混凝土四點(diǎn)彎曲試驗(yàn)（也稱為抗折強(qiáng)度試驗(yàn)）是測(cè)定混凝土抵抗彎曲破壞能力的關(guān)鍵方法。其主要目的為：

1. 測(cè)定抗折強(qiáng)度： 獲取混凝土試件在彎曲荷載作用下斷裂時(shí)的最大應(yīng)力值，即抗折強(qiáng)度（或稱彎拉強(qiáng)度）。
2. 評(píng)價(jià)韌性： 通過(guò)荷載-位移曲線，間接評(píng)估混凝土在彎曲狀態(tài)下的變形能力和能量吸收能力（韌性）。
3. 研究破壞模式： 觀察試件在彎曲荷載下的典型開裂和斷裂行為。
4. 評(píng)估混凝土配合比、材料性能和質(zhì)量： 為配合比設(shè)計(jì)優(yōu)化、原材料選擇及現(xiàn)場(chǎng)施工質(zhì)量控制提供依據(jù)。

二、試驗(yàn)原理

四點(diǎn)彎曲試驗(yàn)通過(guò)對(duì)矩形截面梁式試件施加對(duì)稱的兩點(diǎn)荷載，使試件中部產(chǎn)生純彎段（彎矩恒定，剪力為零）。在持續(xù)增加的彎曲應(yīng)力作用下，試件最薄弱部位（通常在純彎段底部）因拉應(yīng)力超過(guò)混凝土的抗拉極限而開裂并最終斷裂。通過(guò)記錄破壞時(shí)的最大荷載，可計(jì)算出混凝土的抗折強(qiáng)度。

三、試驗(yàn)裝置與設(shè)備

1. 試驗(yàn)機(jī)： 具有足夠噸位（通常大于預(yù)期破壞荷載的20%）的萬(wàn)能試驗(yàn)機(jī)或?qū)Ｓ每拐墼囼?yàn)機(jī)。能勻速施加荷載并準(zhǔn)確測(cè)量荷載值（精度優(yōu)于±1%）。
2. 專用試驗(yàn)裝置：
   • 支座： 兩個(gè)平行、可自由轉(zhuǎn)動(dòng)的圓柱形下支承輥，用于支撐試件兩端?？缍龋↙）可調(diào)且精確設(shè)定（通常為試件高度的3倍）。
   • 加載頭： 兩個(gè)平行、可自由轉(zhuǎn)動(dòng)的圓柱形上壓頭，用于向試件頂面施加荷載。加載點(diǎn)間距（l）通常為跨度的三分之一（即 L/3）。
   • 幾何關(guān)鍵： 所有支承輥和壓頭的直徑應(yīng)相同（通常為30mm-40mm），長(zhǎng)度應(yīng)大于試件寬度。裝置應(yīng)保證荷載沿試件寬度均勻分布，并可自由轉(zhuǎn)動(dòng)以減小摩擦約束。支座和加載頭的位置必須精確對(duì)稱，確保中部形成純彎段。
3. 數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)： 連接荷載傳感器和位移傳感器（如LVDT），用于實(shí)時(shí)記錄荷載（P）和試件跨中撓度（δ）的關(guān)系曲線（P-δ曲線）。
4. 養(yǎng)護(hù)設(shè)備： 標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)室（溫度20±2°C，相對(duì)濕度≥95%）或水中養(yǎng)護(hù)池。
5. 測(cè)量工具： 游標(biāo)卡尺或鋼尺（測(cè)量試件尺寸精度至0.1mm）。

