脆性材料

脆性材料（混凝土、水泥等）主要以抗压强度来划分等级或标号

材料标号与强度等级的关系

工程材料的强度采用强度等级取代标号来表示，符合与国际标准和国外先进标准接轨的趋势，也是我国贯彻法定计量单位及对同一标准化内容的各类标准应协调统一的需要。经过各方面的多年努力，这项工作已经完成。当前搞清材料标号与强度等级的关系，对工程设计、施工、监理工作以及标准规范的制修订工作很有必要。本文就铁路工程中使用量大面广的混凝土与砌体材料的标号与强度等级的关系予以简述。

1 水泥

标号：水泥标号是按规定龄期的抗压强度和抗折强度划分，强度以kgf/ cm2 计。硅酸盐水泥、普通水泥的强度龄期为3 d、28 d ，矿渣水泥、火山灰水泥、粉煤灰水泥和复合水泥的强度龄期为3 d、7 d、28 d。强度的检验方法按《水泥胶砂强度检验方法》（GB177 85）（简称GB 法，此标准已于1999 年5 月1 日废止）执行。各类水泥的强度共设275、325、425、425R、525、525R、625、625R 和725R 九个标号。

强度等级：水泥强度等级也按规定龄期的抗压强度和抗折强度划分，唯强度以MPa 计。各类水泥的

强度龄期统一为3 d、28 d。强度的检验方法按《水泥胶砂强度检验方法（ ISO 法）》（GB/ T17671 1999）（简称ISO 法，此标准于1999 年5 月1 日实施）执行。常用各类水泥的强度共设32. 5 、32. 5R、42. 5 、42. 5R、52. 5 、52. 5R、62. 5 和62. 5R八个等级。相应的产品新标准是《硅酸盐水泥、普通硅酸盐水泥》（GB175 1999）、《矿渣硅酸盐水泥、火山灰质硅酸盐水泥及粉煤灰硅酸盐水泥》（GB1344 1999）和《复合硅酸盐水泥》（GB12958 1999）。这三项标准于1999 年12 月1 日起实施。考虑水泥生产、检验及使用方面的实际情况，规定了为期1 年的过渡期。过渡期内新老标准的水泥并行，从而实现平稳过渡。

标号与强度等级：水泥强度从标号到强度等级的变化，主要是由于采用了不同的强度检验方法，即由GB 法改为ISO 法。这是我国水泥标准为向国际标准靠拢并与其保持一致做出的重大修改。两种检验方法在胶砂组成（标准砂、灰砂比、水灰比）、搅拌方法、振实成型方法、养护、加载速度、试验条件控制和仪器设备等方面有明显的差别。经试验对比，老标准水泥采用GB 法和ISO 法的试验结果是：抗折强度差值不大，对水泥强度指标的影响可忽略不计；而抗压强度用ISO 法检验的则普遍较用GB 法检验的降低了大约一个强度等级。如标号为425 的水泥，其强度等级相当于32. 5。就平均统计水平来看，标号与强度

等级的关系大致是425 号→32. 5 级、525 号→42. 5级、625 号→52. 5 级。

2 混凝土

标号：混凝土标号是指按标准方法制作、养护的边长为20 cm 的立方体标准试件，在28 d 龄期用标

准试验方法所测得的抗压极限强度，以kgf/ cm2 计。如500 号混凝土，其试件抗压极限强度为500 kgf/

cm2 。当采用非标准尺寸的试件时，应换算成标准试件的强度，换算系数分别是：边长15 cm 的立方体试件为0. 95 ，边长10 cm 的立方体试件为0. 90 。混凝土的标号通常采用150、200、250、300、350、400、450、500、550、600。《铁路混凝土及砌石工程施工规范》（TBJ210 86）（此标准于1997 年7 月1 日

废止）和《铁路桥涵设计规范》（TBJ2 85）（此标准于2000 年2月1 日废止）均作如此规定。

强度等级：混凝土的强度等级按立方体试件抗压强度标准值划分。立方体试件抗压强度标准值则是指按标准方法制作、养护的边长为150 mm的立方体标准试件，在28 d 龄期用标准试验方法所测得的抗压强度总体分布中的一个值，强度低于该值的百分率不得超过5 % ，亦即保证率为95 %。混凝土的强度等级

