Ｔ减低，测定的立方体抗压强度的增加值就不如普通混凝土，是导致轻骨料混凝土Ｑ值比普通混凝土大的一个原因。
ｃ
图３轻骨料混凝土和普通混凝土的应力一应变全曲线可见，轻骨料混凝土破坏点的压应变￡ｉｃ比普通混凝土的￡ｎｃ小，所以轻骨料混凝土的破坏呈脆性。而普通混凝
土破坏点的压应变￡ｎｃ大，，呈廷陛破坏。其主要原因是受压时粗骨料周围的应力状态
和破坏机理不同。
众所周知，普通混凝土中粗骨料与水泥砂浆间界面粘结力是最薄弱环节，受压力荷载时在粗骨料颗粒两侧界面上形成拉应力，应力集中产生微裂缝。随荷载增加，裂缝不断发展和数量增加，并且延伸和相互贯通，直止最终破坏
轻骨料混凝土受压时轻骨料周围的应力状态恰恰相反，与普通混凝土截然不
同。轻骨料表面与水泥砂浆间界面粘结力很强，在轻骨料混凝土中不是最薄弱环节。拉应力在轻骨料颗粒上下的界面处形成。随荷载增加，当颗粒上下界面处的拉应力超过轻骨料颗粒极限强度时，轻骨料就产生断裂而且迅速扩展，导致轻骨料混凝土突然脆性破坏。所以轻骨料混凝土受压破坏时，横向自由变形也较普通混凝土小。由此也减弱了钢
压板对试件部摩擦力的约束效应是导致轻骨料混凝土Ｑｃ值比普通混凝土大的另一个
原因。
轻骨料混凝土中砂浆组分强度高和脆性破坏梅低了钢压板对试件端面的摩擦Ｔ和约束效应，使测定的立方抗压强度的增加值不如普通混凝土，导致Ｑｃ值增加。
综上所速，混凝土立方抗压强度除了受钢压板的摩擦力约束效应外，还受被测混凝土的变形性能和破坏机理等影响。所以，相同轴心抗压强度的混凝土，轻骨料混凝土的
ａ
ｃ值高于普通混凝土，达到Ｏ．９３和Ｏ．９４。
五、国外轻骨料混凝土轴心抗压强度与立方抗压强度的比值
混凝土的强度等级，我国是按１５０ｍｍｘｌ５０ｍｍｘｌ５０ｍｍ立方体抗压强度标准值划
分而欧美等国家则用咖１５０ｒａｍｘ３００ｍｍ园柱体试件测定的轴心抗压强度标准值直接划分。所以，混凝土的强度等级也随按轴心抗压强度还是按立方体抗压强度划分而不同。表２
系ｐｒＥＮ２０６欧盟标准（草案）提出的轻骨料混凝土的强度等级的相互矣系：表３系ＩＳＯ
提出的普通混凝土的强度等级的相互笑系。
通过表２和表３中各强度等级相应的园柱体试件和立方体试件的混凝土强度标
准值，计算求得ａｃ值。
表２按抗压强度划分轻骨料混凝土的强度等级（摘自ｐｒＥＮ２００６）
轻骨料混凝土强度等级
混凝土强度标准值（ＭＰａ）
园柱体试件
由１５０ｍｍｘ３００ｍｍ
ＬＣ８／９
８１２１６２０２５３０３５４０４５５０５５６０７０８０
ａ
ｃ’
立方体试件
１５０ｍｍｘｌ５０ｍｍｘｌ５０ｍｍ
９１３１８２２２８３３３８４４５０５５６０６６７７８８
，ｃｔ／，。－
０．８８９０．９２３０．８８９０。９０９０．８９３０．９０９０．９２１０．９０９０．９０００．９０９Ｏ．９１７０．９０９０．９０９０．９０９
ＬＣｌ２／１３ＬＣｌ６／１８ＬＣ２０／２２ＬＣ２５／２８ＬＣ３０／３３ＬＣ３５／３８ＬＣ４０／４４ＬＣ４５／５０ＬＣ５０／５５ＬＣ５５／６０ＬＣ６０／６６ＬＣ７０／７７ＬＣ８０／８８
木注：ａ。系由园柱体试件和立方体试件的混凝土强度标准值计算求得。
表３按抗压强度划分普通混凝土的强度等级（摘自ＩＳ０）
普通混凝土强度等级
混凝土强度标准值（ＭＰａ）
