機(jī)制混凝土性能影響因素分析

楊艷燕, 李傳凱, 賀 凱

(長(zhǎng)江航道規(guī)劃設(shè)計(jì)研究院，湖北 武漢 430040)

混凝土是土木工程中最重要的材料之一，對(duì)于整個(gè)土木工程的發(fā)展起到重要作用[1]。傳統(tǒng)的人工混凝土耗費(fèi)大量的人力物力，機(jī)制混凝土則可通過(guò)機(jī)器進(jìn)行大批量制造，縮短制作工期，大幅提高效率，節(jié)約人力和模具成本。在國(guó)外機(jī)制混凝土被廣泛使用，國(guó)內(nèi)對(duì)其研究目前還較少，所以研究機(jī)制混凝土性能的影響因素則顯得尤為重要。本文通過(guò)文獻(xiàn)研究法與專家調(diào)研法，確定了粉煤灰摻量、砂率、水灰比、養(yǎng)護(hù)方法四個(gè)影響因素[2-3]。并就其因素對(duì)機(jī)制混凝土性能的影響提出切實(shí)有效的建議，對(duì)機(jī)制混凝土的批量生產(chǎn)有著重要的實(shí)踐意義。

1 機(jī)制混凝土性能影響因素

為研究機(jī)制混凝土性能影響因素，引用某試驗(yàn)機(jī)構(gòu)在上海橫沙基地進(jìn)行的試驗(yàn)數(shù)據(jù)。其中試驗(yàn)所用材料包含安徽產(chǎn)的海螺牌32.5級(jí)普通硅酸鹽水泥，安徽產(chǎn)細(xì)度模數(shù)為2.5和2.2的中粗砂和細(xì)砂，級(jí)配為5～10 mm和5～16 mm的細(xì)骨料以及石洞口電廠生產(chǎn)的Ⅱ級(jí)粉煤灰。對(duì)各影響因素進(jìn)行了如下四項(xiàng)試驗(yàn)。

1.1 粉煤灰摻量

粉煤灰是煤在燃燒后煙氣中的細(xì)灰，可作為混凝土的摻合料進(jìn)行資源利用。其可減少用水量、水泥與細(xì)骨料使用量，改善拌合物的和易性，提高混凝土的抗?jié)B能力等。從成本來(lái)看,粉煤灰摻量越大成本越低；從外觀來(lái)看,粉煤灰摻量越大外觀越光潔。粉煤灰摻量與抗壓強(qiáng)度關(guān)系的研究結(jié)果見表1。

表1 粉煤灰摻量與混凝土抗壓強(qiáng)度試驗(yàn)表Table 1 Test table of fly ash content and concrete compressive strength

隨著粉煤灰摻量的增加，混凝土在3 d、7 d以及28 d各個(gè)期齡的強(qiáng)度均有所下降，且摻量越大早期強(qiáng)度越低。為使表面光潔、節(jié)約成本以及混凝土拌合物的和易性良好，應(yīng)適當(dāng)摻粉煤灰，由表1結(jié)果可知,粉煤灰的摻量以水泥用量的10%～20%為宜。

1.2 水灰比

水灰比指的是混凝土中水的用量與水泥用量在重量上的比值。引入水灰比的概念也是考慮到混凝土內(nèi)部的空隙率與裂縫數(shù)量是難以計(jì)算的，無(wú)法對(duì)施工起到指導(dǎo)意義，所以通過(guò)統(tǒng)計(jì)的方法得出水灰比與混凝土抗壓強(qiáng)度的關(guān)系，從而指導(dǎo)混凝土的配合比設(shè)計(jì)。水灰比過(guò)小會(huì)使水化熱較大，混凝土易開裂，混凝土的和易性較差，不利于現(xiàn)場(chǎng)施工操作；水灰比過(guò)大會(huì)降低混凝土的強(qiáng)度。在一定配合比(S：1 304 kg;G：580 kg;F：98 kg)下，水灰比與混凝土抗壓強(qiáng)度的研究結(jié)果見表2。

由表2可見，當(dāng)水灰比選定在0.47時(shí)混凝土抗壓強(qiáng)度最高，28 d平均強(qiáng)度在25 MPa以上，其他期齡時(shí)也表現(xiàn)較佳。

表2 水灰比與混凝土抗壓強(qiáng)度試驗(yàn)表Table 2 Test table of water cement ratio and concrete compressive strength

