預(yù)制混凝土護(hù)坡砌塊的質(zhì)量狀況和性能檢驗(yàn)

鄭冬保

（安徽省·水利部淮委水利科學(xué)研究院 蚌埠 233000）

預(yù)制混凝土護(hù)坡砌塊的質(zhì)量狀況和性能檢驗(yàn)

鄭冬保

（安徽省·水利部淮委水利科學(xué)研究院 蚌埠 233000）

預(yù)制混凝土護(hù)坡砌塊已廣泛應(yīng)用于工程護(hù)坡，為了解其質(zhì)量現(xiàn)狀，摸索其性能檢驗(yàn)方法，文章通過對試驗(yàn)過程和數(shù)據(jù)的統(tǒng)計(jì)分析，對預(yù)制混凝土護(hù)坡砌塊的質(zhì)量狀況進(jìn)行總結(jié)，探究科學(xué)的檢驗(yàn)手段。

預(yù)制混凝土 護(hù)坡 砌塊 檢驗(yàn) 質(zhì)量

1 概述

預(yù)制混凝土護(hù)坡砌塊產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)的欠缺導(dǎo)致其沒有統(tǒng)一的性能指標(biāo)和技術(shù)要求，工程實(shí)際應(yīng)用中無章可循，質(zhì)量控制隨意性較大。為了調(diào)查研究預(yù)制混凝土護(hù)坡砌塊產(chǎn)品的技術(shù)性能和檢驗(yàn)方法的合理性、科學(xué)性，保證不同產(chǎn)品性能對比的一致性，進(jìn)行廣泛的采樣和大量的試驗(yàn)研究，對成果進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，總結(jié)預(yù)制混凝土護(hù)坡砌塊的性能現(xiàn)狀，對尋求科學(xué)統(tǒng)一的檢驗(yàn)方法進(jìn)行闡述和探討。

2 物理性能試驗(yàn)

2.1 試驗(yàn)內(nèi)容

預(yù)制混凝土護(hù)坡砌塊物理性能試驗(yàn)項(xiàng)目包括：抗壓強(qiáng)度、抗折強(qiáng)度、體積密度、吸水率、慢凍試驗(yàn)、快凍試驗(yàn)。

2.2 試樣采集

為了保證預(yù)制混凝土護(hù)坡砌塊試樣具有廣泛的代表性，共籌集了5家生產(chǎn)單位的砌塊試樣，5家單位分布于全國不同的地區(qū)，共有8種不同規(guī)格類型的砌塊試樣，確認(rèn)接收后分別進(jìn)行了編號，依次按生產(chǎn)單位及規(guī)格類型區(qū)分編號為 1#～8#。

2.3 試件分布和標(biāo)記

制作試件時(shí)，在同一砌塊上盡量制作出用于同一試驗(yàn)項(xiàng)目的各種尺寸的試件，即力求使每種尺寸的試件都能分布到同一砌塊上。對于同一規(guī)格類型（即上述2.2條中同一編號）的試樣，對每一砌塊進(jìn)行了編號標(biāo)記，以示區(qū)分。對從同一砌塊上制取的同種尺寸的試件，按照試件的個(gè)數(shù)進(jìn)行編號標(biāo)記。從而，對于同一尺寸的試件，每個(gè)試件都有唯一的三級編號。例如：編號為“2-2-2”尺寸為160mm×80mm×40mm的長方體試件，表示從規(guī)格類型編號為2的第2個(gè)砌塊上制取的第2個(gè)160mm×80mm×40mm的長方體試件。

2.4 試驗(yàn)結(jié)果

（1）8種試樣的40mm×40mm×40mm立方體抗壓強(qiáng)度平均值范圍為18.6～51.3MPa。

（2）8種試樣的抗折強(qiáng)度平均值范圍為5.1～8.8MPa，單組抗折強(qiáng)度最小為4.5MPa，最大為9.4MPa。

（3）8種試樣的干燥體積密度平均值范圍為2037～2235kg/m3，單組干燥體積密度最小為1999kg/m3，最大為2257kg/m3。僅有3#和5#試樣的160mm×80mm×40mm試件干燥體積密度平均值超過2200kg/m3。