园柱体试件
垂１５０ｍｍｘ３００ｍｍ
ａ。木
立方体试件
１＾｝｛拙ｔ
１５０ｍｍｘｌ５０ｍｍｘｌ５０ｒａｍ
２．５５．０７．５１０．０１２．５１５．０２０．Ｏ２５。０３０．０３５．０４０．０４５．０５０．０５５．０
０．８０Ｏ．８００．８０Ｏ．８０Ｏ．８０Ｏ．８００．８００．８００．８３０．８５７０．８７５０．８８８０．９００．９１
Ｃ２／２．５Ｃ４／５Ｃ６／７．５Ｃ８／１０Ｃｉ０／１２．５Ｃ１２／１５Ｃ１６／２０Ｃ２０／２５Ｃ２５／３０Ｃ３０／３５Ｃ３５／４０Ｃ４０／４５Ｃ４５／５０Ｃ５０／５５
２．０４．０６．０８．０１０．０１２．Ｏ１６．０２０．Ｏ２５，０３０．０３５．Ｏ．４０．０４５．Ｏ５０．Ｏ
木注：ｏ。系由园柱体试件和立方体试件的混凝土强度标准值计算求得。
．１９９—
计算结果可见，小于Ｃ２０／２５普通混凝土ａ。的取值是０．８０，大于Ｃ２０／２５则随强度等级而增加。普通混凝土Ｑ。的取值与混凝土结构设计规范ＧＢ５００１０—２００２基本相同，而且也是随强度等级而增加。轻骨料混凝土Ｑ。值基本上是０．９０，则比轻骨料混凝土结构技术规程ＪＧＪ１２—２００６中所取ａ。值高，而与我国实际的测定值Ｏ．９３一－－０．９４很接逝。
以上说明，国外轻骨料混凝土的Ｑ。取值要比普通混凝土高，ＪＧＪ１２—２００６Ｊ中所采用的Ⅱ。是偏低的。
、，
／、、ａ、≥亩六、小结
１．
混凝土是按１５０ｍｘｌ５０ｍｍｘｌ５０ｍｍ立方抗压强度的标准值确定和划分强度等级。由于测试时钢压板对试件端部摩擦力约束效应，使立方体试件的抗压强度高于棱柱体抗压度，但不能代表结构中的实际受压状况。结构设计必须采用消除了端部摩擦力约束效应影响的棱柱体抗压强度，即轴心抗压强度，它是“真实”的抗压强
度。
２．
混凝土立方抗压强度受钢压板端部摩擦力约束效应的影响还与混凝土的性能有矣。轻骨料混凝土Ⅱ。值高并不是轴心抗压强度增高，实质上是试验条件造成的立方抗压强度降低所致。其原因是钢压板对轻骨料混凝土的摩擦力约束效应比普通混凝土弱。所以轴心抗压强度相同的轻骨料混凝土，其立方抗压强度的增加值较普通混凝土少，才使轻骨料混凝土的Ｑ。值增加・
３．
在现行轻骨料混凝土结构设计技术规程ＪＧＪ１２～２００６中，轻骨料混凝土的ａ。取值降低至与普通混凝土相同，使轻骨料混凝土的的强度潜能没有充分发挥，不能获得更好的技术经济效益。
４．
为了发挥轻骨料混凝土强度的潜能，提高轻骨料混凝土的应用效果和促进推广应用，建议：根据我国轻骨料混凝土的品质和总结３０余年来我国工程实践经验，进一步研究我国轻骨料混凝土的特性、试件混凝土强度修正系数等，并结合试验数据分析，以及参考其他国家的有矢规定，确定合理的轻骨料混凝土Ｑ。值。
参考文献．
１．轻骨料混凝土结构技术规程ＪＧＪ
２．混凝土结构设计规范ＧＢ
１２—２００６。
５００１０—２００２。
３．徐定华，冯文元，混凝土材料实用指南，中国建材工业出版社，２００４。
４．杨正宏，李平江，计亦奇，刘巽伯，宜昌宝珠页岩陶粒混凝土基本力学性能试验研
究，２００６。。
５．
刘巽伯，李平江，工业废渣陶粒及其混凝土的性能试验研究报告，２００５。
６．杨正宏，洛阳龙佳高强页岩陶粒混凝土的基本力学性能研究，２０１０。
