淺談影響混凝土折壓比的因素

姜連甲，殷繼偉，馬永勝

（1. 哈爾濱精典新型干混建材科技有限公司，黑龍江 哈爾濱 150070；2. 哈爾濱佳連混凝土技術開發有限公司，黑龍江 哈爾濱 150070）

0 引言

JTGD40—2011《公路水泥混凝土路面設計規范》中附錄 E 給出的混凝土抗壓強度，與抗彎拉（抗折）強度對應關系表見表 1。

表 1 水泥混凝土強度和彈性模量經驗參考值

很多客戶認為可以通過混凝土抗壓強度推算出混凝土的抗折強度。以抗折強度 4.0MPa 為例，許多人認為當混凝土的抗壓強度達到 30MPa 時，混凝土的抗折強度一定可以達到 4.0MPa。更有許多預拌混凝土企業，在供應道路混凝土時不按照 JTG/TF30—2014《公路水泥混凝土路面施工技術細則》進行混凝土配合比設計，而僅僅使用普通的 C30 的混凝土配合比。

首先這種想法是不正確的，JTGD40—2011 標準中提到：“水泥混凝土材料（包括普通混凝土、鋼筋混凝土、連續配筋混凝土、碾壓混凝土和貧混凝土等）的彎拉強度、抗壓強度、抗拉（劈裂）強度和彈性模量，隨混合料組成材料、養生條件和試驗方法的不同而變化。這些因素對各項強度和彈性模量指標有不同程度的影響，難以在各項指標之間建立理論轉換關系式。”標準中給出的經驗參考值并不適用所有的混凝土。

混凝土的折壓比是固定的嗎？混凝土抗壓強度越高，抗折強度就一定越高嗎？影響抗折強度與抗壓強度的因素有哪些？下文通過試驗進行分析。

1 混凝土抗折強度與抗壓強度的關系

分別選取 20 家預拌混凝土企業，每家企業隨機抽取 20 組混凝土試件，在 28d 齡期時按照 GB/T 50081—2002 進行混凝土的抗壓強度、抗折強度試驗。對比混凝土抗折強度與抗壓強度的關系，其中 70 組試驗數據見表 2。

通過數據對比發現，混凝土折壓比是 0.0758～0.1058 這個區間，而混凝土的抗折強度與抗壓強度并不呈線性趨勢。數據表明很多試件隨著混凝土的抗壓強度提高，混凝土的抗折強度不但沒有提高，反而有降低的可能。依據圖 1 的分布圖發現，做出的折壓比數據與標準中給出的推薦參考值相差甚遠，下面通過試驗比對，影響混凝土折壓比的因素有哪些。

圖 1 混凝土折壓比分布圖

2 原材料對混凝土折壓比的影響

2.1 水泥對混凝土折壓比的影響

水泥的抗折強度、水泥中鐵鋁酸四鈣含量、水泥的比表面積、水泥的混合材摻量，這些因素對混凝土的折壓比都有很大的影響。試驗表明當水泥的抗折強度越高時，混凝土的抗折強度也就越高。水泥中鐵鋁酸四鈣含量越高，混凝土的抗折強度越高。

表 3 為同一廠家以同樣的水泥配合比分別將水泥研磨成不同的比表面積，比對它的抗折強度與抗壓強度的關系，以及水泥 28d 的折壓比。發現水泥的比表面積越高，水泥的抗折強度越高，同時水泥的 3d 抗壓強度越高。水泥的 28d 抗壓強度則隨著比表面積的提高而有所下降。

表 2 試驗數據

圖 2 為水泥混合材摻量對水泥 28d 強度的影響。根據圖 2 得知，隨著水泥中混合材摻量的提高，水泥的抗壓強度下降并不明顯，但水泥的抗折強度下降很明顯，所以要配制折壓比高的水泥應盡量選取混合材摻量較低的水泥。

表 3 水泥比表面積與水泥折壓比的關系

圖 2 水泥混合材摻量對水泥 28 d 強度的影響

2.2 粗骨料對混凝土折壓比的影響

2.2.1 粗骨料針片狀顆粒含量對混凝土折壓比的影響

粗骨料的針片狀顆粒含量、粗骨料的公稱粒徑、粗骨料的級配，都直接影響著混凝土的折壓比。保證在其他原材料及配合比、養護等其他條件相同的情況下，逐一進行比對試驗，通過試驗說明針片狀顆粒含量、公稱粒徑、骨料的級配，對混凝土的折壓比有怎樣的影響。

針片狀顆粒含量對混凝土力學性能的影響見圖 3。

圖 3 針片狀顆粒含量對混凝土力學性能的影響

依據圖 3 發現，隨著粗骨料的針片狀顆粒含量提高，混凝土的抗壓強度和抗折強度，均有所下降，但抗折強度下滑趨勢明顯要遠遠大于抗壓強度，說明針片狀含量對混凝土抗壓強度的影響遠遠不如對抗折強度的影響大。

針片狀顆粒對混凝土抗壓強度的影響，主要體現在混凝土中空隙率的增加，以及針片狀顆粒帶來的骨料剛性骨架力量變弱。針片狀顆粒含量對抗折強度的影響，主要體現針片狀骨料與混凝土中的膠凝材料膠結能力差，并且由于針片狀骨料自身的抗折能力差，也造成了混凝土中出現許多抗折能力差的薄弱點。因此隨著骨料中的針片狀顆粒含量增加，混凝土的折壓比降低。