采用混凝土（concrete）的代号C 与其立方体试件抗压强度标准值的兆帕数表示，如立方体试件抗压强度

标准值为50 MPa 的混凝土，其强度等级以“C50”表示。当采用非标准尺寸的试件时，应换算成标准试件

的强度，换算系数分别是：边长200 mm的立方体试件为1. 05 ，边长100 mm的立方体试件为0. 95 。《铁路混凝土强度检验评定标准》（TB10425 94）（此标准于1994 年4 月1 日起实施）中关于强度分级的规定即如此，该标准与国家标准《混凝土强度检验评定标准》（GBJ107 87）和国际标准《混凝土———按强度的分级标准》（ISO3893）是一致的。混凝土的强度等级通常采用C15、C20、C25、C30、C35、C40、C45、C50、C55、C60。强度等级为C60 及其以上的混凝土属高强混凝土。

标号与强度等级：两者主要差别在两个方面，一是所用标准试件尺寸不同，标号和强度等级所用立方体试件边长分别是 200 mm和150 mm；二是取值方法的不同，强度等级有明确的统计概念，即强度标准

值是强度总体分布中的平均值减去1. 645 倍标准差（从而使保证率为95 %），而标号则没有明确的数理

统计概念，据推算其保证率约在85 %的水平上。考虑标准试件尺寸的变化和强度等级的数理统计定义，

混凝土标号可近似换算为如表1 所示的强度等级。

表1 混凝土标号与强度等级换算

混凝土标号

100

150

200

250

300

350

400

450

500

550

600

混凝土换算强度等级

C8

C13

C18

C23

C28

C33

C38

C43

C48

C53

C58

3 砌体

铁路工程建筑物所用的砌体结构主要是石砌体和混凝土块砌体，它是由石材（片石、块石、粗料石）、混凝土砌块等块体（masonry units ，代号MU）和砌筑用砂浆（mortar ，代号M）组成。

3. 1 块体

标号：石材标号是以边长为20 cm 的立方体试件在浸水饱和状态下的抗压极限强度表示，以kgf/ cm2 计。如200 号石材其试件抗压极限强度即200 kgf/ cm2 。当采用边长为7. 07 cm 或5 cm 的立方体试件时，其抗压极限强度应分别乘以0. 85 或0. 80 的换算系数。《铁路混凝土及砌石工程施工规范》（TBJ210 86）作此规定。由于石材的力学指标资料较缺乏系统性，相关规范中规定的换算系数很不一致。如国家标准《砖石结构设计规范》（GBJ373）中，若以边长为20 cm 的立方体试件为标准试件，则边长为0. 7 cm 或0. 5 cm 的立方体试件的换算系数的约为0. 7 或0. 6。铁路工程常用的石材标号为200、300、400、500、600、700 和800。

混凝土砌块标号与混凝土标号含义相同，铁路工程混凝土砌块通常采用的标号为150、200、250 和300。

强度等级：石材强度等级是以边长为70 mm 的立方体试件在浸水饱和状态下的抗压极限强度表示，

以MPa计，并冠以代号MU。如MU40 的石材，其试件的抗压极限强度为40 MPa 。当采用边长为200 mm、150 mm、100 mm或50 mm 的非标准立方体试件时，其抗压极限强度应分别乘以1. 43 、1. 28、1.

14 或0. 86 的换算系数。《铁路混凝土与砌体工程施工及验收规范》（TB10210 97）即作此规定。这也是与现行国家标准《砌体结构设计规范》（GBJ388）一致的。铁路工程常用的石材强度等级为MU30、

MU40、MU50、MU60、MU70、MU80 和MU100。

混凝土砌块强度与混凝土强度的含义相同，但表示其强度的符号应采用块体的代号“MU”，而不应采

用混凝土的代号“C”。铁路工程常用的混凝土砌体强度等级应为MU15、MU20、MU25 和MU30。

标号与强度等级：采用边长为200 mm的立方体试件所测得的抗压极限强度是石材标号，换算为边长70 mm立方体试件的抗压极限强度（可用乘以换算系数1. 43 的方法求得此值）则是石材的强度等级。因此可近似认为：石材标号×1. 43 = 强度等级。如采用边长为200 mm的立方体试件测得石材抗压极限强度

为200 kgf/ cm2 ，则该石材标号为200 号；其强度等级需换算为边长为70 mm 的立方体试件的抗压极限强度，即200 kgf/ cm2 （20 MPa） ×1. 43 = 28. 6 MPa ，强度等级为MU28. 6。在实际工作中选择石材的最低强度时，可近似认为200 号相当于MU30、400 号相当于MU60 ；若将300 号以MU30 替代，其石材强度显然不足。虽然砌体结构的强度与砌块的强度不是线性比例关系，还与砂浆的强度有关，但也应引起足够重视。总之，石材标号与其强度等级的比值可视为1∶1. 43 。

3. 2 水泥砂浆

标号：水泥砂浆标号是以边长为7. 07 cm 的立方体试件，在标准条件下养护28 d 的抗压极限强度表示，以kgf/ cm2 计。如200 号水泥砂浆其试件抗压极限强度为200 kgf/ cm2 。铁路工程常用水泥砂浆标号为50 、75 、100、150、200。《铁路混凝土及砌石工程施工规范》（TBJ210 86）即作此规定。