７．李平江，刘巽伯，金坛海发高强页岩陶粒的混凝土基本力学性能研究，２００６。８．国际混凝土联合会，轻骨料混凝土规范及标准，苏州城建环保学院，２０００．４。
９．
中国建筑科学研究院，普通混凝土试验方法标准集（国标报批稿），１９８５，北京。
ｌｏ．隆洛书ｌ，柳春圃，轻集料混凝土，中国铁道出版社，１９９６，北京。
轻骨料混凝土抗压强度浅析
ＳｉｍｐｌｅＡｎａｌｙｓｉｓ
ｏｎ
ＣｏｍｐｒｅｓｓｉｖｅＳｔｒｅｎｇｔｈｏｆＬ１ＷＡＣ
刘巽伯杨正宏计亦奇
同济大学材料科学及工程学院
Ｌｉｕｘｕｎｂｏ
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Ｙａｎｇｚｈｅｎｇｈｏｎｇ
Ｊｉｙｉｑｉ
Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ
Ｓｃｉｅｎｃｅ＆Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，Ｔｏｎｇｊｉ
摘要
由于混凝土试验中钢压板摩擦力约束效的影响，使立方抗压强度测定值增加。而结构设计采用的混凝土抗压强度是消除了摩擦力效应影响的轴心抗压强度。通过试验，对轻骨料混凝土与普通混凝土的轴心抗压强度与立方抗压强度的比值Ｑ。木进行了对比。并对钢压板摩擦力对轻骨料混凝土试件的约束效应的影响进行了分析。建议进一步研究轻骨料混凝土结构设计中Ｑ。的合理取值，以发挥轻骨料混凝土的强度潜能和提高其应用的技术经济效益
矢键词：压板摩擦力的约束效应轻骨料混凝土轴心抗压强度与立方抗压强度的比值
Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：ｂｉｎｄｉｎｇｅｆｆｅｃｔｏｆｆｒｉｃｔｉｏｎａｔｐｌａｔｅ
ｌｉｇｈｔｗｅｉｇｈｔａｇｇｒｅｇａｔｅｃｏｎｃｒｅｔｅ
ｒａｔｉｏｏｆ
ａｘｉａｌｃｏｍｐｒｅｓｓｉｖｅｓｔｒｅｎｇｔｈｔｏｃｕｂｅｃｏｍｐｒｅｓｓｉｖｅｓｔｒｅｎｇｔｈ
—Ｌ厶—ｊ１．‘
一、月Ⅱ吾
混凝土的抗压强度是混凝土的主要强度指标。它有两种：立方抗压强度和轴心抗压强度。用立方体试件测定的混凝土强度称为立方抗压强度。但是由于试验机钢压板对试件摩擦力的约束效应，使试件强度的测定值有较大的提高，所以立方抗压强度不代表结构中的实际受压状况，不能直接用作结构设计的依据。
结构设计必须采用棱柱体试件测定的轴心抗压强度。它消除了端部摩擦力约束效应的影响，但轴心抗压强度要比立方抗压强度低。
由于立方抗压强度的试验操作很简便，而且与其他种类强度有较好的相矢性。所以在现行有矢普通混凝土的标准和规程中，强度等级是按立方抗压强度标准值确定，再通过ａ。值，计算确定轴心抗压强度的标准值。
轻骨料混凝土强度等级与普通混凝土一样，也是按立方抗压强度标准值确定。轴心
抗压强度取值也与普通混凝土相同惭以轻骨料混凝土的ａ。对轴心抗压强度的取值是
一个很重要的系数・
宰注：文中“ａ。”表示混凝土的轴心抗压强度与立方抗压强度的比值（六，／＾。），也有称为“棱柱强度与立方强度的比值”、“轴压系数”、“轴压比”等。
美国、日本、巴西、加拿大和欧洲一些国家，轻骨料混凝土和普通混凝土的抗压强度都是采用园柱体试件测定的轴心抗压强度。而混凝土的强度等级则直接按园柱体的轴心抗压强度标准值确定。
