不同成型方式对混凝土强度的影响研究

佟大鹏

（黑龙江大学，黑龙江 哈尔滨 150080）

0 引言

我国基础设施建设领域实力不断加强，各类型混凝土已广泛应用于各项基础设施建设。长期以来，对混凝土的评价主要体现在强度和施工速度两方面，而对强度和速度背后的支撑指标却不够重视，尤其是其内部构造等指标。这主要是因为内部构造所带来的不利影响，如渗漏、强度不足、缝隙等是施工过程中所形成的，只能在事后进行检测，而在施工过程中却很难加以控制。究其原因，是施工过程不规范，更主要的是现场检测的标准不统一。施工现场试件多采用人工拌和或振捣棒密实成型；而在实验室中多采用振动台密实成型。就混凝土的各项性能指标分析来看，不同成型方式的受力形式不同，其检测出来的指标必然有着较大的差别，在工程中人工振捣的混凝土，其相关性能指标大多达不到实验室成型混凝土的指标。本文研究不同成型方式对混凝土强度的影响，为工程实际提出有效的参考。

1 原材料与配合比设计

本次实验以某在建小区内道路修建为实验基础，按照《公路土工实验规程》（JTG3430-2020）、《普通混凝土拌合物性能实验方法》（GB／T50080-2016）和《公路路面基层施工技术规范》（JTJ034-2018）的基本要求作为参照，采用不同成型方式制作统一标准的混凝土拌合物，按规范要求将混凝土坍落度确定为180mm、90mm、20mm三个标准，分别采用模仿实验室的振动台振捣、模仿施工现场的人工拌和以及模仿大体积混凝土施工的插入振捣三种方式振捣成型，然后对比7d和28d的标准养护时间下的混凝土强度，分析其强度的差值及形成原因。

1.1 实验配合比确定

首先进行混凝土配合比的设计。混凝土是由水泥、水、粗骨料、细骨料、外加剂组成的。根据《普通混凝土配合比设计规程》（JGJ55-2011），确定混凝土的水灰比为0.5，砂率0.3，水泥300kg，水180kg，粗骨料1100kg，细骨料700kg，结合施工现场的特点，分别掺加了2.5%、2.0%、1.5%比例的减水剂作为外加剂。混凝土采用标准的C30混凝土。

1.2 实验步骤

混凝土的拌合选用搅拌机进行，注意拌合量不大于搅拌机容量的80%。首先在拌合前，与设计混凝土拌和比的砂浆用相同的拌合物进行预拌，使搅拌机内壁挂浆，然后依次加入粗骨料、细骨料、水泥和水等原料，搅拌2～3min；然后加入加水稀释的减水剂溶液，再搅拌2min。将拌合物分三层装入标准的坍落度筒（顶面直径100mm、底面直径200mm、高300mm），每装入一层，用振捣棒垂直振捣25次，然后用刀具将拌合物沿刀面抹平，将坍落度筒徐徐提起，当不再继续坍落时量取坍落度。

1.3 振捣制度

将符合坍落度要求的混凝土拌合物装入模具中，在自由堆积状态下与模具表面齐平，开始准备测得混凝土的强度。混凝土在进行振捣时，结合工程实际，采用人工普通搅拌和振动机械搅拌两种搅拌形式。振捣时长是将振捣棒完全插入试件后的持续振捣时间，持续振捣30s。

振捣完成后，将试件放入蒸汽养护室至初凝7d、终凝28d，取出后进行抗压强度的实验。实验数据见表1。

表1 混凝土实验数据

2 不同成型方式对抗压强度的影响

按照《普通混凝土长期性能和耐久性能实验方法标准》(GBT50082-2009）设计混凝土拌合物的搅拌方式，实验采用振动与不振动两组不同拌和强度，选择180mm、90mm、20mm坍落度，选择振动台、振捣棒、人工拌和三种拌和方式，在分别进行7d和28d的蒸气养护后，对拌合物进行抗压强度实验，并分析实验数据。

2.1 不同成型方式的抗压强度实验

2.1.1 养护7d的实验结果

混凝土试件在养护7d后，拌合物表面达到初凝，处于较密实的塑性状态，振动作用力能使细骨料更好地填充孔隙，使拌合物更加密实，同时水泥的水化反应在不断生成，外加剂也在不断进行化学反应，使混凝土拌合物的强度不断提高。对比实验数据看出：有振动强度组的抗压强度要高于无振动强度组。坍落度为180mm的数据组，振动台组的抗压强度最高，而人工拌和和振捣棒组抗压强度差别不大。坍落度为90mm的数据组，同样振动台组抗压强度最大，振动状态下振动台组和振捣棒组差别不大，明显高于人工拌和组，在无振动状态下各抗压强度差别明显，但在振动状态下三组数据抗压强度相接近，振动状态下抗压强度较非振动状态提升明显。坍落度为20mm的数据组，振动台抗压强度最大，振捣棒组抗压强度也高于人工拌和，振动状态下较非振动状态强度差值最大，甚至超过80%。