5種試樣的自然干燥體積密度平均值范圍為2159～2290kg/m3。

（4）8種試樣的吸水率平均值范圍為2.9%～7.2%，單組吸水率最小為2.0%，最大為7.4%。

（5）慢凍試驗(yàn)凍融循環(huán)次數(shù)均達(dá)到和超過100次。

（6）快凍試驗(yàn)結(jié)果：160mm×40mm×40mm試件：1#、2#、6#、8#試樣的快凍凍融循環(huán)次數(shù)均小于25次，4#試樣位于25～50次，7#試樣位于50～75次，3#和5#試樣均達(dá)到75次。8種試樣凍融循環(huán)次數(shù)最大達(dá)到75次，最小的不到25次。

400mm×100mm×100mm試件：8#試樣的快凍凍融循環(huán)次數(shù)位于25～50次，2#試樣達(dá)到50次，7#試樣位于75～100次。

從2#、7#和8#試樣的快凍凍融循環(huán)次數(shù)可以看出，同一試樣400mm×100mm×100mm試件比160mm×40mm×40mm試件的凍融循環(huán)次數(shù)約高25次。

3 試驗(yàn)結(jié)果統(tǒng)計(jì)分析和試件規(guī)格確定

3.1 抗壓強(qiáng)度

試驗(yàn)采用的4種尺寸試件中，有100mm×100mm×100mm的立方體試件和Φ100mm×100mm芯樣試件分別在普通混凝土抗壓強(qiáng)度試驗(yàn)方法和芯樣強(qiáng)度試驗(yàn)方法中被采用。為了使各種尺寸試件的結(jié)果與常規(guī)概念的混凝土性能指標(biāo)具有可比性，找出結(jié)果換算系數(shù)，對實(shí)體2#、8#試樣進(jìn)行了大量試件的抗壓強(qiáng)度試驗(yàn)。

以 R40、R160、R100、R150和 Rφ100分別表示 40mm×40mm×40mm立方體試件、160mm×80mm×40mm長方體試件、100mm×100mm×100mm立方體試件、標(biāo)準(zhǔn)150mm×150mm×150mm立方體試件和Φ100mm×100mm芯樣試件抗壓強(qiáng)度，其中 R40=0.8782R100、R160=0.6172R100、Rφ100=0.9015R100，而普通混凝土抗壓強(qiáng)度試驗(yàn)方法中R100×0.95=R150，將R100等量 代 換 可 得 到 R150=R40×（0.95/0.8782）=1.0818R40，R150=R160×（0.95/0.6172）=1.5392R160，R150=Rφ100×（0.95/0.9015）=1.0538Rφ100。即 40mm×40mm×40mm立方體試件、160mm×80mm×40mm長方體試件和Φ100mm×100mm芯樣試件抗壓強(qiáng)度值尺寸換算系數(shù)分別為1.0818、1.5392和1.0538。Φ100mm×100mm芯樣試件抗壓強(qiáng)度值尺寸換算系數(shù)1.0538與相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)中1.0很接近，保留兩位小數(shù)為1.05，40mm×40mm×40mm立方體試件和160mm×80mm×40mm長方體試件抗壓強(qiáng)度值尺寸換算系數(shù)保留兩位小數(shù)分別為1.08和1.54。

鑒于大部分國內(nèi)標(biāo)準(zhǔn)中抗壓強(qiáng)度試驗(yàn)均采用立方體或圓柱體試件，所以160mm×80mm×40mm長方體試件不宜采用。總之，對于不能制作出100mm×100mm×100mm、標(biāo)準(zhǔn)150mm×150mm×150mm立方體試件和Φ100mm×100mm芯樣試件中任何一種的砌塊試樣，推薦抗壓強(qiáng)度試件為40mm×40mm×40mm立方體試件，抗壓強(qiáng)度值尺寸換算系數(shù)為1.08；對于能夠制作出100mm×100mm×100mm、標(biāo)準(zhǔn) 150mm×150mm×150mm立方體試件和Φ100mm×100mm芯樣試件中任何一種的砌塊試樣，采用Φ100mm×100mm芯樣試件時(shí)抗壓強(qiáng)度值尺寸換算系數(shù)為1.05，100mm×100mm×100mm、標(biāo)準(zhǔn) 150mm×150mm×150mm立方體試件抗壓強(qiáng)度試驗(yàn)按普通混凝土抗壓強(qiáng)度試驗(yàn)方法中規(guī)定執(zhí)行。