本文试验测定了２７组高强陶粒配制的高强轻骨料混凝土的ａ。，结合１９７８年我国
对４７１组轻骨料混凝土测定的Ｑ。，与普通混凝土的进行了比较。对端部摩擦力约束效
应对轻骨料混凝土立方抗压强度影响的机理作了分析。
二、钢压板对混凝土试件端部的摩擦力约束效应
试件在轴向压力作用下，沿加荷方向产生纵向变形，同时由于泊松比效应产生
横向自由变形。而混凝土的极限拉应变（约为０．０００１—０．０００２）远小于极限压应变（约为０．００２—０．００４），所以到达极限拉应变时，试件即发生破坏。根据断裂学说也可以知道，
混凝土破坏取决于侧向极限变形。
混凝土试件抗压强度试验时，在混凝土试件的端面和与之接触的试验机钢压板
之间产生切向应力。在各种材料中，凡竖向受压（试件上为正压力）均由于波松比效应产生横向膨胀。但是，钢的弹性模量比混凝土的约高５～１５倍，而波松比则大不到２倍，因此钢压板的横向应变比混凝土的横向膨胀（如果是自由运动的）为小。纽曼（Ｎｅｗｍａｎ）
和菜钱斯（Ｌａｃｈａｎｃｅ）发现，钢压板的横向应变为混凝土（在足以消除约束影响的断面上）的０．４。
在轴向压力作用下，试验机的钢压板对试件端面产生摩擦力，约束混凝土试件的横向变形（见图１ａ）。摩擦力愈大，其约束程度也愈大。当被测定的混凝土是立方体试件，其端部约束限制了侧向变形，显然起到了提高外观强度的作用。图ｌｂ为立方体试件破坏后残存的形状。
窜’圆
图ｌａ压力机压板对
试件的约束作用
图ｌｂ试件破坏后
残存的形状
图２棱柱体试件受压时
沿高度方向的横向应变变化
ｈ为棱柱体试件的高，ｂ为摩擦力约束范围
．．１９３．．
铁研院铁建所对在轴向压力作用下端部摩擦力对横向变形的影响范围进行了
试验研究。图２中ｈ为棱柱体试件的高，ｂ为摩擦力约束范围。
钢压板摩擦力约束效应离端部愈远影响愈弱。对于１００ｍｍｘｌ００ｍｍ截面的棱柱体
试件，摩擦力影响范围ｂ为４０ｍｍ一－．４５ｍｍ：对于１５０ｍｍｘｌ５０ｍｍ截面的棱柱体试件，摩擦力影响范围ｂ为４０ｍｍ一，－７０ｍｍ。摩擦力影响高度ｂ约为截面横向尺寸ａ的Ｏ．５倍。所以采用棱柱体试件的ｈ／ａ≥２时，试件中部有长度约等于棱柱体试件横向尺寸ａ的一段均匀受压区。该段混凝土不受端部摩擦力约束的影响，产生横向自由变形，但测得的棱柱体试件的抗压强度（即轴心抗压强度）较低。这样测定的结果更接近于结构中的实际抗压强度，可以说轴心抗压强度是混凝土”真实”抗压强度。而立方体试件受钢压板摩擦力约束作用，测定的立方抗压强度要高于轴心抗压强度。所以，轻骨料混凝土和普通混凝土
的Ｑｃ都小于１．Ｏ。
三、轻骨料混凝土的伐ｃ值一轴心抗压强度与立方抗压强度的比值
混凝土的轴心抗压强度与立方抗压强度的比值ｑｃ在结构设计的标准规程中，
对轴心抗压强度标准值的确定是一个很重要的系数。。
普通混凝土的ａ。为：
ａ。＿，。／，ｃ。＝０．８１８
…………………………………（１）
１９７８年，我国对４７１组砂轻混凝土和全轻混凝土的轴心抗压强度和立方抗压强度
进行了测定噪用六种轻骨料和六种细骨料毒昆凝土的立方抗压强度最高４０ＭＰａ，－－－５０ＭＰａ，
很少超过５０ＭＰａ。
试验结果经回归分析得到轻骨料混凝土的ａ。为：
