預(yù)制干硬性混凝土空心砌塊質(zhì)量檢驗方法研究

姚浩剛，徐 婕

（浙江公路技師學(xué)院，浙江杭州310030）

0 引言

預(yù)制干硬性混凝土空心砌塊是一種新型工程建筑材料，早期在工業(yè)與民用建筑中作為預(yù)制混凝土磚塊替代粘土磚得到推廣應(yīng)用，21世紀(jì)以來逐步在城市建設(shè)路面用磚等方面發(fā)展應(yīng)用。預(yù)制干硬性混凝土空心砌塊技術(shù)主要是由高頻臺模振動加高壓的機械化流水線加工成干硬性高強度混凝土坯塊，通過養(yǎng)護和劈裂工藝深加工而成。它具有強度高、裝飾效果好、施工簡便、質(zhì)量控制好、適用性廣及良好的耐腐蝕性、耐水性和抗凍性等優(yōu)點。但在使用中還存在一些問題：

首先，由于航道護岸用預(yù)制干硬性混凝土空心砌塊大多是用機械化制造的振壓成型的低水灰比干硬性混凝土結(jié)構(gòu)，屬特殊型混凝土結(jié)構(gòu)。這類砌塊在工業(yè)與民用建筑領(lǐng)域應(yīng)用比較多，但在水運和交通工程質(zhì)量控制和檢驗方法序列中目前尚無可以直接遵循的規(guī)范和標(biāo)準(zhǔn)。

其次，我國對于現(xiàn)有混凝土砌塊的檢測沒有一個統(tǒng)一的可操作性強的規(guī)范，特別是對于混凝土砌塊的強度檢測基本沿用《混凝土小型空心砌塊》（GB/T4111-1997）。其抗壓強度表示方法為建筑磚強度表示法，其強度指標(biāo)為MU。該指標(biāo)不考慮砌塊內(nèi)部結(jié)構(gòu)情況，如空心率、壁厚、寬厚比等因素，抗壓強度試驗時以極限破壞荷載除于壓板（磚塊外圍尺寸）面積得到的相對的模糊強度值，常用作特定規(guī)格產(chǎn)品的相對強度指標(biāo)。這對建筑工程界通用的常用規(guī)格建筑用磚還是比較適合的，但針對目前交通建設(shè)工程中使用的預(yù)制干硬性混凝土砌塊現(xiàn)狀出現(xiàn)了難于解決的矛盾。

1 預(yù)制干硬性混凝土砌塊的材料特性

預(yù)制干硬性混凝土砌塊一般是指水灰比小于0.5、含水率小于10%的水泥混凝土集料通過專用的機械設(shè)備壓制和振搗制作成型的砌塊。這種砌塊的主要特性有三個。

1.1 低水灰比干硬性

為了保證砌塊一次成型，即時脫模后不變形，所以采用0.2～0.45的水灰比，成型時砌塊含水率為4%～8%（重量比）。

1.2 抗壓強度高

由于預(yù)制干硬性混凝土砌塊采用最佳的材料配合比，使用自動計量裝置準(zhǔn)確布料，成型時采用專用機械在施加高頻激振力的同時再加之高壓使之密實，所以根據(jù)不同配合比生產(chǎn)的砌塊的28d強度可達到20～50 MPa，早期強度也明顯高于普通混凝土，如3 d強度可達40%，7 d強度可達80%。而且隨著時間的推移，在超過28 d后砌塊的后期強度還會繼續(xù)緩慢提高10%～20%。

1.3 密度相對較小，透水性較大

由于成型時集料的含水量較低，集料顆粒間表面摩擦力較大，振搗和擠壓成型時混凝土內(nèi)部細小空隙無法完全擠密，其成型密度相對較小，一般干密度在2 100～2 250 kg/m3左右。但這不影響強度和抗凍性能，這一特性也為需要透水的結(jié)構(gòu)提供了條件，如路面磚可以及時排除雨水等。