2.1.2 养护28d的实验结果

混凝土在养护28d后，水泥与水生成化学反应已经结束，外加剂化学反应已完成，此时水泥已完全包裹住粗骨料，骨料之间的缝隙被细骨料所填满，混凝土拌合物各项强度指标已基本成型。坍落度为180mm的数据中，振动台组的抗压强度最高，且各组间振动与非振动组的强度与7d养护的差值基本保持一致。振捣棒组的抗压强度略高于人工拌和。坍落度为90mm组的数据中，振动台组强度增值高于其他两组，且较7d养护抗压强度增幅明显。振捣棒和人工拌和的抗压强度增幅稳定，且振捣棒组抗压强度略高于人工拌和。坍落度为20mm组的数据中，抗压强度均增幅近30%，且此时各组间抗压强度的差值又恢复到相接近的状态，没有出现90mm组那样振动台过高的现象。

2.1.3 实验数据分析

本次实验采用振动台、人工拌和、振捣棒三种成型方式，对应混凝土拌合物养护周期为7d和28d，然后对拌合物进行抗压实验，针对抗压强度的数据，进行分析得到以下结论：

（1）对于不同振动强度的实验结果可得出，振动下拌合物的抗压强度明显高于非振动的拌合物。这主要是振动使流态拌合物中的骨料保持振动，从而避免了粗骨料发生离析的现象，使拌合物始终保持密实的状态。而对于无振幅组，其拌合后静置时间内骨料下沉，拌合物中产生缝隙，发生离析现象，从而降低了拌合物的各项强度指标。因为模板尺寸限制，离析现象不明显，如果是大体积试块，离析现象会更加明显。

（2）对于不同坍落度组的试件，就实验数据来看，7d养护时，振动台振动时坍落度20mm时抗压强度最大，坍落度80mm时抗压强度最小；而振捣棒拌和时三组抗压强度相接近；人工拌和时无振动状态下坍落度180mm和20mm组抗压强度相接近且略高，而振动状态下是振动台组抗压强度最高。在28d养护时，振动台无振动时20mm组抗压强度最大，80mm组抗压强度最小，而振动时180mm组和20mm组相接近且强度最高；振捣棒组中无振动下20mm组抗压强度最高，振动情况下180mm组和20mm组相接近；人工拌和组无振动下20mm组抗压强度最大，振动下20mm抗压强度最大。

分析得出：在模板范围内，不同坍落度的区别在于拌合用水的区别，坍落度越大的拌合物流动性越大，所以VB值越大，而坍落度越小的拌合物骨料越多，其成型时间越短，骨料性能也就越快发挥作用。所以从实验数据中呈现高、低两个坍落度值有时会高于中间80mm坍落度的情况。

（3）对比不同的成型方式，振动台的抗压强度是最大的，当无振幅时拌合物的抗压强度明显高于其他两种形式，而在有振幅时则差值不明显；而对于振捣棒拌和，则有无振幅的拌合物抗压强度差值不明显；对于人工拌和，无振幅时抗压强度差值不大，而有振幅时坍落度为180mm和20mm时抗压强度最大。

而同样受力的试件中，由于振捣棒在模板边角位置存在作用力外角的作用，在边角存在振动力盲区，边角有不均匀的情况，所以抗压强度会低于振动台。而人工拌和同样存在受力不均的情况，且不及振捣棒有足够的振幅，所以拌和过程中更加的不均匀，就出现了无振幅时抗压强度与振捣棒相接近，有振幅时抗压强度低于振捣棒的情况，但在高、低坍落度时同样受流动性、骨料密实度等因素影响。

2.2 不同成型方式对混凝土抗压强度的影响分析

根据实验分析，得出不同成型方式对混凝土拌合物的抗压强度的影响，所以在日常工程中，规范或实验中得出的数据同现实工程中的数据还是有差别的。在无振动拌和时拌合物是自然成型的，试件内部的水泥没有完全包裹住粗骨料，使拌合物中内部孔隙中的气泡不能及时排出，所以成型后密实度有限，抗压强度也随之受限。而在振动搅拌作用下，振动台受力均匀，在不同坍落度的情况下抗压强度变化不大，可见内部作用力均匀稳定。而振捣棒和人工拌和时，7d养护后强度差值不大，而28d养护后的抗压强度明显低于振动台的拌和，可见其内部有明显的未受力位置，致使骨料间存在缝隙，形成不够密实的区域，按振捣棒作用力范围和人工拌和的受力特点来看，受力不均的位置应该在模板外侧，试件边缘的位置。或者说拌合物中骨料间呈非固定的运动轨迹[1-4]。

3 结束语

通过本次实验得出结论：工程实际中采用的人工拌和和振捣棒振捣在试件外侧存在着作用力不均的情况，所以其工程强度必然受到影响。而振动台由于是均匀振动，使作用力能均匀地作用到模板边缘，所以试件强度偏高。所以在日常工程实际中，应注意不同成型方式对混凝土拌合物强度的影响，应加强模板内侧的振捣强度和频率，减小和实验室振动台数据的差值。

本次实验还受其他因素影响，如振幅频率、振动时间以及其他的偶然因素。在日常的工程实践中，应加强对实际混凝土工程边缘位置的振捣强度，减小离析现象的发生，同时加强施工的规范性，必要时应提升施工标准，避免对工程产生不利影响。