机制混凝土性能影响因素分析

杨艳燕, 李传凯, 贺 凯

(长江航道规划设计研究院，湖北 武汉 430040)

混凝土是土木工程中最重要的材料之一，对于整个土木工程的发展起到重要作用[1]。传统的人工混凝土耗费大量的人力物力，机制混凝土则可通过机器进行大批量制造，缩短制作工期，大幅提高效率，节约人力和模具成本。在国外机制混凝土被广泛使用，国内对其研究目前还较少，所以研究机制混凝土性能的影响因素则显得尤为重要。本文通过文献研究法与专家调研法，确定了粉煤灰掺量、砂率、水灰比、养护方法四个影响因素[2-3]。并就其因素对机制混凝土性能的影响提出切实有效的建议，对机制混凝土的批量生产有着重要的实践意义。

1 机制混凝土性能影响因素

为研究机制混凝土性能影响因素，引用某试验机构在上海横沙基地进行的试验数据。其中试验所用材料包含安徽产的海螺牌32.5级普通硅酸盐水泥，安徽产细度模数为2.5和2.2的中粗砂和细砂，级配为5～10 mm和5～16 mm的细骨料以及石洞口电厂生产的Ⅱ级粉煤灰。对各影响因素进行了如下四项试验。

1.1 粉煤灰掺量

粉煤灰是煤在燃烧后烟气中的细灰，可作为混凝土的掺合料进行资源利用。其可减少用水量、水泥与细骨料使用量，改善拌合物的和易性，提高混凝土的抗渗能力等。从成本来看,粉煤灰掺量越大成本越低；从外观来看,粉煤灰掺量越大外观越光洁。粉煤灰掺量与抗压强度关系的研究结果见表1。

表1 粉煤灰掺量与混凝土抗压强度试验表Table 1 Test table of fly ash content and concrete compressive strength

随着粉煤灰掺量的增加，混凝土在3 d、7 d以及28 d各个期龄的强度均有所下降，且掺量越大早期强度越低。为使表面光洁、节约成本以及混凝土拌合物的和易性良好，应适当掺粉煤灰，由表1结果可知,粉煤灰的掺量以水泥用量的10%～20%为宜。

1.2 水灰比

水灰比指的是混凝土中水的用量与水泥用量在重量上的比值。引入水灰比的概念也是考虑到混凝土内部的空隙率与裂缝数量是难以计算的，无法对施工起到指导意义，所以通过统计的方法得出水灰比与混凝土抗压强度的关系，从而指导混凝土的配合比设计。水灰比过小会使水化热较大，混凝土易开裂，混凝土的和易性较差，不利于现场施工操作；水灰比过大会降低混凝土的强度。在一定配合比(S：1 304 kg;G：580 kg;F：98 kg)下，水灰比与混凝土抗压强度的研究结果见表2。

由表2可见，当水灰比选定在0.47时混凝土抗压强度最高，28 d平均强度在25 MPa以上，其他期龄时也表现较佳。

表2 水灰比与混凝土抗压强度试验表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质量占砂、石总质量的百分率。砂率变动会影响混凝土的间隙率和总的表面积，对混凝土的和易性造成较大的影响。从成本来看,砂率越高会增加水泥用量,导致成本增加；从外观来看,砂率越高构件表面越平整。合理的砂率可以使得混凝土拌合物具有良好的保水性、粘聚性以及流动性。表3是研究砂率与抗压强度关系的试验结果。

表3 砂率与混凝土抗压强度试验表Table 3 Test table of sand ratio and concrete compressive strength

从表3可以看出,随着砂率增加，机制混凝土强度呈现出先增加后减小的态势，这是因为当砂率较低时，混凝土和易性较差，不易成型密实；当砂率较高时，容易造成拌和物离析，从而强度下降。当砂率为50%左右时，混凝土各龄期的强度最高。

1.4 养护方法

混凝土的养护方法在整个混凝土工程中，是一项耗时最长，对混凝土质量影响最大的工作。本文对三种养护方法进行了比较，即自然条件养护、标准养护室中水养和40 ℃养护棚中养护。下面是一组配合比(W：157 kg;C：230 kg;S：1 286 kg;G：573 kg;F：148 kg)在三种条件下的1 d、3 d 、7 d和28 d的强度测试(见表4)。

试验数据表明,40 ℃养护棚中养护的混凝土在1 d后强度即可达到设计强度的35%以上。到了7 d至少可以达到设计强度的90%以上。由于试验自然环境温度在30 ℃左右，所以自然条件养护与40 ℃养护棚中养护强度较为接近。标准养护的早期强度要低一点，但是到28 d时，强度却不比养护棚中养护的低，甚至还要高于同条件养护的，这是因为标准养护的试块在水中养护，为水泥的水化反应提供了足够的水。这也说明除了温度外，水对于机制混凝土构件的养护也是一个重要因素。

表4 养护方法与混凝土抗压强度表Table 4 Table of maintenance method and concrete compressive strength

2 结论

(1) 对粉煤灰掺量的确定，首先要考虑强度因素，兼顾成本和美观性，建议粉煤灰掺量在10%～20%较为合适。

(2) 水灰比在0.46～0.52之间质量与表观较好，当水灰比选定在0.47时，即使粉煤灰掺量较高，机制混凝土在28 d时也能达到较高强度。

(3) 对砂率从强度来看,当砂率为50%左右时，混凝土各龄期的强度最高，同时兼顾成本和美观性，建议砂率为50%～65%较为合适。

(4) 养护中要注意早期强度增长所需要的条件，由于40 ℃养护棚在早期养护的效果较好，标准养护室在中后期养护效果较好，最理想的养护方式是在高温棚中养护24 h后放置入标准养护室中进行水养。

参考文献：

[1] 陈慰汉.高层建筑基础底板大体积混凝土施工[J].科技风, 2010(16):167-168.

[2] 徐海炜.混凝土强度影响因素分析与评定方法研究[D].哈尔滨:东北林业大学,2009.

[3] 郭健.机制砂混凝土性能影响因素分析[J].建筑工程技术与设计,2014(2):243.