四、試件制備

1. 形狀與尺寸：
   • 標(biāo)準(zhǔn)試件為矩形截面梁。
   • 常用尺寸：150mm × 150mm × 600mm（適用于最大骨料粒徑≤40mm）。也可采用100mm × 100mm × 400mm（適用于最大骨料粒徑≤30mm）。
   • 高寬比通常為2:1至4:1。
2. 制作與養(yǎng)護(hù)：
   • 按標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范（如GB/T 50081, ASTM C78, EN 12390-5）進(jìn)行試件成型、抹面和標(biāo)識(shí)。
   • 成型后在（20±5）°C、相對(duì)濕度≥50%的環(huán)境中靜置24±8小時(shí)脫模。
   • 立即放入標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)室或（20±1）°C的飽和石灰水中養(yǎng)護(hù)至試驗(yàn)齡期（通常為28天）。
   • 試件齡期從加水?dāng)嚢栝_始算起。
3. 試驗(yàn)前準(zhǔn)備：
   • 到達(dá)齡期的試件從養(yǎng)護(hù)環(huán)境取出，擦干表面水漬。
   • 檢查試件外觀：無(wú)缺陷、蜂窩、麻面或損傷。
   • 精確測(cè)量試件中部的寬度（b，mm）和高度（h，mm），精確至1mm（用于計(jì)算截面模量）。

五、試驗(yàn)步驟

1. 安裝試件：
   • 將試件對(duì)稱放置于試驗(yàn)裝置的兩個(gè)下支承輥上。試件縱軸應(yīng)垂直于支承輥和加載頭軸線。
   • 確保試件與支承輥、加載頭接觸平穩(wěn)。試件的承壓面應(yīng)是成型時(shí)的側(cè)面。
   • 根據(jù)試件尺寸（高度h）設(shè)定跨度（L）：通常 L = 3h （對(duì)于標(biāo)準(zhǔn)150mm試件，L=450mm）。
   • 設(shè)定加載點(diǎn)間距（l）：通常 l = L/3 （對(duì)于標(biāo)準(zhǔn)150mm試件，l=150mm）。
2. 安裝測(cè)量裝置：
   • 在試件跨中底部或側(cè)面安裝位移傳感器（如LVDT），用于測(cè)量跨中撓度。
   • 連接好荷載傳感器和位移傳感器至數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)。
3. 施加荷載：
   • 調(diào)整試驗(yàn)機(jī)，使加載頭與試件頂面即將接觸但未受力（接觸點(diǎn)）。將荷載示值清零。
   • 以恒定的加載速率施加荷載直至試件破壞。
   • 加載速率控制： 應(yīng)使試件邊緣纖維應(yīng)力在0.03 MPa/s 到 0.07 MPa/s 范圍內(nèi)持續(xù)增加。具體速率可參考標(biāo)準(zhǔn)并根據(jù)試件尺寸計(jì)算設(shè)定。
     • 示例（近似值）： 對(duì)于150×150×600mm標(biāo)準(zhǔn)試件，加載速率約為0.05 - 0.10 kN/s 或 0.05 - 0.10 mm/min（位移控制）。需按標(biāo)準(zhǔn)公式精確計(jì)算。
4. 觀察與記錄：
   • 持續(xù)觀察荷載示值（P）和跨中撓度（δ）。
   • 仔細(xì)觀察試件的開裂起始位置（通常在中部純彎段底面）、裂縫發(fā)展和最終的破壞形態(tài)。
   • 記錄試件破壞時(shí)的最大荷載（P_max），單位為牛頓（N）或千牛（kN）。
   • 繪制或保存完整的荷載-撓度（P-δ）曲線（如果數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)支持）。
   • 詳細(xì)記錄試件破壞特征（斷裂面形狀、裂紋分布等）。

六、數(shù)據(jù)處理與計(jì)算

1. 抗折強(qiáng)度計(jì)算：
   • 四點(diǎn)彎曲試驗(yàn)的抗折強(qiáng)度（f_flex）計(jì)算公式如下：
     f_flex = (P_max * L) / (b * h²)
   • 式中：
     • f_flex：混凝土抗折強(qiáng)度，單位兆帕（MPa）。
     • P_max：試件破壞時(shí)的最大荷載，單位牛頓（N）。
     • L：支座跨度，單位毫米（mm）。
     • b：試件截面的寬度，單位毫米（mm）。
     • h：試件截面的高度，單位毫米（mm）。
   • 結(jié)果表示： 計(jì)算結(jié)果精確至0.01 MPa。以一組（通常為3個(gè)）有效試件試驗(yàn)結(jié)果的算術(shù)平均值作為該組試件的抗折強(qiáng)度代表值（精確至0.1 MPa）。若最大值或最小值與中間值的差值超過(guò)中間值的15%，則取中間值作為代表值；若兩個(gè)值均超過(guò)，則該組試驗(yàn)結(jié)果無(wú)效。