3.2 抗折強(qiáng)度

在此次試驗(yàn)采用的3種尺寸試件中，僅有400mm×100mm×100mm的長方體試件在普通混凝土抗折強(qiáng)度試驗(yàn)方法中被采用。為了使各種尺寸試件的結(jié)果與常規(guī)概念的混凝土性能指標(biāo)具有可比性，找出結(jié)果換算系數(shù)，繪出實(shí)體2#試樣的160mm×40mm×40mm長方體試件與400mm×100mm×100mm長方體試件抗折強(qiáng)度的關(guān)系如圖1所示。1#～7#試樣的 160mm×40mm×40mm長方體試件與160mm×80mm×40mm長方體試件抗折強(qiáng)度的關(guān)系如圖2所示。以Rf40、Rf160和Rf400分別表示160mm×40mm×40mm長方體試件、160mm×80mm×40mm長方體試件和400mm×100mm×100mm長方體試件抗折強(qiáng)度，圖1中Rf40=1.0733 Rf400、圖 2中 Rf40=0.9345Rf160，等量代換可得 Rf160=Rf400×（1.0733/0.9345）=1.1485Rf400。普通混凝土抗折強(qiáng)度試驗(yàn)方法中400mm×100mm×100mm長方體試件抗折強(qiáng)度與標(biāo)準(zhǔn)試件的尺寸換算系數(shù)為0.85，以Rf表示標(biāo)準(zhǔn)試件的抗折強(qiáng)度，即有 0.85Rf400=Rf。所以 Rf=0.85Rf400=Rf160×（0.85/1.1485）=0.7401Rf160，Rf=0.85Rf400=Rf40×（0.85/1.0733）=0.7920Rf40。即160mm×80mm×40mm長方體試件和160mm×40mm×40mm長方體試件抗折強(qiáng)度值尺寸換算系數(shù)分別為0.7401和0.7920，保留兩位小數(shù)分別為0.74和0.79。

總之，對于不能制作出400mm×100mm×100mm長方體試件的砌塊試樣，抗折強(qiáng)度采用160mm×80mm×40mm長方體試件時(shí)抗折強(qiáng)度值尺寸換算系數(shù)為0.74；采用160mm×40mm×40mm長方體試件時(shí)抗折強(qiáng)度值尺寸換算系數(shù)為0.79。對于能夠制作出400mm×100mm×100mm長方體試件的砌塊試樣，抗折強(qiáng)度試驗(yàn)按普通混凝土抗折強(qiáng)度試驗(yàn)方法中規(guī)定執(zhí)行。

3.3 體積密度

3.3.1 干燥體積密度

圖1 160mm×40mm×40mm長方體試件與400mm×100mm×100mm長方體試件抗折強(qiáng)度關(guān)系曲線圖

從實(shí)體2#、7#和8#試樣同一砌塊上的40mm×40mm×40mm、100mm×100mm×100mm立方體試件和Φ100mm×100mm芯樣試件干燥體積密度分別與160mm×80mm×40mm長方體試件干燥體積密度的實(shí)驗(yàn)結(jié)果關(guān)系可以看出，40mm×40mm×40mm、100mm×100mm×100mm立方體試件和Φ100mm×100mm芯樣試件干燥體積密度與160mm×80mm×40mm長方體試件干燥體積密度的關(guān)系系數(shù)均接近于1.0，即4種不同尺寸試件的干燥體積密度結(jié)果幾乎一致。所以，無論采用40mm×40mm×40mm、100mm×100mm×100mm立方體試件、Φ100mm×100mm芯樣試件和160mm×80mm×40mm長方體試件中哪種試件，對砌塊干燥體積密度試驗(yàn)的結(jié)果幾乎沒有影響，也就是說砌塊試樣干燥體積密度試驗(yàn)可以直接采用以上4種尺寸試件中的任何一種。

