不同成型方式對(duì)混凝土強(qiáng)度的影響研究

佟大鵬

（黑龍江大學(xué)，黑龍江 哈爾濱 150080）

0 引言

我國(guó)基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)領(lǐng)域?qū)嵙Σ粩嗉訌?qiáng)，各類型混凝土已廣泛應(yīng)用于各項(xiàng)基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)。長(zhǎng)期以來(lái)，對(duì)混凝土的評(píng)價(jià)主要體現(xiàn)在強(qiáng)度和施工速度兩方面，而對(duì)強(qiáng)度和速度背后的支撐指標(biāo)卻不夠重視，尤其是其內(nèi)部構(gòu)造等指標(biāo)。這主要是因?yàn)閮?nèi)部構(gòu)造所帶來(lái)的不利影響，如滲漏、強(qiáng)度不足、縫隙等是施工過(guò)程中所形成的，只能在事后進(jìn)行檢測(cè)，而在施工過(guò)程中卻很難加以控制。究其原因，是施工過(guò)程不規(guī)范，更主要的是現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)的標(biāo)準(zhǔn)不統(tǒng)一。施工現(xiàn)場(chǎng)試件多采用人工拌和或振搗棒密實(shí)成型；而在實(shí)驗(yàn)室中多采用振動(dòng)臺(tái)密實(shí)成型。就混凝土的各項(xiàng)性能指標(biāo)分析來(lái)看，不同成型方式的受力形式不同，其檢測(cè)出來(lái)的指標(biāo)必然有著較大的差別，在工程中人工振搗的混凝土，其相關(guān)性能指標(biāo)大多達(dá)不到實(shí)驗(yàn)室成型混凝土的指標(biāo)。本文研究不同成型方式對(duì)混凝土強(qiáng)度的影響，為工程實(shí)際提出有效的參考。

1 原材料與配合比設(shè)計(jì)

本次實(shí)驗(yàn)以某在建小區(qū)內(nèi)道路修建為實(shí)驗(yàn)基礎(chǔ)，按照《公路土工實(shí)驗(yàn)規(guī)程》（JTG3430-2020）、《普通混凝土拌合物性能實(shí)驗(yàn)方法》（GB／T50080-2016）和《公路路面基層施工技術(shù)規(guī)范》（JTJ034-2018）的基本要求作為參照，采用不同成型方式制作統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)的混凝土拌合物，按規(guī)范要求將混凝土坍落度確定為180mm、90mm、20mm三個(gè)標(biāo)準(zhǔn)，分別采用模仿實(shí)驗(yàn)室的振動(dòng)臺(tái)振搗、模仿施工現(xiàn)場(chǎng)的人工拌和以及模仿大體積混凝土施工的插入振搗三種方式振搗成型，然后對(duì)比7d和28d的標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)時(shí)間下的混凝土強(qiáng)度，分析其強(qiáng)度的差值及形成原因。

1.1 實(shí)驗(yàn)配合比確定

首先進(jìn)行混凝土配合比的設(shè)計(jì)。混凝土是由水泥、水、粗骨料、細(xì)骨料、外加劑組成的。根據(jù)《普通混凝土配合比設(shè)計(jì)規(guī)程》（JGJ55-2011），確定混凝土的水灰比為0.5，砂率0.3，水泥300kg，水180kg，粗骨料1100kg，細(xì)骨料700kg，結(jié)合施工現(xiàn)場(chǎng)的特點(diǎn)，分別摻加了2.5%、2.0%、1.5%比例的減水劑作為外加劑。混凝土采用標(biāo)準(zhǔn)的C30混凝土。

1.2 實(shí)驗(yàn)步驟

混凝土的拌合選用攪拌機(jī)進(jìn)行，注意拌合量不大于攪拌機(jī)容量的80%。首先在拌合前，與設(shè)計(jì)混凝土拌和比的砂漿用相同的拌合物進(jìn)行預(yù)拌，使攪拌機(jī)內(nèi)壁掛漿，然后依次加入粗骨料、細(xì)骨料、水泥和水等原料，攪拌2～3min；然后加入加水稀釋的減水劑溶液，再攪拌2min。將拌合物分三層裝入標(biāo)準(zhǔn)的坍落度筒（頂面直徑100mm、底面直徑200mm、高300mm），每裝入一層，用振搗棒垂直振搗25次，然后用刀具將拌合物沿刀面抹平，將坍落度筒徐徐提起，當(dāng)不再繼續(xù)坍落時(shí)量取坍落度。

