建筑材料力学性能测试按ASTM C39标准进行抗压试验的步骤解析

ASTM C39《混凝土圆柱体抗压强度试验标准方法》是建筑材料力学性能测试中混凝土抗压强度的核心依据，广泛用于预制构件、现浇结构等工程质量验证。该标准规定了圆柱试块（直径150mm×高300mm或100mm×200mm）的抗压试验流程，直接关联结构安全性与材料性能评估。本文结合标准要求与实际操作经验，详细解析ASTM C39试验步骤，帮助测试人员精准执行流程、规避常见误差。

试块制备与养护核查

ASTM C39的前提是试块符合ASTM C192制备要求：采用钢模或塑料模成型，机械振捣频率需达2800-3200次/分钟，或用直径16mm钢棒人工插捣25次/层，确保混凝土密实；成型后24小时内脱模，避免试块受冲击。

养护需遵循ASTM C511标准：养护室温度保持23±2℃，相对湿度≥95%；水养护时水温需与室温一致，且水中无有害杂质。养护时间通常为28天，若需早期强度测试（如7天），需在试验报告中明确说明。

试验前需核查试块外观：表面应平整、无明显裂缝、蜂窝或麻面，边缘无破损。若缺陷深度超过5mm，或尺寸偏差超过2mm，试块需判定为无效，不得用于试验。

试块需清晰标识工程名称、成型日期、养护条件等信息，避免不同批次试块混淆。

试验前准备

试验机量程需覆盖试块破坏荷载（占量程20%-80%）：如150mm×300mm试块预估抗压强度30MPa，破坏荷载约530kN，需选择1000kN或1500kN量程的试验机，避免精度不足或无法加载。

准备测量工具：游标卡尺（精度0.02mm）用于测量试块直径与高度，钢直尺（精度1mm）辅助检查尺寸偏差；抹布用于擦拭试块表面水分或灰尘，确保与压板接触良好。

试验室环境需满足温度20-28℃，无强风或阳光直射。若试块从养护室取出后15分钟内未试验，需用湿毛巾覆盖，防止表面失水导致强度测试值偏高。

检查试验机安全装置：液压试验机需确认溢流阀正常工作，电子试验机需检查力值传感器无松动，避免试验中出现安全隐患。

试块尺寸测量

试块尺寸是抗压强度计算的关键参数，需按ASTM C39要求测量：圆柱试块直径需测两端及中间3个截面，每个截面取两个垂直方向的直径，共6个数据取平均值；高度需测4个对称侧面的垂直距离，取平均值。

测量时游标卡尺需与试块轴线垂直，避免倾斜导致误差。尺寸偏差需符合要求：直径偏差不超过公称尺寸的±1%（如150mm试块≤1.5mm），高度偏差不超过±2%（如300mm试块≤6mm）。

若尺寸偏差超过限值，需重新测量或判定试块无效。计算抗压强度时，必须使用实际测量的尺寸，不得用公称尺寸，避免偏差影响结果准确性。

需记录每个试块的直径、高度数据，确保后续计算可追溯。

试验机校准与设置

试验机需按ASTM E4标准定期校准：校准周期为12个月或累计使用1000次，校准项目包括力值精度（误差≤±1%）、位移精度（误差≤±0.5%）、加载框架垂直度（偏差≤0.1%），校准需由第三方资质机构完成，报告留存备查。

试验前设置加载速率：ASTM C39规定应力速率为0.2-0.4MPa/s，换算为荷载速率时，150mm试块为22-44kN/min，100mm试块为10-20kN/min，需确保加载连续，不得中断或改变速率。

电子试验机需提前设置力值显示精度（至少保留1位小数），液压试验机需检查油泵压力稳定，避免加载过程中压力波动。

安装上下压板：上压板应为球面铰支座（符合ASTM E4要求），下压板为刚性平板，表面需平整无划痕、硬度≥HRC50，确保荷载均匀传递。

试块放置与对中

试块放置前需擦拭两端面的灰尘或水分，确保与压板接触紧密。将试块缓慢放在下压板中心，确保试块轴线与试验机加载轴线重合（即对中）。

对中可通过试验机定位圈辅助，或目测试块边缘与下压板边缘距离是否均匀（偏差≤5mm）。球面铰支座的上压板需处于自由状态，允许试块加载初期自动调整位置，保证荷载均匀。

若试块与压板间缝隙超过1mm，需用细砂或石膏浆填充（厚度≤2mm），并在报告中说明；禁止用硬纸、金属片填充，避免影响荷载传递。

放置后轻轻放下上压板，预压至1-2kN确认对中：若试块偏移，需重新调整位置。

加载过程控制

加载需按设定速率连续进行，试验人员全程观察试块变形：初始阶段无明显变形，荷载达预估强度50%-70%时，表面出现细微纵向裂缝；达最大荷载（峰值）时，裂缝迅速扩展，试块中部鼓胀或崩裂。

停止加载条件：荷载下降至最大荷载的80%，或试块完全破坏（无法承受荷载）。禁止试块未破坏前停止加载，避免低估强度。

记录加载异常：如试块突然断裂（对中不良或内部缺陷）、荷载速率波动（试验机故障）、试块打滑（表面未擦净），需在报告中详细说明。

电子试验机需开启数据采集系统，记录荷载-位移曲线；液压试验机需手动记录加载时间与对应荷载，确保数据连续。

数据记录与计算

试验需记录的核心数据：试块编号、工程名称、成型/养护日期、试块尺寸（直径、高度）、加载速率、最大荷载（kN）、破坏形态（如轴心受压、斜向破坏）。

抗压强度计算按公式f_c=P/A：f_c为抗压强度（MPa），P为最大荷载（N，需转换为kN×1000），A为试块横截面积（mm²，A=πD²/4，D为直径平均值）。

示例：150mm试块直径平均149.8mm，最大荷载520kN，A=π×(149.8/2)²≈17630mm²，f_c=520000/17630≈29.5MPa。

结果需保留1位小数，尺寸偏差超±1%时用实际值计算；同一批次试块变异系数（标准差/平均值）不得超过15%，否则需核查试块制备或养护问题。

试验后处理

试验结束后移除试块，记录破坏形态：正常为中部纵向裂缝崩裂；斜向破坏（45°裂缝）多因对中不良；劈裂破坏（沿直径裂开）多因加载速率过快。

清洁试验机：擦拭压板上的混凝土残渣，检查表面划痕，必要时修复；清理试验室地面，保持环境整洁。

整理数据：将试块编号、尺寸、荷载、强度、形态录入表格，保留原始记录（力值曲线、手写数据），保存期限≥5年（按工程档案要求）。

试验报告需包含工程名称、日期、试验机型号、试块参数、加载速率、最大荷载、强度、形态、人员签名等，加盖试验室公章，确保数据真实可追溯。