Ｑ。＝＾／Ｌ。＝０．９３
……………………………（２）
考虑到当时还没有高强陶粒，轻骨料混凝土的强度水平比较低，所以２００１年起我们对国内四种高强陶粒配制的混凝土共２６组，进行了Ｑｃ的测定。混凝土的立方抗压强度４０ＭＰａ到７０９Ｐａ左右。测定结果列于表ｌ。
试验结果经回归分析得到轻骨料混凝土的ａ。：
Ｑ。＝Ｌ／Ｌ：＝０．９４
……………………………（３）
式（２）和式（３）表明，从低强度至高强度轻骨料混凝土的Ｑ。非常接近，变异不
大。
从上逮试验结果可见，无论轻骨料混凝土还是普通混凝土，其立方抗压强度／ｃｕ都
高于轴心抗压强度，ｃ。
回）ｊ分析所得轻骨料混凝土的ＱＣ大于普通混凝土。普通混凝土的ＱＣ为０．８１８：
轻骨料混凝土的Ｑｃ为０．９３－＇，－０．９４。
所以，在相同的立方抗压强度了ｆｃｕ条件下，轻骨料混凝土的轴心抗压
强度如高于普通混凝土。而在相同的轴心抗压强度，ｃ条件下，轻骨料混凝土的立方抗压强度／ｃ则低于普通混凝土。
表ｌ高强陶粒配制的混凝土的Ｑ。值试验结果
高强陶粒品种
混凝土编号
千表观密度
ｋｇ／ｍ３
１２
１９４８１９４０１９３８１９０８１８８５１８７０１８６０１９５２１９５４１９２９１８４６１８６８１８１３１７７ｌ１９６０１９１９１９１０１９０７１９１７１８６２１８１１１９３５１９４２１７９８１７９０１７６７
轴心抗压强度
｜ｃ．ＭＰａ
６０．８６４．７５７．９５２．６５０．２４９．１４６．７６２．４５８．４６５．４６２．２５５．４４５．４４０．７６２．Ｏ５４．２５３．２４６．１４１．Ｏ４０．３４０．８５１．９４９．１４５．９４３．９４１．２
立方抗压强度
ｆ。。．ＭＰａ
７０．１６６．７６４．２６１．１５８．２５４．６５１．６７０．６６５．１６５．３６７．Ｏ５９．２５４．０４４．８６８．１５８．２５４．４５０．Ｏ４６．０４０．２３８．８５１．１４８．５４７．４４６．９３９．９
ａ。
｜ｔ｜１、
０．９２０．９１０．９００．８６０．８６０．９０Ｏ．９１０．８８Ｏ．９０１．ＯＯ０．９３０．９４Ｏ．８４Ｏ．９ｌ０．９１Ｏ．９３Ｏ．９８０．９２０．８９１．００１．０５１．０２１．０２０．９７０．９４１．０３
工业废渣陶粒密度等级９００强度标号５０
３４５６７１２
碎石型页岩陶粒密度等级８００强度标号４０
３４５６７ｌ２
页岩陶粒密度等级９００强度标号４０
３４５６７１
页岩陶粒密度等级７００强度标号３０
２３４５
四、轻骨料混凝土对钢压板摩擦力约束效应的影响
钢压板对试件端部会产生摩擦力，约束试件的横向变形，使立方抗压强度增加。但
摩擦力约束效应大小与相接触的两种材料的弹性模量有矣。所以，不仅与钢压板ｆ生质有
尖，而且还取决于试验混凝土自身的性能，主要是混凝土的变形性能。
法国Ｌ．Ｈｅｒｍｉｔｅ认为，混凝土的弹ｆ生模量对钢压板的摩擦力约束效应影响很大。曾为试件端部的约束摩擦力丁导出以下公式：
丁：尸Ｉ譬一譬ｌ—三一……………………（４）一ｌ瓦ＥｎＪ
Ｋ＋Ｋ＂鱼
式中。戌及总一一混凝土及钢压板的波松比：
Ｅ及历一一混凝土及钢压板的弹陛模量：
Ⅳ及∥一一两个系数：
卜一一约束摩擦力：ｐ一一压力：铂一一试件尺寸／压板厚度。