七、破壞模式觀察

典型的理想破壞模式是：裂縫始于跨中純彎段底面（最大拉應(yīng)力處），垂直向上擴(kuò)展，最終導(dǎo)致試件在該橫截面處斷裂成兩段或三段（加載點(diǎn)外側(cè)的部分可能仍連接）。應(yīng)觀察并記錄實(shí)際破壞面位置是否在純彎段內(nèi)（兩個(gè)加載頭之間）。發(fā)生在非常靠近加載點(diǎn)或支座處的斷裂通常被認(rèn)為是無(wú)效的，可能需檢查裝置是否對(duì)中不良或試件存在缺陷。

八、技術(shù)要點(diǎn)與注意事項(xiàng)

1. 裝置對(duì)中與幾何精度： 支座和加載點(diǎn)的位置、平行度、共面性必須精確，確保形成穩(wěn)定的純彎段和準(zhǔn)確的跨度、加載間距。
2. 加載速率控制： 嚴(yán)格按照標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的應(yīng)力速率加載，過(guò)快的加載速率會(huì)導(dǎo)致測(cè)得的強(qiáng)度偏高，過(guò)慢則可能導(dǎo)致應(yīng)力分布變化或蠕變影響。
3. 試件尺寸與選擇： 試件尺寸（特別是高度）應(yīng)與混凝土中最大骨料粒徑匹配（標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定最大粒徑≤試件高度的1/3）。尺寸效應(yīng)顯著，不同尺寸試件的試驗(yàn)結(jié)果不直接可比。
4. 試件狀態(tài)： 試件應(yīng)處于飽和面干狀態(tài)進(jìn)行試驗(yàn)，以避免內(nèi)部孔隙水壓力影響。從養(yǎng)護(hù)環(huán)境取出后應(yīng)盡快試驗(yàn)。
5. 環(huán)境控制： 試驗(yàn)應(yīng)在標(biāo)準(zhǔn)試驗(yàn)室環(huán)境（溫度20±5°C，相對(duì)濕度50%以上）中進(jìn)行。
6. 數(shù)據(jù)采集： 荷載和位移數(shù)據(jù)采集頻率應(yīng)足夠高，以準(zhǔn)確捕捉破壞點(diǎn)和繪制P-δ曲線。
7. 異常處理： 如試件破壞模式異常（如不在純彎段斷裂、局部壓碎等），應(yīng)分析原因（裝置問(wèn)題、試件缺陷、加載偏心等），必要時(shí)舍棄該結(jié)果。
8. 安全性： 試驗(yàn)機(jī)周圍設(shè)置安全區(qū)，防止試件斷裂時(shí)碎片飛出傷人。佩戴適當(dāng)?shù)姆雷o(hù)眼鏡。

九、結(jié)論

四點(diǎn)彎曲試驗(yàn)是評(píng)價(jià)混凝土抗折性能的標(biāo)準(zhǔn)方法。通過(guò)嚴(yán)謹(jǐn)?shù)脑嚰苽?、精密的試?yàn)裝置、規(guī)范的操作流程和準(zhǔn)確的數(shù)據(jù)處理，可以獲得可靠的混凝土抗折強(qiáng)度值和破壞模式信息。該指標(biāo)對(duì)于評(píng)估混凝土路面、橋面板、梁等承受彎曲荷載的結(jié)構(gòu)構(gòu)件的抗開裂能力、耐久性能以及整體結(jié)構(gòu)的安全性具有重要的工程意義。試驗(yàn)結(jié)果直接指導(dǎo)配合比設(shè)計(jì)優(yōu)化、原材料質(zhì)量控制及結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與施工驗(yàn)收。

附錄：四點(diǎn)彎曲試驗(yàn)示意圖