機制混凝土性能影響因素分析

楊艷燕, 李傳凱, 賀 凱

(長江航道規劃設計研究院，湖北 武漢 430040)

混凝土是土木工程中最重要的材料之一，對于整個土木工程的發展起到重要作用[1]。傳統的人工混凝土耗費大量的人力物力，機制混凝土則可通過機器進行大批量制造，縮短制作工期，大幅提高效率，節約人力和模具成本。在國外機制混凝土被廣泛使用，國內對其研究目前還較少，所以研究機制混凝土性能的影響因素則顯得尤為重要。本文通過文獻研究法與專家調研法，確定了粉煤灰摻量、砂率、水灰比、養護方法四個影響因素[2-3]。并就其因素對機制混凝土性能的影響提出切實有效的建議，對機制混凝土的批量生產有著重要的實踐意義。

1 機制混凝土性能影響因素

為研究機制混凝土性能影響因素，引用某試驗機構在上海橫沙基地進行的試驗數據。其中試驗所用材料包含安徽產的海螺牌32.5級普通硅酸鹽水泥，安徽產細度模數為2.5和2.2的中粗砂和細砂，級配為5～10 mm和5～16 mm的細骨料以及石洞口電廠生產的Ⅱ級粉煤灰。對各影響因素進行了如下四項試驗。

1.1 粉煤灰摻量

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

表1 粉煤灰摻量與混凝土抗壓強度試驗表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各個期齡的強度均有所下降，且摻量越大早期強度越低。為使表面光潔、節約成本以及混凝土拌合物的和易性良好，應適當摻粉煤灰，由表1結果可知,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部的空隙率與裂縫數量是難以計算的，無法對施工起到指導意義，所以通過統計的方法得出水灰比與混凝土抗壓強度的關系，從而指導混凝土的配合比設計。水灰比過小會使水化熱較大，混凝土易開裂，混凝土的和易性較差，不利于現場施工操作；水灰比過大會降低混凝土的強度。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度的研究結果見表2。

由表2可見，當水灰比選定在0.47時混凝土抗壓強度最高，28 d平均強度在25 MPa以上，其他期齡時也表現較佳。

表2 水灰比與混凝土抗壓強度試驗表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量占砂、石總質量的百分率。砂率變動會影響混凝土的間隙率和總的表面積，對混凝土的和易性造成較大的影響。從成本來看,砂率越高會增加水泥用量,導致成本增加；從外觀來看,砂率越高構件表面越平整。合理的砂率可以使得混凝土拌合物具有良好的保水性、粘聚性以及流動性。表3是研究砂率與抗壓強度關系的試驗結果。

表3 砂率與混凝土抗壓強度試驗表Table 3 Test table of sand ratio and concrete compressive strength

從表3可以看出,隨著砂率增加，機制混凝土強度呈現出先增加后減小的態勢，這是因為當砂率較低時，混凝土和易性較差，不易成型密實；當砂率較高時，容易造成拌和物離析，從而強度下降。當砂率為50%左右時，混凝土各齡期的強度最高。

1.4 養護方法

混凝土的養護方法在整個混凝土工程中，是一項耗時最長，對混凝土質量影響最大的工作。本文對三種養護方法進行了比較，即自然條件養護、標準養護室中水養和40 ℃養護棚中養護。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的強度測試(見表4)。

試驗數據表明,40 ℃養護棚中養護的混凝土在1 d后強度即可達到設計強度的35%以上。到了7 d至少可以達到設計強度的90%以上。由于試驗自然環境溫度在30 ℃左右，所以自然條件養護與40 ℃養護棚中養護強度較為接近。標準養護的早期強度要低一點，但是到28 d時，強度卻不比養護棚中養護的低，甚至還要高于同條件養護的，這是因為標準養護的試塊在水中養護，為水泥的水化反應提供了足夠的水。這也說明除了溫度外，水對于機制混凝土構件的養護也是一個重要因素。

表4 養護方法與混凝土抗壓強度表Table 4 Table of maintenance method and concrete compressive strength

2 結論

(1) 對粉煤灰摻量的確定，首先要考慮強度因素，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之間質量與表觀較好，當水灰比選定在0.47時，即使粉煤灰摻量較高，機制混凝土在28 d時也能達到較高強度。

(3) 對砂率從強度來看,當砂率為50%左右時，混凝土各齡期的強度最高，同時兼顧成本和美觀性，建議砂率為50%～65%較為合適。

(4) 養護中要注意早期強度增長所需要的條件，由于40 ℃養護棚在早期養護的效果較好，標準養護室在中后期養護效果較好，最理想的養護方式是在高溫棚中養護24 h后放置入標準養護室中進行水養。

參考文獻：

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

[2] 徐海煒.混凝土強度影響因素分析與評定方法研究[D].哈爾濱:東北林業大學,2009.

[3] 郭健.機制砂混凝土性能影響因素分析[J].建筑工程技術與設計,2014(2):243.