从式（４）可见，约束摩擦力丁大小，在其他条件不变的情况下，取决于［总／历一尼／朗之差。
普通混凝土的波松比变化不大，一般为０．２。而其弹陛模量Ｅ随强度增加，则钢压板的约束摩擦力，减少。所以随混凝土强度提高，钢压板的摩擦力和约束效应减弱，测定的立方体的抗压强度降低而使Ｑ。值增大。
因此，在混凝土结构设计规范ＧＢ
５００１０—２００２中，普通混凝土计算轴心抗压强度标
准值的ａ。值，按普通混凝土不同强度等级分别取：
对于Ｃ５０以下普通混凝土的ａ。值：
Ｑ。＝＾／六。＝０．７６
……………………………（５）
对于Ｃ８０高强混凝土的ａ。值：
ａ。＝Ｌ／＾。＝０．８２
中间强度等级的ａ。值按线性规律变化取。
轻骨料混凝土组成材料中，密度小、强度和弹性模量低的轻骨料取代了普通混凝土中天然密实骨料。因此，轻骨料混凝土除了比普通混凝土轻以外，在变形性能和破坏机理方面有很大区别・
……………………………（６）
‘专
喊
图３普通混凝土和轻骨料混凝土的应力一应变全曲线
图中：ｅ。．～一轻骨料混凝土极限应力的别压应变：
ｅ－。一一轻骨料混凝土破坏点的压应变：
ｅ。一一普通混凝土极限应力的压应变：ｅ。。一一普通混凝土破坏点的压应变。
图３．为轻骨料混凝土和普通混凝土的应力一应变全曲线示意。从图可见，轻骨料混凝土曲线的上升段不如普通混凝土那样陡急，随后下降段比较短促。轻骨料混凝土极限应力的压应变￡ｃｍ比普通混凝土的￡ｎｍ梢大。轻骨料混凝土破坏点的压应变￡ｌｃ
比普通混凝土的￡ｎｃ小。
虽然低强度轻骨料能配制出与普通混凝土强度相当的轻骨料混凝土，但弹性模
量却要比同强度的普通混凝土约低３０％至４０％。图３中所示，轻骨料混凝土曲线的上升段不如普通混凝土那样陡急，表示其弹性模量要比普通混凝土低，但试验测得的ＱＣ值却比普通混凝土大。
钢压板对混凝土试件端部产生的约束摩擦力Ｔ的大小，应该与相互发生摩擦
的两个表面的性质有矣。所以除钢压板的性质外，实际上还应取决于混凝土试件“端面”的性质，而不是混凝土整体的性质（岫和Ｅｂ）。
轻骨料的颗粒强度要比混凝土强度低很多。为了使轻骨料混凝土达到普通混凝
土相当的强度，配制时必须采用较高强度的砂浆组分，以弥补轻骨料的低强度。所以轻骨料混凝土中砂浆组分的强度，要比相同强度普通混凝土中的砂浆组分高。
混凝土立方体试件成型过程中，由于“墙壁效应”缘故，贴靠模子表面只容许
砂浆存在，粗骨料必然向试件深处后撤。所以试件的侧面（即立方试件受压的端面）不露粗骨料颗粒，而是砂浆组分。由于轻骨料混凝土中砂浆组分的强度要比同强度普通混凝土中的砂浆组分高，所以试件端面砂浆组分的弹性模量（Ｅｍ）高于普通混凝土中的砂浆组分。也就是轻骨料混凝土整体的弹性模量比同强度普混凝土的低，但试件端面砂
浆组分的弹陛模量却要比普通混凝土高。根据式（４），钢压板对试件端部的约束摩擦力
Ｔ减低，测定的立方体抗压强度的增加值就不如普通混凝土，是导致轻骨料混凝土Ｑ值比普通混凝土大的一个原因。
ｃ
图３轻骨料混凝土和普通混凝土的应力一应变全曲线可见，轻骨料混凝土破坏点的压应变￡ｉｃ比普通混凝土的￡ｎｃ小，所以轻骨料混凝土的破坏呈脆性。而普通混凝
土破坏点的压应变￡ｎｃ大，，呈廷陛破坏。其主要原因是受压时粗骨料周围的应力状态
和破坏机理不同。