1.3 振搗制度

將符合坍落度要求的混凝土拌合物裝入模具中，在自由堆積狀態(tài)下與模具表面齊平，開始準(zhǔn)備測(cè)得混凝土的強(qiáng)度。混凝土在進(jìn)行振搗時(shí)，結(jié)合工程實(shí)際，采用人工普通攪拌和振動(dòng)機(jī)械攪拌兩種攪拌形式。振搗時(shí)長(zhǎng)是將振搗棒完全插入試件后的持續(xù)振搗時(shí)間，持續(xù)振搗30s。

振搗完成后，將試件放入蒸汽養(yǎng)護(hù)室至初凝7d、終凝28d，取出后進(jìn)行抗壓強(qiáng)度的實(shí)驗(yàn)。實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)見(jiàn)表1。

表1 混凝土實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)

2 不同成型方式對(duì)抗壓強(qiáng)度的影響

按照《普通混凝土長(zhǎng)期性能和耐久性能實(shí)驗(yàn)方法標(biāo)準(zhǔn)》(GBT50082-2009）設(shè)計(jì)混凝土拌合物的攪拌方式，實(shí)驗(yàn)采用振動(dòng)與不振動(dòng)兩組不同拌和強(qiáng)度，選擇180mm、90mm、20mm坍落度，選擇振動(dòng)臺(tái)、振搗棒、人工拌和三種拌和方式，在分別進(jìn)行7d和28d的蒸氣養(yǎng)護(hù)后，對(duì)拌合物進(jìn)行抗壓強(qiáng)度實(shí)驗(yàn)，并分析實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)。

2.1 不同成型方式的抗壓強(qiáng)度實(shí)驗(yàn)

2.1.1 養(yǎng)護(hù)7d的實(shí)驗(yàn)結(jié)果

混凝土試件在養(yǎng)護(hù)7d后，拌合物表面達(dá)到初凝，處于較密實(shí)的塑性狀態(tài)，振動(dòng)作用力能使細(xì)骨料更好地填充孔隙，使拌合物更加密實(shí)，同時(shí)水泥的水化反應(yīng)在不斷生成，外加劑也在不斷進(jìn)行化學(xué)反應(yīng)，使混凝土拌合物的強(qiáng)度不斷提高。對(duì)比實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)看出：有振動(dòng)強(qiáng)度組的抗壓強(qiáng)度要高于無(wú)振動(dòng)強(qiáng)度組。坍落度為180mm的數(shù)據(jù)組，振動(dòng)臺(tái)組的抗壓強(qiáng)度最高，而人工拌和和振搗棒組抗壓強(qiáng)度差別不大。坍落度為90mm的數(shù)據(jù)組，同樣振動(dòng)臺(tái)組抗壓強(qiáng)度最大，振動(dòng)狀態(tài)下振動(dòng)臺(tái)組和振搗棒組差別不大，明顯高于人工拌和組，在無(wú)振動(dòng)狀態(tài)下各抗壓強(qiáng)度差別明顯，但在振動(dòng)狀態(tài)下三組數(shù)據(jù)抗壓強(qiáng)度相接近，振動(dòng)狀態(tài)下抗壓強(qiáng)度較非振動(dòng)狀態(tài)提升明顯。坍落度為20mm的數(shù)據(jù)組，振動(dòng)臺(tái)抗壓強(qiáng)度最大，振搗棒組抗壓強(qiáng)度也高于人工拌和，振動(dòng)狀態(tài)下較非振動(dòng)狀態(tài)強(qiáng)度差值最大，甚至超過(guò)80%。