2 預(yù)制干硬性混凝土砌塊強度檢驗方法選定

針對預(yù)制干硬性混凝土砌塊的特點，該項研究主要是通過不同試驗方法，分析對比，找出適合交通建設(shè)工程中預(yù)制干硬性混凝土砌塊的檢驗方法。為此，重點設(shè)置了三種不同檢驗方法加以實際試驗，分別為：切割立方體法、鉆芯取樣法和干硬性混凝土圓柱體抗壓強度法。

2.1 切割取樣法

將預(yù)制干硬性混凝土砌塊實樣通過專業(yè)加工廠切割，得到標(biāo)準(zhǔn)立方體試件。該法最符合混凝土常規(guī)檢驗標(biāo)準(zhǔn)，可以直接得到試件的抗壓強度，也是進行試驗數(shù)據(jù)分析的可靠參照值。

實驗中主要針對中大型砌塊進行強度試驗設(shè)計，試件尺寸：150 mm×150 mm×150 mm、100 mm×100 mm×100 mm、70 mm×70 mm×70 mm。由此得到的試件抗壓強度比較可靠，可以作為參照值進行數(shù)據(jù)分析，因此，能夠以切割的標(biāo)準(zhǔn)立方體的抗壓強度值作為基本數(shù)據(jù)系列。

2.2 鉆芯取樣法

該法也是混凝土常規(guī)檢驗方法系列之一，可以通過換算得到試件的抗壓強度，也是試驗數(shù)據(jù)分析的重要方法。實驗中主要針對大部分可以取到芯樣的砌塊進行強度試驗設(shè)計，試件尺寸：Φ100 mm×h100 mm、Φ70 mm×h70 mm的圓柱試件。

此法不同于《干壘擋土墻用混凝土砌塊》（JC/T2094—2011）之處是可以通過換算得到試件的抗壓強度標(biāo)準(zhǔn)值，而改變建筑類砌塊的MU相對強度值。

2.3 同密度振壓成型法（預(yù)制干硬性混凝土圓柱體抗壓強度檢驗法）

該法基本原理是根據(jù)干硬性混凝土砌塊機械化振壓成型的方式，在砌塊制作現(xiàn)場隨機抽取代表性砌塊進行體積測量和稱重，測得該批次砌塊濕密度，從而計算出制作成試件需要的集料重量，從砌塊生產(chǎn)線下料口稱取所需重量的集料制作試件。考慮到試驗方法具有相關(guān)性和可比對性，采用試件成型后與圓柱體試件相同的無側(cè)限試模，試件尺寸：Φ100 mm×h100 mm，并定義為“預(yù)制干硬性混凝土圓柱體抗壓強度檢驗法”。

干硬性混凝土圓柱體抗壓強度方法是研究和建議推廣的重要方法，試驗得到的數(shù)據(jù)系列的可行性、合理性通過前面兩種方法加以比對和驗證，并找出這三種方法之間的聯(lián)系。

試件制作方式：

同步振壓法：將裝滿所需重量集料的試模安裝在專用的帶壓力的小型振動臺上，在施加激振力的同時對試模上壓板施加壓力，等試件達到設(shè)定尺寸時使用脫模機脫出試件，送養(yǎng)護室養(yǎng)護。

需要達到的目的：

（1）試件配合比與被檢驗的實體砌塊一致；

（2）試件的結(jié)構(gòu)密度與被檢驗的實體砌塊一致；

（3）試件的成型方式與被檢驗的實體砌塊基本一致；

（4）試件的強度測定方法簡單，可操作性強；

（5）得到的試驗結(jié)果具有代表性和較高的可信度；

（6）采用此試驗法來解決其他試驗難于解決的試驗方案。

3 預(yù)制混凝土砌塊不同檢驗方法試驗結(jié)果評價分析

3.1 三種不同試驗方法強度數(shù)據(jù)統(tǒng)計值（見表1～表3）

表1 切割立方體抗壓三種強度比較一覽表

表2 鉆芯圓柱體抗壓三種強度比較一覽表

表3 干硬性混凝土圓柱體抗壓三種強度比較一覽表

從表1～表3的結(jié)果中看出，三種檢驗方法均能反應(yīng)干硬性混凝土砌塊的實際強度，但檢驗結(jié)果的均方差和變異系數(shù)偏大。經(jīng)分析后認為具體原因是檢驗過程中存在偶然誤差。