众所周知，普通混凝土中粗骨料与水泥砂浆间界面粘结力是最薄弱环节，受压力荷载时在粗骨料颗粒两侧界面上形成拉应力，应力集中产生微裂缝。随荷载增加，裂缝不断发展和数量增加，并且延伸和相互贯通，直止最终破坏
轻骨料混凝土受压时轻骨料周围的应力状态恰恰相反，与普通混凝土截然不
同。轻骨料表面与水泥砂浆间界面粘结力很强，在轻骨料混凝土中不是最薄弱环节。拉应力在轻骨料颗粒上下的界面处形成。随荷载增加，当颗粒上下界面处的拉应力超过轻骨料颗粒极限强度时，轻骨料就产生断裂而且迅速扩展，导致轻骨料混凝土突然脆性破坏。所以轻骨料混凝土受压破坏时，横向自由变形也较普通混凝土小。由此也减弱了钢
压板对试件部摩擦力的约束效应是导致轻骨料混凝土Ｑｃ值比普通混凝土大的另一个
原因。
轻骨料混凝土中砂浆组分强度高和脆性破坏梅低了钢压板对试件端面的摩擦Ｔ和约束效应，使测定的立方抗压强度的增加值不如普通混凝土，导致Ｑｃ值增加。
综上所速，混凝土立方抗压强度除了受钢压板的摩擦力约束效应外，还受被测混凝土的变形性能和破坏机理等影响。所以，相同轴心抗压强度的混凝土，轻骨料混凝土的
ａ
ｃ值高于普通混凝土，达到Ｏ．９３和Ｏ．９４。
五、国外轻骨料混凝土轴心抗压强度与立方抗压强度的比值
混凝土的强度等级，我国是按１５０ｍｍｘｌ５０ｍｍｘｌ５０ｍｍ立方体抗压强度标准值划
分而欧美等国家则用咖１５０ｒａｍｘ３００ｍｍ园柱体试件测定的轴心抗压强度标准值直接划分。所以，混凝土的强度等级也随按轴心抗压强度还是按立方体抗压强度划分而不同。表２
系ｐｒＥＮ２０６欧盟标准（草案）提出的轻骨料混凝土的强度等级的相互矣系：表３系ＩＳＯ
提出的普通混凝土的强度等级的相互笑系。
通过表２和表３中各强度等级相应的园柱体试件和立方体试件的混凝土强度标
准值，计算求得ａｃ值。
表２按抗压强度划分轻骨料混凝土的强度等级（摘自ｐｒＥＮ２００６）
轻骨料混凝土强度等级
混凝土强度标准值（ＭＰａ）
园柱体试件
由１５０ｍｍｘ３００ｍｍ
ＬＣ８／９
８１２１６２０２５３０３５４０４５５０５５６０７０８０
ａ
ｃ’
立方体试件
１５０ｍｍｘｌ５０ｍｍｘｌ５０ｍｍ
９１３１８２２２８３３３８４４５０５５６０６６７７８８
，ｃｔ／，。－
０．８８９０．９２３０．８８９０。９０９０．８９３０．９０９０．９２１０．９０９０．９０００．９０９Ｏ．９１７０．９０９０．９０９０．９０９
ＬＣｌ２／１３ＬＣｌ６／１８ＬＣ２０／２２ＬＣ２５／２８ＬＣ３０／３３ＬＣ３５／３８ＬＣ４０／４４ＬＣ４５／５０ＬＣ５０／５５ＬＣ５５／６０ＬＣ６０／６６ＬＣ７０／７７ＬＣ８０／８８
木注：ａ。系由园柱体试件和立方体试件的混凝土强度标准值计算求得。
表３按抗压强度划分普通混凝土的强度等级（摘自ＩＳ０）
普通混凝土强度等级
混凝土强度标准值（ＭＰａ）
园柱体试件
垂１５０ｍｍｘ３００ｍｍ
ａ。木
立方体试件
１＾｝｛拙ｔ
１５０ｍｍｘｌ５０ｍｍｘｌ５０ｒａｍ
２．５５．０７．５１０．０１２．５１５．０２０．Ｏ２５。０３０．０３５．０４０．０４５．０５０．０５５．０
０．８０Ｏ．８００．８０Ｏ．８０Ｏ．８０Ｏ．８００．８００．８００．８３０．８５７０．８７５０．８８８０．９００．９１