2.1.2 養(yǎng)護(hù)28d的實(shí)驗(yàn)結(jié)果

混凝土在養(yǎng)護(hù)28d后，水泥與水生成化學(xué)反應(yīng)已經(jīng)結(jié)束，外加劑化學(xué)反應(yīng)已完成，此時(shí)水泥已完全包裹住粗骨料，骨料之間的縫隙被細(xì)骨料所填滿，混凝土拌合物各項(xiàng)強(qiáng)度指標(biāo)已基本成型。坍落度為180mm的數(shù)據(jù)中，振動(dòng)臺(tái)組的抗壓強(qiáng)度最高，且各組間振動(dòng)與非振動(dòng)組的強(qiáng)度與7d養(yǎng)護(hù)的差值基本保持一致。振搗棒組的抗壓強(qiáng)度略高于人工拌和。坍落度為90mm組的數(shù)據(jù)中，振動(dòng)臺(tái)組強(qiáng)度增值高于其他兩組，且較7d養(yǎng)護(hù)抗壓強(qiáng)度增幅明顯。振搗棒和人工拌和的抗壓強(qiáng)度增幅穩(wěn)定，且振搗棒組抗壓強(qiáng)度略高于人工拌和。坍落度為20mm組的數(shù)據(jù)中，抗壓強(qiáng)度均增幅近30%，且此時(shí)各組間抗壓強(qiáng)度的差值又恢復(fù)到相接近的狀態(tài)，沒(méi)有出現(xiàn)90mm組那樣振動(dòng)臺(tái)過(guò)高的現(xiàn)象。

2.1.3 實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)分析

本次實(shí)驗(yàn)采用振動(dòng)臺(tái)、人工拌和、振搗棒三種成型方式，對(duì)應(yīng)混凝土拌合物養(yǎng)護(hù)周期為7d和28d，然后對(duì)拌合物進(jìn)行抗壓實(shí)驗(yàn)，針對(duì)抗壓強(qiáng)度的數(shù)據(jù)，進(jìn)行分析得到以下結(jié)論：

（1）對(duì)于不同振動(dòng)強(qiáng)度的實(shí)驗(yàn)結(jié)果可得出，振動(dòng)下拌合物的抗壓強(qiáng)度明顯高于非振動(dòng)的拌合物。這主要是振動(dòng)使流態(tài)拌合物中的骨料保持振動(dòng)，從而避免了粗骨料發(fā)生離析的現(xiàn)象，使拌合物始終保持密實(shí)的狀態(tài)。而對(duì)于無(wú)振幅組，其拌合后靜置時(shí)間內(nèi)骨料下沉，拌合物中產(chǎn)生縫隙，發(fā)生離析現(xiàn)象，從而降低了拌合物的各項(xiàng)強(qiáng)度指標(biāo)。因?yàn)槟０宄叽缦拗疲x析現(xiàn)象不明顯，如果是大體積試塊，離析現(xiàn)象會(huì)更加明顯。

（2）對(duì)于不同坍落度組的試件，就實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)來(lái)看，7d養(yǎng)護(hù)時(shí)，振動(dòng)臺(tái)振動(dòng)時(shí)坍落度20mm時(shí)抗壓強(qiáng)度最大，坍落度80mm時(shí)抗壓強(qiáng)度最小；而振搗棒拌和時(shí)三組抗壓強(qiáng)度相接近；人工拌和時(shí)無(wú)振動(dòng)狀態(tài)下坍落度180mm和20mm組抗壓強(qiáng)度相接近且略高，而振動(dòng)狀態(tài)下是振動(dòng)臺(tái)組抗壓強(qiáng)度最高。在28d養(yǎng)護(hù)時(shí)，振動(dòng)臺(tái)無(wú)振動(dòng)時(shí)20mm組抗壓強(qiáng)度最大，80mm組抗壓強(qiáng)度最小，而振動(dòng)時(shí)180mm組和20mm組相接近且強(qiáng)度最高；振搗棒組中無(wú)振動(dòng)下20mm組抗壓強(qiáng)度最高，振動(dòng)情況下180mm組和20mm組相接近；人工拌和組無(wú)振動(dòng)下20mm組抗壓強(qiáng)度最大，振動(dòng)下20mm抗壓強(qiáng)度最大。

分析得出：在模板范圍內(nèi)，不同坍落度的區(qū)別在于拌合用水的區(qū)別，坍落度越大的拌合物流動(dòng)性越大，所以VB值越大，而坍落度越小的拌合物骨料越多，其成型時(shí)間越短，骨料性能也就越快發(fā)揮作用。所以從實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)中呈現(xiàn)高、低兩個(gè)坍落度值有時(shí)會(huì)高于中間80mm坍落度的情況。