3.2 三種檢驗方法的相互關(guān)系分析

3.2.1 鉆芯圓柱體與切割立方體強度比較（見表4）

表4 鉆芯圓柱體與切割立方體三種強度的比較一覽表

3.2.2 干硬性混凝土圓柱體與切割立方體強度比較（見表 5）

表5 干硬性混凝土圓柱體與切割立方體三種強度的比較一覽表

各種檢驗方法的相互關(guān)系分析：通過對三種檢驗方法的試驗結(jié)果進行了預(yù)處理，對數(shù)據(jù)的異常值進行了剔除。在數(shù)據(jù)剔除過程中，可以發(fā)現(xiàn)同名度無側(cè)限檢驗法數(shù)據(jù)離散型較小，數(shù)據(jù)可靠性更高。最后通過最小二乘法結(jié)合MATLAB程序?qū)θN檢驗方法之間進行擬合，探尋三種檢驗方法之間的相關(guān)性關(guān)系，為不同檢驗方法下混凝土強度之間的換算提供理論依據(jù)。

3.3 三種檢驗方法的相互關(guān)系

通過試驗分析，可以得出三種檢驗方法的相互關(guān)系f（x）=a1x2+a2x+a1，見表6～表8所列。

表6 C20砌塊三種方法的相互系數(shù)關(guān)系一覽表

表7 C25砌塊三種方法的相互系數(shù)關(guān)系一覽表

表8 C30砌塊三種方法的相互系數(shù)關(guān)系一覽表

4 總結(jié)

通過對干硬性混凝土砌塊的抗壓強度各種檢驗方法的研究，提出了“同密度振壓成型法”強度檢驗方法。

4.1 實體切割立方體試驗法

該檢驗方法原理是在隨機抽樣的砌塊實體上用切割機切取與目前常規(guī)混凝土試件一致尺寸的試件，按規(guī)范的養(yǎng)護方法并在規(guī)定時間點用常規(guī)混凝土抗壓強度試驗方法取得抗壓強度代表值。該試驗主要是為了滿足較小砌塊在無法取得標(biāo)準(zhǔn)試件的時候選用，這些試件得到的試驗值可以通過換算得到標(biāo)準(zhǔn)抗壓強度值。實體切割立方體強度試驗法能夠真實反映砌塊的實際強度，但需要比較大型的專業(yè)切割設(shè)備，砌塊本身也要有足夠大的尺寸才能切割出適合試驗的試件，普及相對比較困難。

4.2 鉆芯取樣法

該檢驗方法原理是在隨機抽樣的砌塊實體上用取芯機鉆取與目前常規(guī)混凝土芯樣試件一致尺寸的試件，按規(guī)范的養(yǎng)護方法并在規(guī)定時間點用常規(guī)混凝土鉆芯取樣抗壓強度試驗方法取得抗壓強度代表值。實用中主要針對大部分可以取到芯樣的砌塊進行強度試驗設(shè)計。在該項試驗研究中已經(jīng)獲得了相關(guān)的換算系數(shù)。實體鉆芯取樣強度試驗法也能夠較真實反映砌塊的實際強度，操作比較方便，由于取芯直徑可以在70 mm和100 mm中選取，適用范圍相對較大，建議對壁厚和高度均大于70 mm的砌塊優(yōu)先采用此方法。

4.3 干硬性混凝土圓柱體抗壓試驗法

干硬性混凝土圓柱體抗壓試驗法是這次研究的重點，也是重要的創(chuàng)新成果之一。此方法在集料取樣的真實性和及時性、試件與砌塊成型的一致性、密度的一致性和養(yǎng)護條件的一致性方面于一體，而且與常規(guī)濕法混凝土試件制作方式基本相同，所以得到的試件強度試驗結(jié)果也能夠較好地反映砌塊的真實強度，具有合理性、通用性和可操作性。此方法能夠適合各種形式、各種規(guī)格的干硬性混凝土砌塊的強度檢驗，具有相當(dāng)好的應(yīng)用和推廣意義，也是重點推薦的試驗方法。