Ｃ２／２．５Ｃ４／５Ｃ６／７．５Ｃ８／１０Ｃｉ０／１２．５Ｃ１２／１５Ｃ１６／２０Ｃ２０／２５Ｃ２５／３０Ｃ３０／３５Ｃ３５／４０Ｃ４０／４５Ｃ４５／５０Ｃ５０／５５
２．０４．０６．０８．０１０．０１２．Ｏ１６．０２０．Ｏ２５，０３０．０３５．Ｏ．４０．０４５．Ｏ５０．Ｏ
木注：ｏ。系由园柱体试件和立方体试件的混凝土强度标准值计算求得。
．１９９—
计算结果可见，小于Ｃ２０／２５普通混凝土ａ。的取值是０．８０，大于Ｃ２０／２５则随强度等级而增加。普通混凝土Ｑ。的取值与混凝土结构设计规范ＧＢ５００１０—２００２基本相同，而且也是随强度等级而增加。轻骨料混凝土Ｑ。值基本上是０．９０，则比轻骨料混凝土结构技术规程ＪＧＪ１２—２００６中所取ａ。值高，而与我国实际的测定值Ｏ．９３一－－０．９４很接逝。
以上说明，国外轻骨料混凝土的Ｑ。取值要比普通混凝土高，ＪＧＪ１２—２００６Ｊ中所采用的Ⅱ。是偏低的。
、，
／、、ａ、≥亩六、小结
１．
混凝土是按１５０ｍｘｌ５０ｍｍｘｌ５０ｍｍ立方抗压强度的标准值确定和划分强度等级。由于测试时钢压板对试件端部摩擦力约束效应，使立方体试件的抗压强度高于棱柱体抗压度，但不能代表结构中的实际受压状况。结构设计必须采用消除了端部摩擦力约束效应影响的棱柱体抗压强度，即轴心抗压强度，它是“真实”的抗压强
度。
２．
混凝土立方抗压强度受钢压板端部摩擦力约束效应的影响还与混凝土的性能有矣。轻骨料混凝土Ⅱ。值高并不是轴心抗压强度增高，实质上是试验条件造成的立方抗压强度降低所致。其原因是钢压板对轻骨料混凝土的摩擦力约束效应比普通混凝土弱。所以轴心抗压强度相同的轻骨料混凝土，其立方抗压强度的增加值较普通混凝土少，才使轻骨料混凝土的Ｑ。值增加・
３．
在现行轻骨料混凝土结构设计技术规程ＪＧＪ１２～２００６中，轻骨料混凝土的ａ。取值降低至与普通混凝土相同，使轻骨料混凝土的的强度潜能没有充分发挥，不能获得更好的技术经济效益。
４．
为了发挥轻骨料混凝土强度的潜能，提高轻骨料混凝土的应用效果和促进推广应用，建议：根据我国轻骨料混凝土的品质和总结３０余年来我国工程实践经验，进一步研究我国轻骨料混凝土的特性、试件混凝土强度修正系数等，并结合试验数据分析，以及参考其他国家的有矢规定，确定合理的轻骨料混凝土Ｑ。值。
参考文献．
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１２—２００６。
５００１０—２００２。
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究，２００６。。
５．
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６．杨正宏，洛阳龙佳高强页岩陶粒混凝土的基本力学性能研究，２０１０。
７．李平江，刘巽伯，金坛海发高强页岩陶粒的混凝土基本力学性能研究，２００６。８．国际混凝土联合会，轻骨料混凝土规范及标准，苏州城建环保学院，２０００．４。
９．
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ｌｏ．隆洛书ｌ，柳春圃，轻集料混凝土，中国铁道出版社，１９９６，北京。