1.3 砂率

砂率是指混凝土中砂的質(zhì)量占砂、石總質(zhì)量的百分率。砂率變動(dòng)會(huì)影響混凝土的間隙率和總的表面積，對(duì)混凝土的和易性造成較大的影響。從成本來(lái)看,砂率越高會(huì)增加水泥用量,導(dǎo)致成本增加；從外觀來(lái)看,砂率越高構(gòu)件表面越平整。合理的砂率可以使得混凝土拌合物具有良好的保水性、粘聚性以及流動(dòng)性。表3是研究砂率與抗壓強(qiáng)度關(guān)系的試驗(yàn)結(jié)果。

表3 砂率與混凝土抗壓強(qiáng)度試驗(yàn)表Table 3 Test table of sand ratio and concrete compressive strength

從表3可以看出,隨著砂率增加，機(jī)制混凝土強(qiáng)度呈現(xiàn)出先增加后減小的態(tài)勢(shì)，這是因?yàn)楫?dāng)砂率較低時(shí)，混凝土和易性較差，不易成型密實(shí)；當(dāng)砂率較高時(shí)，容易造成拌和物離析，從而強(qiáng)度下降。當(dāng)砂率為50%左右時(shí)，混凝土各齡期的強(qiáng)度最高。

1.4 養(yǎng)護(hù)方法

混凝土的養(yǎng)護(hù)方法在整個(gè)混凝土工程中，是一項(xiàng)耗時(shí)最長(zhǎng)，對(duì)混凝土質(zhì)量影響最大的工作。本文對(duì)三種養(yǎng)護(hù)方法進(jìn)行了比較，即自然條件養(yǎng)護(hù)、標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)室中水養(yǎng)和40 ℃養(yǎng)護(hù)棚中養(yǎng)護(hù)。下面是一組配合比(W：157 kg;C：230 kg;S：1 286 kg;G：573 kg;F：148 kg)在三種條件下的1 d、3 d 、7 d和28 d的強(qiáng)度測(cè)試(見表4)。

試驗(yàn)數(shù)據(jù)表明,40 ℃養(yǎng)護(hù)棚中養(yǎng)護(hù)的混凝土在1 d后強(qiáng)度即可達(dá)到設(shè)計(jì)強(qiáng)度的35%以上。到了7 d至少可以達(dá)到設(shè)計(jì)強(qiáng)度的90%以上。由于試驗(yàn)自然環(huán)境溫度在30 ℃左右，所以自然條件養(yǎng)護(hù)與40 ℃養(yǎng)護(hù)棚中養(yǎng)護(hù)強(qiáng)度較為接近。標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)的早期強(qiáng)度要低一點(diǎn)，但是到28 d時(shí)，強(qiáng)度卻不比養(yǎng)護(hù)棚中養(yǎng)護(hù)的低，甚至還要高于同條件養(yǎng)護(hù)的，這是因?yàn)闃?biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)的試塊在水中養(yǎng)護(hù)，為水泥的水化反應(yīng)提供了足夠的水。這也說(shuō)明除了溫度外，水對(duì)于機(jī)制混凝土構(gòu)件的養(yǎng)護(hù)也是一個(gè)重要因素。

表4 養(yǎng)護(hù)方法與混凝土抗壓強(qiáng)度表Table 4 Table of maintenance method and concrete compressive strength

2 結(jié)論

(1) 對(duì)粉煤灰摻量的確定，首先要考慮強(qiáng)度因素，兼顧成本和美觀性，建議粉煤灰摻量在10%～20%較為合適。

(2) 水灰比在0.46～0.52之間質(zhì)量與表觀較好，當(dāng)水灰比選定在0.47時(shí)，即使粉煤灰摻量較高，機(jī)制混凝土在28 d時(shí)也能達(dá)到較高強(qiáng)度。

(3) 對(duì)砂率從強(qiáng)度來(lái)看,當(dāng)砂率為50%左右時(shí)，混凝土各齡期的強(qiáng)度最高，同時(shí)兼顧成本和美觀性，建議砂率為50%～65%較為合適。

(4) 養(yǎng)護(hù)中要注意早期強(qiáng)度增長(zhǎng)所需要的條件，由于40 ℃養(yǎng)護(hù)棚在早期養(yǎng)護(hù)的效果較好，標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)室在中后期養(yǎng)護(hù)效果較好，最理想的養(yǎng)護(hù)方式是在高溫棚中養(yǎng)護(hù)24 h后放置入標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)室中進(jìn)行水養(yǎng)。

參考文獻(xiàn)：

[1] 陳慰漢.高層建筑基礎(chǔ)底板大體積混凝土施工[J].科技風(fēng), 2010(16):167-168.

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[3] 郭健.機(jī)制砂混凝土性能影響因素分析[J].建筑工程技術(shù)與設(shè)計(jì),2014(2):243.