2.2.2 粗骨料最大公稱粒徑對混凝土折壓比的影響

使用“單因素變量”法，分別選取不同公稱粒徑的卵石和碎石進行大量的對比試驗，分析骨料最大公稱粒徑對混凝土折壓比的影響，見表 4。

表 4 骨料最大公稱粒徑對混凝土折壓比影響

根據表 3 的數據發現，骨料的最大公稱粒徑直接影響混凝土的折壓比，當碎石的公稱粒徑為 26.5mm、卵石的公稱粒徑為 19.0mm 時，混凝土的抗折強度最高、混凝土的折壓比最高。這是因為通常來說連續級配小粒徑的骨料與膠凝材料的膠結程度最好，但骨料的粒徑太小，則會出現骨架力量不足的情況。

2.2.3 骨料級配與混凝土折壓比的關系

JTGF30—2014 中規定粗集料與再生粗集料應根據混凝土配合比的公稱最大粒徑分為 2～4 個單粒級的集料，并摻配使用。所以來驗證一下單粒級骨料與多個粒級骨料摻配，對混凝土折壓比的影響，見表 5。

表 5 骨料級配對混凝土折壓比影響

依據表 5 的試驗數據得知，當使用單粒級骨料時，骨料的空隙率變大，混凝土內部結構不密實，造成混凝土的抗折強度偏低、混凝土的折壓比偏低，當將 2 個或 2 個以上單粒級的骨料進行級配時，混凝土空隙率變小，混凝土的抗折強度與折壓比有所提升。

3 配合比對混凝土折壓比的影響

3.1 砂率對混凝土折壓比的影響

使用多個強度等級配合比進行對比試驗，在保證其他因素、條件不變的情況下，調整混凝土的砂率，對比砂率對混凝土抗壓強度、抗折強度、折壓比的影響（表6）。

表 6 砂率對混凝土折壓比的影響

通過表 6 的試驗數據發現，無論是 C30、C40、C50 混凝土，隨著砂率的提高，混凝土的抗壓強度沒有抗折強度下降得明顯，所以可以得知，無論在配制何種強度等級的混凝土時，砂率越高混凝土折壓比越低。想要配制高抗折強度、高折壓比的混凝土，在滿足施工要求的情況下應盡量降低砂率。

3.2 粉煤灰摻量對折壓比的影響

在保證水膠比不變、漿骨比不變、砂率不變、混凝土的表觀密度不變的前提，摻入不同比例的粉煤灰，進行比對試驗，分析不同摻量的粉煤灰對混凝土折壓比的影響。

3.2.1 膠凝材料性能

水泥和粉煤灰復檢后的性能見表 7 和表 8。

3.2.2 比對試驗數據

粉煤灰摻量對混凝土強度的影響試驗結果見表 9。

表 7 P·O 42.5 水泥復檢性能

表 8 Ⅱ級粉煤灰復檢性能 %

表 9 粉煤灰摻量對混凝土折壓比的影響

通過表 9 的試驗數據可以看出，加入粉煤灰后，混凝土的抗折強度有所下降，且隨著粉煤灰摻量的提高，混凝土的抗折強度下降的越明顯。混凝土的抗壓強度在10%～20% 的摻量下，不但沒有降低，而且要大于純水泥的混凝土。所以隨著粉煤灰摻量增加，混凝土的折壓比呈明顯下降趨勢。但粉煤灰的摻量大于等于 30%時，混凝土的抗折強度下降平緩，而抗壓強度則下降較明顯，混凝土的折壓比有回升的趨勢。

3.3 含氣量對混凝土折壓比的影響

在保證混凝土其他材料配合比不變的情況下，向混凝土摻入氣泡密小均勻的引氣劑，根據引氣劑的摻量調整混凝土的含氣量。通過對比混凝土 28d 抗壓強度，以及抗折強度找出其中的關系。含氣量對混凝土折壓比的影響見表 10 和圖 4、5。

表 10 混凝土含氣量對混凝土折壓比的影響

圖 4 粉煤灰摻量對 C 35 等級混凝土強度的影響

圖 5 粉煤灰摻量對 C 50 等級混凝土強度的影響

根據表 10 的數據以及圖 4、圖 5 的曲線發現，當混凝土其他材料配合比不變的情況下，混凝土的含氣量提高，混凝土的抗壓強度下降很明顯，而混凝土的抗折強度不但沒有下降而且有明顯的提高。當混凝土含氣量每提高 1% 時，混凝土的抗壓強度下降 3%～4%，而混凝土抗折強度也并不是含氣量越高，混凝土的抗折強度越高，超過 3% 以上時，混凝土的抗折強度呈緩慢的趨勢下降。所以隨著混凝土含氣量的增加。混凝土的折壓比也隨之提高。

4 結論

通過之前一系列的試驗，表明混凝土的抗折強度并不一定會隨著抗壓強度遞增。主要是因為混凝土的折壓比與水泥的性能、骨料的級配、骨料的公稱粒徑、骨料的針片狀顆粒含量、混凝土的砂率、混凝土中粉煤灰的摻量、混凝土的含氣量等因素有關。

那么要配制高折壓比的混凝土時，則需要盡量挑選折壓比高的水泥、采用 2～4 個單粒級進行級配、選取適中公稱粒徑的骨料，選取針片狀顆粒含量低的骨料。在設計配合比時應盡量降低混凝土砂率，應盡量少摻粉煤灰，摻入優質的引氣劑，適量的提高混凝土的含氣量。