强度等级：水泥砂浆强度等级是以边长为70. 7 mm 的立方体试件在标准条件下养护28 d 的抗压极限

强度表示，以MPa 计，并冠以代号M。如M20 的水泥砂浆，其试件抗压极限强度为20 MPa 。铁路工程

常用水泥砂浆强度等级为M5 、M7. 5、M10、M15、M20。《铁路混凝土与砌体工程施工及验收规范》（TB10210 97）作此规定，与有关国家标准的规定相一致。铁路砌体工程中所用的砂浆强度等级要求：主体工程不得小于M10 ，一般工程不得小于M5。

标号与强度等级：由于水泥砂浆是用作砌筑工程中的胶结料，其实际强度指标离散性较大，较缺乏统计方面的资料，且由于包括试件尺寸在内的强度试验方法没有变化，所以一般可认为50 号相当于M5 级、75 号相当于M7. 5 级，其余类推，两者存在一一对应关系。

混凝土按胶凝材料分类，有水泥混凝土、硅酸盐混凝土、聚合物混凝土、沥青混凝土等；

按容重分类有普通混凝土、轻混凝土、重混凝土等；

按强度标号分类，有低标号混凝土、高标号混凝土、超高标号混凝土等；

按其功能分类，有水工混凝土、耐火混凝土、防辐射混凝土等。

又可按某种特征（材料、工艺、配筋、结构、性能等）来命名，以区别于其它混凝土，如加气混凝土、无砂大孔混凝土、喷射混凝土、聚合物浸渍混凝土、钢筋混凝土、纤维增强混凝土、补偿收缩混凝土等。通常用水泥、水、砂、石子以及外加剂按设计比例配制，经搅拌、成形、养护而得的水泥混凝土，成为普通混凝土（normal concrete），简称混凝土。是一种原料易得、施工便利、具有较好耐久性和强度的建筑材料，应用极为广泛。

长期以来，我国混凝土按抗压强度分级，并采用“标号”表征。1987年GBJ107-87标准改以“强度等级”表达。DL/T5057-1996《水工混凝土结构设计规范》，DL/T5082-1998《水工建筑物抗冰冻设计规范》，DL5108-1999《混凝土重力坝设计规范》等，均以“强度等级”表达，因而新标准也以“强度等级”表达以便统一称谓。水工混凝土除要满足设计强度等级指标外，还要满足抗渗、抗冻和极限拉伸值指标。不少大型水电站工程中重要部位混凝土，常以表示混凝土耐久性的抗冻融指标或极限拉伸值指标为主要控制性指标。

过去用“标号”描述强度分级时，是以立方体抗压强度标准值的数值冠以中文“号”字来表达，如200号、

300号等。

根据有关标准规定，混凝土强度等级应以混凝土英文名称第一个字母加上其强度标准值来表达。如C20、C30等。

标号与强度：水泥的标号与水泥的强度是密切相关的。但二者的概念并不相同。标号是根据按国家标准

强度检验方法测得的规定龄期的抗折强度和抗压强度确定的。即把水泥和标准砂以 l：2.5的比例，加入

规定数量的水按规定的方法制成4cm*4cm*16cm。的水泥砂浆试件，按要求进行标准养护（温度为 2 0士

2 C，水中）到规定龄期后，测其抗压、抗折强度来确定水泥的标号。水泥的标号越高，其强度也越高。

它们一般是成正比的，不过也不全对，比如42.5的水泥配出来的也并不一定就必32.5配出来的高。

混凝土强度等级(即标号)按混凝土立方体抗压强度标准值划分，采用符号“Ｃ”与立方体抗压强度标准值表示。划分为C7.5、C10、C15、C20、C25、C30、C35、C40、C45、C50、C55、C60共12个强度等级。

使用立方体混凝土试件来测定出的混凝土抗压强度，称为混凝土立方体抗压强度。

混凝土立方体抗压强度标准值：是指按标准方法制作和养护的边长为150mm的立方体试件，在28天龄期，用标准试验方法测得得抗压强度总体分布中的一个值，强度低于该值的百分率不超过5%。

混凝土强度等级(即标号)按混凝土立方体抗压强度标准值划分。

使用立方体混凝土试件来测定出的混凝土抗压强度，称为混凝土立方体抗压强度。

混凝土立方体抗压强度标准值：是指按标准方法制作和养护的边长为150mm的立方体试件，在28天龄期，用标准试验方法测得得抗压强度总体分布中的一个值，强度低于该值的百分率不超过5%。