基于高抗折強度的蒸壓混凝土配合比優化

尹新平王 浩

普通混凝土配合比設計的方法有許多。我國普通混凝土配合比設計一般是按經驗查表先確定單位用水量和砂率，按混凝土絕對體積法或質量法計算出各材料組成。國內外不少學者也提出來獨特的設計方法，但這些方法大部分都更多強調混凝土抗壓強度。由于蒸壓混凝土在蒸壓過程中部分骨料參與水化反應等特殊性，蒸壓混凝土配合比應該與普通混凝土的配合比設計方法有所區別。本實驗用正交實驗設計方法進行配合比設計，以期獲得高抗折強度的蒸壓混凝土配合比。

一、原料與實驗方法

1.實驗原料

石有卵石、碎石兩種。粒徑為5mm～20mm，經5mm和10mm篩篩分成5mm～10mm和10mm～20mm兩種粒徑。碎石的主要礦物組成為方解石，卵石的主要礦物成分為石英，部分白色或黃色卵石的礦物組成為石英、方解石和白云石。砂選黃砂，其主要礦物組成為石英。砂粉為黃砂磨細，比表面積為400m2/kg，其主要礦物組成為石英。水泥由熟料摻加6%石膏磨細獲得，細度為345m2/kg。粉煤灰的細度為320m2/kg。鋼渣是自然冷卻鋼渣，干燥后球磨而成，細度為315m2/kg。礦渣是水淬礦渣干燥后球磨而成，細度為325m2/kg。植物纖維是通過普通包裝紙盒浸泡后獲得的細小有機纖維。減水劑選用聚羧酸鹽高效減水劑，減水率為28%。

2.樣品的成型與養護

成型。采用40mm×40mm×160mm的棱柱體試塊，3個一組，振動成型。

養護。將成型好的試塊在標準條件下靜置24小時，拆模后放入蒸壓釜蒸壓進行蒸壓處理。蒸壓制度為升溫1.5h——恒溫6h——降溫0.5h，恒溫溫度為184℃。

二、實驗結果與分析

1.正交試驗結果

粒徑為5mm～10mm和10mm～20mm的卵石比值取值0.5:0.5，固定漿集比0.30：0.68（孔隙率按2%計算），減水劑用量為水泥砂粉質量和的1.2%，以水膠比、摻和料摻量及砂率分別為三個因素，每個因素各選定四個水平，見表1，正交試驗方案及結果見表2，實驗結果的極差分析見表3。

表1 因素水平表

表2 正交實驗結果

表3 正交實驗結果的極差分析表

對抗折強度而言，比較各K值大小可知，摻和料優選砂粉，水膠比優選0.26,摻和料摻量優選水泥用量的30%，砂率優選0.42。根據極差R分析可知，各因素的主次順序為：水膠比，砂率，摻和料摻量，摻合料種類。

為了尋求最優配合比，對抗折強度優選的配合比和正交試驗中抗折強度最大的配合比進行實驗，結果見表4。

表4 配合比優選

表4結果表明，對抗折強度而言，優選砂粉作為摻和料，其摻量為30%，水膠比為0.26，砂率0.42。對抗壓強度而言，優選砂粉作為摻和料，其摻量為30%，水膠比為0.28，砂率 0.38。

2.蒸壓混凝土的纖維摻量

考慮蒸壓混凝土的抗折強度，根據上述正交試驗結果，確定以下蒸壓混凝土的配合比：粒徑為5mm～10mm和10mm～20mm的卵石比值取值0.5:0.5，固定漿集比0.30：0.68，減水劑用量為水泥砂粉質量和的1.2%的前提下，以砂粉作為摻和料，其摻量為30%，水膠比為0.26，砂率0.42。

基于現有理論，制品受拉(彎)斷裂時，纖維可提高混凝土的斷裂韌性。國內外在實際工程中己經使用的纖維的主要品種有鋼纖維、聚丙烯纖維、尼龍纖維、碳纖維、植物纖維、礦物纖維等。本實驗選用硅灰石和植物纖維為纖維原料。

（1）蒸壓混凝土中硅灰石的摻量

硅灰石摻量（占系統中水泥量的質量百分比）與混凝土抗折強度和抗壓強度關系如圖1、圖2所示。

圖1 硅灰石摻量與混凝土抗折強度關系

圖2 硅灰石摻量與混凝土抗壓強度關系

圖1可以看出，隨著硅灰石摻量的增加蒸壓混凝土抗折強度呈現明顯增強趨勢并在摻量為15%～20%時達到最高并趨于穩定，繼續增加摻量則抗折強度有所下降。當硅灰石摻量達到水泥用量的20%時，其蒸壓混凝土試樣的抗折強度提高40%以上。可見，硅灰石對蒸壓混凝土的抗折強度有顯著增強作用。

圖2可以看出，在實驗范圍內，隨著硅灰石摻量的增加，蒸壓混凝土試樣的抗壓強度略有增加，但抗壓強度值離散較大。

（2）蒸壓混凝土中植物纖維的摻量

植物纖維摻量（占系統中水泥量的質量百分比）與混凝土抗折強度和抗壓強度關系如圖3、圖4所示。

圖3 植物纖維摻量與混凝土抗折強度關系

圖3可以看出，隨著植物纖維摻量的增加蒸壓混凝土抗折強度呈現明顯增強趨勢并在摻量達到1.5%后，其抗折強度趨于穩定，其抗折強度提高的幅度為20%以上。

圖4 植物纖維摻量與混凝土抗壓強度關系

圖4顯示，植物纖維的摻入對蒸壓混凝土抗壓強度的影響較小。

三、結論

通過正交實驗得出最佳配合比，并以此配合比為依據研究纖維材料對蒸壓混凝土抗折強度的影響，結論如下：

粒徑為5～10mm和10～20mm的卵石比值取0.5:0.5，減水劑用量為水泥砂粉質量和的1.2%的前提下，對其抗折強度而言，以砂粉作為摻和料，其摻量為30%，固定漿集比取 0.30：0.68，水膠比為 0.26，砂率 0.42 為優化后的蒸壓混凝土配合比。

植物纖維和硅灰石均有利于蒸壓混凝土抗折強度的提高。

在優化配合比的基礎上，硅灰石的摻量以水泥質量的15%左右為宜，其抗折強度的提高幅度在30%以上，抗壓強度略有增加。

在優化配合比的基礎上，植物纖維的摻量以水泥質量的1.5%左右為宜，其抗折強度的提高幅度在20%以上，但抗壓強度增幅不明顯。