3.3.2 自然干燥體積密度

5種試樣的自然干燥體積密度平均值范圍為2159～2290kg/m3。

3.4 吸水率

從實(shí)體2#、7#和8#試樣同一砌塊上的40mm×40mm×40mm、100mm×100mm×100mm立方體試件和Φ100mm×100mm芯樣試件分別與160mm×80mm×40mm長方體試件常溫吸水率的實(shí)驗(yàn)結(jié)果關(guān)系可以看出，40mm×40mm×40mm、100mm×100mm×100mm立方體試件和Φ100mm×100mm芯樣試件與160mm×80mm×40mm長方體試件吸水率的關(guān)系系數(shù)分別為1.0516、0.9036、1.0139，也就是同一試樣不同尺寸試件吸水率試驗(yàn)結(jié)果從大到小依次為40mm×40mm×40mm立方體試件、Φ100mm×100mm芯樣試件、160mm×80mm×40mm長方體試件、100mm×100mm×100mm立方體試件。即40mm×40mm×40mm立方體試件吸水率最大，參照相關(guān)巖石吸水率試驗(yàn)方法中吸水率試件采用小尺寸立方體試件，故推薦砌塊試樣吸水率也采用40mm×40mm×40mm立方體試件。

3.5 慢凍試驗(yàn)

圖2 160mm×40mm×40mm長方體試件與160mm×80mm×40mm長方體試件抗折強(qiáng)度關(guān)系曲線圖

幾種砌塊試樣的慢凍試驗(yàn)結(jié)果表明：慢凍試驗(yàn)凍融循環(huán)次數(shù)均達(dá)到和超過100次。100次凍融循環(huán)試驗(yàn)后重量幾乎均未損失，反而部分試件有所增加，抗壓強(qiáng)度損失率均未達(dá)到25%；4種尺寸試件試驗(yàn)結(jié)果之間的關(guān)系不是很明顯。為了與抗壓強(qiáng)度試件保持一致，推薦慢凍試件為：對于不能制作出100mm×100mm×100mm立方體試件和Φ100mm×100mm芯樣試件的砌塊試樣，慢凍試驗(yàn)試件為40mm×40mm×40mm立方體試件；對于能夠制作出100mm×100mm×100mm立方體試件和Φ100mm×100mm芯樣試件的砌塊試樣，根據(jù)需要和實(shí)際情況選擇其中一種試件。與普通混凝土相比，預(yù)制混凝土護(hù)坡砌塊成型拌和物屬于干硬性混凝土，流動性相對很小，均勻性較差，所以從同一成品砌塊上制取的不同試件的抗壓強(qiáng)度有一定的差異，這一點(diǎn)從抗壓強(qiáng)度結(jié)果中也可看出。這給慢凍試驗(yàn)前凍融試件和對比試件的選取帶來困難，很難保證凍融試件與對比試件抗壓強(qiáng)度的一致，即使均取自同一砌塊。因此，慢凍試驗(yàn)方法是否適用于檢驗(yàn)預(yù)制混凝土護(hù)坡砌塊的抗凍性能值得進(jìn)一步探討。

3.6 快凍試驗(yàn)

對于能夠制作出400mm×100mm×100mm棱柱體試件的砌塊試樣，快凍試驗(yàn)采用該種尺寸的試件，不能制作時(shí)采用160mm×40mm×40mm棱柱體試件并相應(yīng)的進(jìn)行結(jié)果換算。

對比同一編號試樣的快凍和慢凍試驗(yàn)結(jié)果，可以看出快凍凍融循環(huán)次數(shù)明顯少于慢凍，這可能是因?yàn)榭靸鲈囼?yàn)的降溫速度比慢凍試驗(yàn)快，且凍結(jié)終了時(shí)快凍試驗(yàn)試件的中心溫度比慢凍試驗(yàn)低。在試驗(yàn)過程中，檢測了凍結(jié)終了時(shí)400mm×100mm×100mm試件的中心溫度，快凍試驗(yàn)比慢凍試驗(yàn)低1℃～2℃。

4 結(jié)語

用于試驗(yàn)的預(yù)制混凝土護(hù)坡砌塊試樣來源于全國不同產(chǎn)地，試驗(yàn)結(jié)果基本全面、客觀地反映了國內(nèi)預(yù)制混凝土護(hù)坡砌塊的質(zhì)量現(xiàn)狀。通過統(tǒng)計(jì)分析實(shí)驗(yàn)結(jié)果，總結(jié)了抗壓強(qiáng)度、抗折強(qiáng)度、體積密度、吸水率、慢凍試驗(yàn)、快凍試驗(yàn)的試件尺寸。但限于取樣范圍有限，不能涵蓋全國大部分預(yù)制混凝土護(hù)坡砌塊產(chǎn)品，故其合理的性能檢驗(yàn)方法還有待大量的試驗(yàn)研究，以致最終出臺產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)來確定