（3）對(duì)比不同的成型方式，振動(dòng)臺(tái)的抗壓強(qiáng)度是最大的，當(dāng)無(wú)振幅時(shí)拌合物的抗壓強(qiáng)度明顯高于其他兩種形式，而在有振幅時(shí)則差值不明顯；而對(duì)于振搗棒拌和，則有無(wú)振幅的拌合物抗壓強(qiáng)度差值不明顯；對(duì)于人工拌和，無(wú)振幅時(shí)抗壓強(qiáng)度差值不大，而有振幅時(shí)坍落度為180mm和20mm時(shí)抗壓強(qiáng)度最大。

而同樣受力的試件中，由于振搗棒在模板邊角位置存在作用力外角的作用，在邊角存在振動(dòng)力盲區(qū)，邊角有不均勻的情況，所以抗壓強(qiáng)度會(huì)低于振動(dòng)臺(tái)。而人工拌和同樣存在受力不均的情況，且不及振搗棒有足夠的振幅，所以拌和過(guò)程中更加的不均勻，就出現(xiàn)了無(wú)振幅時(shí)抗壓強(qiáng)度與振搗棒相接近，有振幅時(shí)抗壓強(qiáng)度低于振搗棒的情況，但在高、低坍落度時(shí)同樣受流動(dòng)性、骨料密實(shí)度等因素影響。

2.2 不同成型方式對(duì)混凝土抗壓強(qiáng)度的影響分析

根據(jù)實(shí)驗(yàn)分析，得出不同成型方式對(duì)混凝土拌合物的抗壓強(qiáng)度的影響，所以在日常工程中，規(guī)范或?qū)嶒?yàn)中得出的數(shù)據(jù)同現(xiàn)實(shí)工程中的數(shù)據(jù)還是有差別的。在無(wú)振動(dòng)拌和時(shí)拌合物是自然成型的，試件內(nèi)部的水泥沒(méi)有完全包裹住粗骨料，使拌合物中內(nèi)部孔隙中的氣泡不能及時(shí)排出，所以成型后密實(shí)度有限，抗壓強(qiáng)度也隨之受限。而在振動(dòng)攪拌作用下，振動(dòng)臺(tái)受力均勻，在不同坍落度的情況下抗壓強(qiáng)度變化不大，可見(jiàn)內(nèi)部作用力均勻穩(wěn)定。而振搗棒和人工拌和時(shí)，7d養(yǎng)護(hù)后強(qiáng)度差值不大，而28d養(yǎng)護(hù)后的抗壓強(qiáng)度明顯低于振動(dòng)臺(tái)的拌和，可見(jiàn)其內(nèi)部有明顯的未受力位置，致使骨料間存在縫隙，形成不夠密實(shí)的區(qū)域，按振搗棒作用力范圍和人工拌和的受力特點(diǎn)來(lái)看，受力不均的位置應(yīng)該在模板外側(cè)，試件邊緣的位置。或者說(shuō)拌合物中骨料間呈非固定的運(yùn)動(dòng)軌跡[1-4]。

3 結(jié)束語(yǔ)

通過(guò)本次實(shí)驗(yàn)得出結(jié)論：工程實(shí)際中采用的人工拌和和振搗棒振搗在試件外側(cè)存在著作用力不均的情況，所以其工程強(qiáng)度必然受到影響。而振動(dòng)臺(tái)由于是均勻振動(dòng)，使作用力能均勻地作用到模板邊緣，所以試件強(qiáng)度偏高。所以在日常工程實(shí)際中，應(yīng)注意不同成型方式對(duì)混凝土拌合物強(qiáng)度的影響，應(yīng)加強(qiáng)模板內(nèi)側(cè)的振搗強(qiáng)度和頻率，減小和實(shí)驗(yàn)室振動(dòng)臺(tái)數(shù)據(jù)的差值。

本次實(shí)驗(yàn)還受其他因素影響，如振幅頻率、振動(dòng)時(shí)間以及其他的偶然因素。在日常的工程實(shí)踐中，應(yīng)加強(qiáng)對(duì)實(shí)際混凝土工程邊緣位置的振搗強(qiáng)度，減小離析現(xiàn)象的發(fā)生，同時(shí)加強(qiáng)施工的規(guī)范性，必要時(shí)應(yīng)提升施工標(biāo)準(zhǔn)，避免對(duì)工程產(chǎn)生不利影響。